膜分离技术的研究与应用
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膜分离技术在食品行业的研究还包括很多领域： 利用膜分 离技术对各种蛋白质进行提纯； 对淀粉、糖类的分离； 在油制 品加工中的应用； 对各种乳制品进行加工等［17］。
2. 5 在能源行业的应用
随着锂电池的需求不断增加，对电池隔膜的需求也越来越 大。目前以美国 Celgard 和日本 UBE 为代表的锂电池隔膜的主 流产品是，聚乙烯（ PE） 膜、聚丙烯（ PP） 膜等。很多锂电池隔 膜都是采用相转化法进行制备［18 － 19］，此法可以调控膜的孔径 和孔隙率，能满足产品要求。
［8］ 王俊红，高乃云，范玉柱，等． 海水淡化的发展及应用［J］． 工业水处 理，2008，28（ 5） ： 6 － 9．
［9］ 陈欢林，瞿新营，张林，等． 新型反渗透膜的研究进展［J］． 膜科学与 技术，2011，31（ 3） ： 101 － 107．
［10］ 王立国，高从堦，王琳，等． 核桃壳过滤 － 超滤工艺处理油田含油污 水［J］． 石油化工高等学校学报，2006，19（ 2） ： 23 － 26．
2. 3 在医药行业的应用
随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低，微滤、超滤、 渗透等膜分离技术广泛应用于医药行业［13］。
鲍磊等［14］利用超滤、纳滤和反渗透技术对淫羊藿苷进行分 离、提取。先利用超滤分离技术对淫羊藿提取液进行处理，去 除大分子杂质和微生物，然后利用纳滤膜去除渗透液中小分子 杂质，得到高纯度药液； 最后使用反渗透膜对药液进行脱水浓 缩，提取液纯度为 88% 。
心部件分离膜，其需求量也越来越大。文中阐述了膜分离技术的基本原理和膜技术核心部件膜的分类，介绍了膜分离技术在给水 工程、工业废水、医药行业、食品行业、能源行业等方面的应用，对未来膜及其分离技术的发展进行了展望。
关键词： 膜； 膜分离技术； 超滤； 纳滤； 反渗透
中图分类号： TQ460. 1
文献标志码： A
Abstract： With increasingly serious environmental problems，countries play more attention to for theenvironment， and membrane separation technologyis widely applied in various aspects. The principles of membrane separation technology，the classification of membrane，the developmentofmembrane separation technology，and its application were summarized in the review，such as water supply engineering，industrial wastewater，pharmaceutical industry，food industry，and the application of the energy industry. The development of membrane and its separation technology in the future was prospected.
郭健等［12］采用 “多孔陶瓷微滤 + 两级反渗透” 工艺处理 垃圾渗透液，经过陶瓷微滤预处理后，出水的 COD 为 50. 3% 、 氨氮去除率为 30. 2% ； 然后将滤过液经过反渗透处理后，出水 的 COD 为 94. 8% 、氨氮去除率为 91. 3% 。采用多级处理的方 式，可以提高 COD 的去除率，同时提高膜的使用寿命。
备而来。
1. 2 膜分离技术
与传统的分离技术相比，膜分离技术具有高效、操作简单 等特点［4］。根据分离膜的分类，膜的分离技术大致分为以下几 类［5 － 6］： 1. 2. 1 微 滤
微滤分离技术是以微滤膜为核心部件，依据筛分原理以压 力差作为推动力的膜分离过程。微滤分离技术对大小为 0. 1 ～ 1 μm 颗粒有拦截的作用，微滤具有操作压力低、占地面积小 等特点，被广泛地应用在饮用水处理工程、废水处理、医药行 业、食品行业等领域。 1. 2. 2 超 滤
2. 2 工业废水的处理
2. 2. 1 石化废水处理 王立国等［10］利用中空纤维超滤装置，运行流量每小时 1. 5 t，
对胜利油田的含油污水进行实验，实验结果表明，过滤后，对 水中的悬浮固体含量以及含油量去除可以满足地渗透油层注水 对水质的要求。此装置的应用不仅获得经济效益，也有利于环 境建设。 2. 2. 2 印染污废水处理
第 43 卷第 7 期 2015 年 4 月
广州化工 Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 7 Apr. 2015
膜分离技术的研究与应用
张建军
（ 杭州弗吉亚环保科技有限公司，浙江 杭州 311200）
摘 要： 随着环境问题的日益严峻，国家对水资源更加重视，膜分离技术开始广泛应用于各个方面，作为膜分离技术的核
3展望
随着膜分离技术研究的深入，膜技术在工业和生活应用会 更加广泛。膜耐污染性能、成本问题、以及膜分离要求的提高 等，都成为我们研究膜技术的Hale Waihona Puke Baidu点和难点问题［20 － 21］。笔者认 为，应该寻找新的材料，使得膜分离过程高效、经济，或者改 进膜分离工艺，减少运行成本。
参考文献
［1］ 岳志新，马东祝，赵丽娜，等． 膜分离技术的应用及发展趋势［J］． 云 南地理环境研究，2006，18（ 5） ： 52 － 57．
［5］ 孙伟力，梁正中． 略论水处理中膜分离技术的应用［J］． 城市建筑， 2013，10（ 20） ： 280 － 281．
［6］ 谭潇． 环境工程中膜分离技术的应用［J］． 资源节约与环保，2013 （ 10） ： 5 － 6．
［7］ 张捍民，张威，王宝贞． 膜技术处理饮用水的研究［J］． 给水排水， 2002，28（ 3） ： 21 － 24．
Key words： membrane； membrane separation technique； ultrafiltration； nanofiltration； reverse osmosis
膜是指分隔两相或者两部分的界面，这个界面能以特定形 式限制和传递流动的物质［1］。膜的分离技术是指利用分离膜的 选择透 过 性，在 外 界 推 动 力 的 作 用 下 对 混 合 物 进 行 分 离 提 纯［2］。目前膜在各种分离技术中得到了充分的应用，例如在给 水工程、工业废水、医 药 行 业、 食 品 行 业、 能 源 行 业 等 领 域。 随着国家对饮用水标准的提升，原有的水处理方式已无法达到 现在的要求。根据 “十二五” 期间，我国对城镇污水处理的规 划，国家计划投资 4300 亿元，预计 2015 年前后污水处理量约 为 1. 67 亿吨 / 日，其中以膜法水处理占 30% 左右，膜的需求量 大约为 2024 万平方米； 国家还会投入 1405 亿元对原来的老水 厂进行改造和兴建水厂，膜法对水进行处理预计占总投资额的 20% ； 根据国家规划新增膜法对海水淡化进行处理，预计实现 产值 44 亿元，同时也会增加对苦咸水利用，预计苦咸水淡化 规模将达到 20 万吨 / 年，将为行业带来 100 多亿元的收入。以 上各项合计给膜行业带来 1000 亿元产值［3］。
1 膜分离技术
1. 1 膜的种类
膜的分类方法有很多种，就其结构膜可以分为对称膜、非 对称膜及复合膜； 依据其孔径的大小，可以分为微滤膜、超滤 膜、反渗透膜、纳滤膜； 根据材料的不同，分为无机膜与有机 膜，无机膜主要包括陶瓷膜和金属膜； 有机膜主要由聚醚砜 类、含氟高分子类、纤维素类及其衍生物、聚酰胺类等材料制
纳滤是利用孔径大小介于反渗透和超滤之间的膜进行的分 离技术，纳滤所运用的纳滤膜具有离子选择性。此项技术被广 泛应用于河水及地下水中有害物质的去除，废水处理等，最大 的优点是投资成本低。
作者简介： 张建军 （ 1982 － ） ，男，助理工程师，杭州弗吉亚环保科技有限公司，主要从事水处理工程及其他环保工程。
［2］ 孙德强，崔英德，刘永，等． 膜分离技术及其应用研究进展［J］． 化工 科技，2002，10（ 4） ： 58 － 63．
［3］ 尤金德． 中国功能膜行业现状及发展思路［J］． 中国石油和化工经 济分析，2013（ 11） ： 49 － 52．
［4］ 王华，刘艳飞，彭东明． 膜分离技术的研究进展及应用展望［J］． 应 用化工，2013，42（ 3） ： 532 － 534．
2 膜分离技术的应用
2. 1 在给水工程中的应用
2. 1. 1 饮用水的处理 饮用水的纯化和净化是指除去水中悬浮物、高分子、有机
大分子以及有毒化合物等。微滤可去除水中的小颗粒和悬浮固 体； 超滤主要对大分子有机物进行去除； 纳滤可去除一部分有 毒化合物； 反渗透主要对有害物质有较高的去除率［7］。1987 年 美国科罗拉多州建成世界上第一座膜分离水厂后，膜法已作为 第三代城市饮用水净化工艺开始广泛出现在国内外的自来水 厂，加拿大 Collingwood 自来水厂、英格兰约克夏 Keldgate 自来 水厂、新加坡 Chestnut 自来水厂及国内的佛山新城区优质供水 工程、澳门大水塘自来水厂、宁波航丰自来水厂、北京第三水 厂、上海青浦第三水厂等均引入了膜法技术。 2. 1. 2 海水和苦盐水淡化
24
广州化工
2015 年 4 月
1. 2. 4 反渗透 反渗透主要以反渗透膜为核心部件，在溶液的液面上施加
大于渗透压 的 压 力 时，使 溶 剂 流 动 方 向 与 原 来 的 渗 透 方 向 相 反，从溶液向溶剂一侧流动的过程。反渗透膜技术被广泛应用 于城市污水处理，饮用水，含盐水的处理等方面。
Badani 等［11］采用新型膜生物反应器对纺织印染废水进行处 理，测试结果 COD 的去除率为 97% ，氨氮含量及色度的去除 率均为 70% ，处理后的渗透液还可以回收利用。印染工业废水 成分复杂，一般使用超滤技术与其他技术相结合的分离过程， 以此来延长膜的使用寿命，提高膜的使用价值。 2. 2. 3 垃圾渗透液处理
超滤是以 超 滤 膜 为 核 心 部 件， 以 压 力 为 驱 动 的 膜 分 离 过 程。超滤其孔径范围为 0. 01 ～ 0. 1 μm，能使溶剂和小分子溶质 透过膜，截留下大分子溶质。此项技术运用大通量、耐高温、 抗氧化性强的的超滤膜及膜组件，可以实现水的再利用，并且 在蛋白质分离上应用突出。 1. 2. 3 纳 滤
反渗透膜法应用于淡化海水的主要原因时此法过程中能耗 低，此法是目前海水淡化和苦咸水脱盐最经济的技术之一［8］。
Li 等［9］研究了 MFI 型 （ Mobil Oil 公司的 ZSM 系列） 的一 种分子筛膜脱盐的过程，主要是考察不同盐离子种类对膜的影 响。结果表明： 随着盐离子数目和种类的增加，分子筛膜的截 留率也有所增加。
文章编号： 1001 － 9677（ 2015） 07 － 0023 － 03
Ｒesearch and Application of Membrane Separation Technology
ZHANG Jian － jun （ Hangzhou Vigia Environmental Protection Technology Co. ，Ltd. ，Zhejiang Hangzhou 311200，China）
除此外，膜在医药行业的应用还包括： 利用微滤技术进行
药物分离； 利用超滤和反渗透技术中药液进一步精制和浓缩 等［15］。
2. 4 在食品行业的应用
膜分离技术在食品工业的应用始于 1960s，发展至今，在 食品加工中的应用已非常广泛。
A. Cassano 等［16］以管状 PVDF 超滤膜为过滤膜，采用错流 过滤分离技术，对血橙汁进行澄清处理，滤后悬浮颗粒被完全 除去，与原汁相比，总抗氧化活性下降了 1. 5% ，被截留的总 花色苷为 9. 4% 。
2. 5 在能源行业的应用
随着锂电池的需求不断增加，对电池隔膜的需求也越来越 大。目前以美国 Celgard 和日本 UBE 为代表的锂电池隔膜的主 流产品是，聚乙烯（ PE） 膜、聚丙烯（ PP） 膜等。很多锂电池隔 膜都是采用相转化法进行制备［18 － 19］，此法可以调控膜的孔径 和孔隙率，能满足产品要求。
［8］ 王俊红，高乃云，范玉柱，等． 海水淡化的发展及应用［J］． 工业水处 理，2008，28（ 5） ： 6 － 9．
［9］ 陈欢林，瞿新营，张林，等． 新型反渗透膜的研究进展［J］． 膜科学与 技术，2011，31（ 3） ： 101 － 107．
［10］ 王立国，高从堦，王琳，等． 核桃壳过滤 － 超滤工艺处理油田含油污 水［J］． 石油化工高等学校学报，2006，19（ 2） ： 23 － 26．
2. 3 在医药行业的应用
随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低，微滤、超滤、 渗透等膜分离技术广泛应用于医药行业［13］。
鲍磊等［14］利用超滤、纳滤和反渗透技术对淫羊藿苷进行分 离、提取。先利用超滤分离技术对淫羊藿提取液进行处理，去 除大分子杂质和微生物，然后利用纳滤膜去除渗透液中小分子 杂质，得到高纯度药液； 最后使用反渗透膜对药液进行脱水浓 缩，提取液纯度为 88% 。
心部件分离膜，其需求量也越来越大。文中阐述了膜分离技术的基本原理和膜技术核心部件膜的分类，介绍了膜分离技术在给水 工程、工业废水、医药行业、食品行业、能源行业等方面的应用，对未来膜及其分离技术的发展进行了展望。
关键词： 膜； 膜分离技术； 超滤； 纳滤； 反渗透
中图分类号： TQ460. 1
文献标志码： A
Abstract： With increasingly serious environmental problems，countries play more attention to for theenvironment， and membrane separation technologyis widely applied in various aspects. The principles of membrane separation technology，the classification of membrane，the developmentofmembrane separation technology，and its application were summarized in the review，such as water supply engineering，industrial wastewater，pharmaceutical industry，food industry，and the application of the energy industry. The development of membrane and its separation technology in the future was prospected.
郭健等［12］采用 “多孔陶瓷微滤 + 两级反渗透” 工艺处理 垃圾渗透液，经过陶瓷微滤预处理后，出水的 COD 为 50. 3% 、 氨氮去除率为 30. 2% ； 然后将滤过液经过反渗透处理后，出水 的 COD 为 94. 8% 、氨氮去除率为 91. 3% 。采用多级处理的方 式，可以提高 COD 的去除率，同时提高膜的使用寿命。
备而来。
1. 2 膜分离技术
与传统的分离技术相比，膜分离技术具有高效、操作简单 等特点［4］。根据分离膜的分类，膜的分离技术大致分为以下几 类［5 － 6］： 1. 2. 1 微 滤
微滤分离技术是以微滤膜为核心部件，依据筛分原理以压 力差作为推动力的膜分离过程。微滤分离技术对大小为 0. 1 ～ 1 μm 颗粒有拦截的作用，微滤具有操作压力低、占地面积小 等特点，被广泛地应用在饮用水处理工程、废水处理、医药行 业、食品行业等领域。 1. 2. 2 超 滤
2. 2 工业废水的处理
2. 2. 1 石化废水处理 王立国等［10］利用中空纤维超滤装置，运行流量每小时 1. 5 t，
对胜利油田的含油污水进行实验，实验结果表明，过滤后，对 水中的悬浮固体含量以及含油量去除可以满足地渗透油层注水 对水质的要求。此装置的应用不仅获得经济效益，也有利于环 境建设。 2. 2. 2 印染污废水处理
第 43 卷第 7 期 2015 年 4 月
广州化工 Guangzhou Chemical Industry
Vol. 43 No. 7 Apr. 2015
膜分离技术的研究与应用
张建军
（ 杭州弗吉亚环保科技有限公司，浙江 杭州 311200）
摘 要： 随着环境问题的日益严峻，国家对水资源更加重视，膜分离技术开始广泛应用于各个方面，作为膜分离技术的核
3展望
随着膜分离技术研究的深入，膜技术在工业和生活应用会 更加广泛。膜耐污染性能、成本问题、以及膜分离要求的提高 等，都成为我们研究膜技术的Hale Waihona Puke Baidu点和难点问题［20 － 21］。笔者认 为，应该寻找新的材料，使得膜分离过程高效、经济，或者改 进膜分离工艺，减少运行成本。
参考文献
［1］ 岳志新，马东祝，赵丽娜，等． 膜分离技术的应用及发展趋势［J］． 云 南地理环境研究，2006，18（ 5） ： 52 － 57．
［5］ 孙伟力，梁正中． 略论水处理中膜分离技术的应用［J］． 城市建筑， 2013，10（ 20） ： 280 － 281．
［6］ 谭潇． 环境工程中膜分离技术的应用［J］． 资源节约与环保，2013 （ 10） ： 5 － 6．
［7］ 张捍民，张威，王宝贞． 膜技术处理饮用水的研究［J］． 给水排水， 2002，28（ 3） ： 21 － 24．
Key words： membrane； membrane separation technique； ultrafiltration； nanofiltration； reverse osmosis
膜是指分隔两相或者两部分的界面，这个界面能以特定形 式限制和传递流动的物质［1］。膜的分离技术是指利用分离膜的 选择透 过 性，在 外 界 推 动 力 的 作 用 下 对 混 合 物 进 行 分 离 提 纯［2］。目前膜在各种分离技术中得到了充分的应用，例如在给 水工程、工业废水、医 药 行 业、 食 品 行 业、 能 源 行 业 等 领 域。 随着国家对饮用水标准的提升，原有的水处理方式已无法达到 现在的要求。根据 “十二五” 期间，我国对城镇污水处理的规 划，国家计划投资 4300 亿元，预计 2015 年前后污水处理量约 为 1. 67 亿吨 / 日，其中以膜法水处理占 30% 左右，膜的需求量 大约为 2024 万平方米； 国家还会投入 1405 亿元对原来的老水 厂进行改造和兴建水厂，膜法对水进行处理预计占总投资额的 20% ； 根据国家规划新增膜法对海水淡化进行处理，预计实现 产值 44 亿元，同时也会增加对苦咸水利用，预计苦咸水淡化 规模将达到 20 万吨 / 年，将为行业带来 100 多亿元的收入。以 上各项合计给膜行业带来 1000 亿元产值［3］。
1 膜分离技术
1. 1 膜的种类
膜的分类方法有很多种，就其结构膜可以分为对称膜、非 对称膜及复合膜； 依据其孔径的大小，可以分为微滤膜、超滤 膜、反渗透膜、纳滤膜； 根据材料的不同，分为无机膜与有机 膜，无机膜主要包括陶瓷膜和金属膜； 有机膜主要由聚醚砜 类、含氟高分子类、纤维素类及其衍生物、聚酰胺类等材料制
纳滤是利用孔径大小介于反渗透和超滤之间的膜进行的分 离技术，纳滤所运用的纳滤膜具有离子选择性。此项技术被广 泛应用于河水及地下水中有害物质的去除，废水处理等，最大 的优点是投资成本低。
作者简介： 张建军 （ 1982 － ） ，男，助理工程师，杭州弗吉亚环保科技有限公司，主要从事水处理工程及其他环保工程。
［2］ 孙德强，崔英德，刘永，等． 膜分离技术及其应用研究进展［J］． 化工 科技，2002，10（ 4） ： 58 － 63．
［3］ 尤金德． 中国功能膜行业现状及发展思路［J］． 中国石油和化工经 济分析，2013（ 11） ： 49 － 52．
［4］ 王华，刘艳飞，彭东明． 膜分离技术的研究进展及应用展望［J］． 应 用化工，2013，42（ 3） ： 532 － 534．
2 膜分离技术的应用
2. 1 在给水工程中的应用
2. 1. 1 饮用水的处理 饮用水的纯化和净化是指除去水中悬浮物、高分子、有机
大分子以及有毒化合物等。微滤可去除水中的小颗粒和悬浮固 体； 超滤主要对大分子有机物进行去除； 纳滤可去除一部分有 毒化合物； 反渗透主要对有害物质有较高的去除率［7］。1987 年 美国科罗拉多州建成世界上第一座膜分离水厂后，膜法已作为 第三代城市饮用水净化工艺开始广泛出现在国内外的自来水 厂，加拿大 Collingwood 自来水厂、英格兰约克夏 Keldgate 自来 水厂、新加坡 Chestnut 自来水厂及国内的佛山新城区优质供水 工程、澳门大水塘自来水厂、宁波航丰自来水厂、北京第三水 厂、上海青浦第三水厂等均引入了膜法技术。 2. 1. 2 海水和苦盐水淡化
24
广州化工
2015 年 4 月
1. 2. 4 反渗透 反渗透主要以反渗透膜为核心部件，在溶液的液面上施加
大于渗透压 的 压 力 时，使 溶 剂 流 动 方 向 与 原 来 的 渗 透 方 向 相 反，从溶液向溶剂一侧流动的过程。反渗透膜技术被广泛应用 于城市污水处理，饮用水，含盐水的处理等方面。
Badani 等［11］采用新型膜生物反应器对纺织印染废水进行处 理，测试结果 COD 的去除率为 97% ，氨氮含量及色度的去除 率均为 70% ，处理后的渗透液还可以回收利用。印染工业废水 成分复杂，一般使用超滤技术与其他技术相结合的分离过程， 以此来延长膜的使用寿命，提高膜的使用价值。 2. 2. 3 垃圾渗透液处理
超滤是以 超 滤 膜 为 核 心 部 件， 以 压 力 为 驱 动 的 膜 分 离 过 程。超滤其孔径范围为 0. 01 ～ 0. 1 μm，能使溶剂和小分子溶质 透过膜，截留下大分子溶质。此项技术运用大通量、耐高温、 抗氧化性强的的超滤膜及膜组件，可以实现水的再利用，并且 在蛋白质分离上应用突出。 1. 2. 3 纳 滤
反渗透膜法应用于淡化海水的主要原因时此法过程中能耗 低，此法是目前海水淡化和苦咸水脱盐最经济的技术之一［8］。
Li 等［9］研究了 MFI 型 （ Mobil Oil 公司的 ZSM 系列） 的一 种分子筛膜脱盐的过程，主要是考察不同盐离子种类对膜的影 响。结果表明： 随着盐离子数目和种类的增加，分子筛膜的截 留率也有所增加。
文章编号： 1001 － 9677（ 2015） 07 － 0023 － 03
Ｒesearch and Application of Membrane Separation Technology
ZHANG Jian － jun （ Hangzhou Vigia Environmental Protection Technology Co. ，Ltd. ，Zhejiang Hangzhou 311200，China）
除此外，膜在医药行业的应用还包括： 利用微滤技术进行
药物分离； 利用超滤和反渗透技术中药液进一步精制和浓缩 等［15］。
2. 4 在食品行业的应用
膜分离技术在食品工业的应用始于 1960s，发展至今，在 食品加工中的应用已非常广泛。
A. Cassano 等［16］以管状 PVDF 超滤膜为过滤膜，采用错流 过滤分离技术，对血橙汁进行澄清处理，滤后悬浮颗粒被完全 除去，与原汁相比，总抗氧化活性下降了 1. 5% ，被截留的总 花色苷为 9. 4% 。