第五章膜过滤法
《水处理技术及原理》第6章-过滤
滤池穿孔滤砖
28
复合气水反冲洗配水滤砖
29
4.3 反冲洗
第
恢复过滤能力
4
1．反冲洗方式
节
1) 高速水流反冲洗: 30-36 m/h
配
2) 气、水反冲洗
水
气冲强度：10－20 L/m2 s
系
水冲强度：3－4L/m2 s
统
3) 表面辅冲加高速水流反冲洗
与
反
冲
洗
30
冲洗强度 膨胀度
L/(s m2)
24
4.2 配水系统类型
第
2．小阻力配水系统
减少配水系统阻抗S1
4
降低配水系统流速
节
增大配水空间
配
使孔眼处的压力接近
水
相应降低S2，增加开孔比1.0-1.5%
系
统
与
特点：配水系统结构简单，冲洗水头小（2m左右）
反
适应于面积小的滤池
冲
洗
25
钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层 尼龙网。
26
穿孔滤砖：开孔比，上层1.07％，下层0.7%
第 2
节
快 滤 池
9
2.2 普通快滤池的工作过程与周期
第 工作过程 2
节
快 滤 池
10
2.3 过滤方式-变水头等速过滤
第
2
随着过滤进行，滤层孔隙率
节
减少，水头损失增加，滤池
内水位自动上升，自由进流，
以保持过滤速度不变。
快
滤
-------虹吸滤池
池
无阀滤池
11
2.3 过滤方式-等水头等速过滤
第
通过设置出水流速调节器 ：普通快滤池
第五章 高分子分离膜与膜分离技术
5.2.1 多孔膜的分离机理
• 多孔膜的分离机理主要是筛分原理, 依膜表面平均孔径的 大小而区分为微滤(0.1-10µm)、超滤(2-100nm)、纳滤 (0.5-5nm),以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子。
• 多孔膜表面的孔径有一定的分布，一般来说, 分离膜的平 均孔径要小于被截留的溶质分子的分子尺寸。 这是由于 亲水性的多孔膜表面吸附有活动性、 相对较小的水分子 层而使有数孔径相应变小, 这种效应孔径愈小愈显著。
聚合物
溶剂
添加剂
均质制膜液
流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂
凝固液浸渍
水洗
后处理
非对称膜
L—S法制备分离膜工艺流程框图
将制膜材料用溶剂形 成均相制膜液，在模具中 流涎成薄层，然后控制温 度和湿度，使溶液缓缓蒸 发，经过相转化就形成了 由液相转化为固相的膜。
复合制膜工艺：
多孔支持膜 涂覆
• 多孔膜主要用于混合物水溶液的分离,如渗析 (Dialysis,D)、微滤Microfiltration,MF)、超滤 (Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,NF)和亲 和膜 (Affinity membrane,AfM)等;
• 致密膜用于电渗析(Electrodialysis, ED)、逆渗透 (Reverse osmosis,RO)、气体分离(Gas separation,GS)、 渗透汽化(Pervaporation, PV)、蒸气渗透(Vapor permeation,VP)等过程。
形成超薄膜的溶液
交联
交联剂
加热
形成超薄膜
亲水性高分子溶液的涂覆
复合膜
复合制膜工艺流程框图
第五章 微生物生长的影响因素
第五章微生物的生长及影响因素先介绍如何在实验室或生产实践中使微生物生长，即如何培养微生物；然后介绍微生物生长的规律（包括个体和群体）；以及环境条件对微生物生长的影响；最后讨论控制微生物生长特别是有害微生物生长的方法。
生长：微生物个体重量的增加和体积增大的现象。
繁殖：微生物数量增多的现象。
第一节微生物生长一、微生物的培养方法（一）微生物的纯培养及获得方法1.纯培养：微生物学将从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代叫作纯培养。
2.获得方法（分离方法）：只有分离到微生物的纯菌种，才能研究和利用微生物，目前常用的分离方法有：①释倒平板法：按不同的稀释度将待分离的材料进行稀释（10倍稀释法），然后分别倒平板，培养得到单一菌落，挑取，分离，纯化即得。
②平皿划线法：在培养基表面用接种环平行或连续划线，培养可得单菌落，分离纯化得纯培养。
平行扇形连续③单细胞挑取法：用单细胞挑取仪（显微镜挑取器）在显微镜下直接挑取单个细胞（菌体）进行培养，而获得纯培养的方法。
④选择培养基分离法：用只适于一种微生物生长的培养基培养，结果只有一种微生物生长，挑取即得。
⑤涂抹培养皿分离法：平板上滴0.2ml菌悬液，用玻璃刮棒涂抹，培养后挑取菌落，纯化即得。
另外，有煮沸法分离芽孢杆菌；利用致死温度的不同分离噬菌体。
（二）微生物的培养方法1.好氧培养法：a.实验室：试管斜面，平板。
b.工业：半固体物料（浅盘法，转桶法，厚层培养法）c.食用菌：袋栽法，床栽法。
2.固体培养法：a.实验室：摇瓶培养法，试管液体培养法，三角瓶浅层培养法，小型台式发酵罐等。
b.工业：发酵罐（通用型搅拌发酵罐，气泡塔型发酵罐，其他形式的发酵罐）。
3.厌氧培养法：a.验室：厌氧培养皿，厌氧试管，厌氧罐。
b.工业：液体静置培养法。
二、微生物的同步生长及同步培养方法1.同步培养法：能使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法成为同步培养法。
2.同步生长：培养物中的所有微生物细胞都处于同一生长阶段，并都能同时分裂的生长方式。
玻璃工艺学第五章
OH- OH- OH- OHOH- OH- OH- OHOH-
OH-
OH-
OH-
2.如果Na2O、CaO等碱性氧化物含量较少，这些薄层形成后就 不再发展；如果碱性氧化物含量较多，被吸附的水膜就变成了氢 氧化物的溶液，并进一步吸收水分，使玻璃表面受到破坏。
水气的侵蚀机理：
实践证明，对于玻璃来讲，水气比溶液对其侵蚀更大。 水溶液对玻璃的侵蚀是由于玻璃中的Na+与溶液中H+的交换， 当表面层中Na+逐渐减少后，使侵蚀变得缓慢，最后趋于停止。 但是，水气是以微粒水滴粘附在玻璃表面的。释放出的碱没 有被移走，而是在不断积累。随着侵蚀的进行，碱浓度越来越 大，使PH值上升，最后类似于碱，从而大大加速对玻璃的侵 蚀。 因此，水气对玻璃的侵蚀，先是以离子交换为主的释碱过程， 后来逐步过渡到以破坏网络结构为主的溶蚀过程。
2.过滤膜。
通常采用火山灰制备的CaO-Al2O3-B2O3-SiO2系统制 备微孔玻璃膜，该体系孔径单一并且孔径大小易于控 制。机械强度高、耐热性好，化学稳定性高。
2.3表面状态的影响
介质对玻璃的侵蚀首先从玻璃表面开始。 通常可以用表面处理的方法改变玻璃的表面状态， 达到提高化学稳定性的目的。方法主要有两大类： 一.从玻璃表面移除对侵蚀介质具有亲和力的成分， 如碱金属氧化物。通常采用酸性气体、水和酸性溶液 等来进行处理，使玻璃表面生成一定厚度的高硅氧膜， 以提高化学稳定性。
2.2热处理的影响
在退火处理的过程中，玻璃当中的碱性氧化物要转 移到表面。
当酸性气体（比如SO2）存在的条件下,部分碱性氧 化物会被酸性气体中和，而形成“白霜”（主要为硫 酸钠），通常称为“硫霜化”。这部分白霜可以阻止 碱性氧化物的继续逸出，并且容易被除掉，因此提高 了玻璃的化学稳定性。
(完整版)生物工业下游技术习题(附答案)
生物工业下游技术习题第一章绪论1、何为生化分离工程？其主要研究那些内容？下游加工过程（下游技术）：对由生物界自然产生的或由微生物发酵过程、动植物细胞组织培养或酶反应过程等各种生物工业生产过程获得的生物原料（发酵液、培养液、反应液），经提取分离、加工精制成有关生物化工产品的过程（技术）。
由不同生物化工单元操作组成。
研究内容：产品的分离纯化，从混合物（发酵液等）中用最低的投入，获得最高的产出（产物的高得率、高纯度）。
2、试述生物技术下游加工过程的特点及应遵循的原则。
特点：发酵液等为复杂多相系统，属非牛顿性液体，成分复杂多样，固液分离困难。
产物起始浓度低（发酵液起始浓度较低而杂质又较多），常需多步纯化操作；产物（生物物质）通常很不稳定：遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解；发酵或培养都是分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同，下游加工应有弹性；发酵液不宜久存，应尽快提取。
原则：时间短；温度低；pH适中（在生物物质的稳定范围内）；严格清洗消毒。
基因工程产品，生物安全问题3、生化分离工程有那些特点？其包括那几种主要分离方法？4、简述生化分离工程的发展趋势。
操作集成化(减少步骤，提高收率）；方法集成化；大分子与小分子分离方法的相互渗透；亲和技术的推广使用和配基的人工合成；优质层析介质的开发；基因工程对下游过程的影响；发酵与提取相耦合。
5、简述生物技术下游加工过程的一般流程。
按生产过程划分，下游技术大致分为4个阶段：a)预处理（发酵液或培养液的预处理和固液分离)；b)提取（初步分离纯化）；c)精制（高度纯化）；d)成品加工（最后纯化）；第二章预处理与固-液分离法1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？预处理：a)预处理目的：改变发酵液的性质，利于固液分离。
b)方法：采用酸化、加热、以降低发酵液的粘度；或加入絮凝剂，使细胞或溶解的大分子聚结成较大颗粒。
目的：分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，利于提取精制后续工序的顺利进行；菌种不同、发酵液特性不同，预处理方法选择也不同。
水质工程学——第5章 过滤
单层滤料
双层滤料
石英砂
滤 层 深 度 (cm)
石英砂
2
在一个过滤周期内，单 位体积滤层中的平均含 污量称为“滤层含污能 力”，单位g/cm3或 kg/m3。
无煤烟
表面过滤(surface filtration) 被截留的颗粒物聚集在过滤介质表面时，称表面过滤。 粗滤、微滤和膜滤都属于表面过滤，利用孔隙的筛除作用。
滤后水质较差，而后绿层顶部几厘米厚，由原来的松散 砂粒，变成一个发粘的滤层（滤膜），具有微生物的净 化作用。
清洗：慢滤池的运行周期较长, 一般在几个月或一年
以上。当滤料堵塞需要清洗时, 可采用人工方法进行。 用铲将表层25 ~30mm 厚度的滤层铲出清洗。
设计参数：
慢滤池的滤料多采用粒径为0.3 ~1.0mm的石英砂或普通河沙。 慢滤池内的滤料层厚度一般在0.65 ~1.50m之间, 不得小0.65m。 为保证慢滤池正常工作, 滤层上面应保持一定的作用水头, 一般在 0.1~0.5m。 慢滤池的水力负荷一般为0.1 ~0.3m/h。
损失将较小。
5. 直接过滤
原水加药后不经过沉淀，而直接进入滤池的过滤。 接触过滤 原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤 微絮凝过滤 原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤
直接过滤的特点
采用双层或三层滤料滤池。 采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。 工艺简单，药剂用量少。
硫酸铝 原水 混合
聚合物 双层或三层滤料滤池 （a） 过滤出水
由于过滤情况很复杂，目前有不少计算公式，但与生产实际存在 差距。
通过实验Ht与t一般呈直线关系。（见图）
Hmax为水头损失增值为 最大时的过滤水头损失， 一般为1.5~2.0m。 T 为过滤周期。如果不出 现滤后水质恶化等情况，过滤 周期不仅决定于最大允许水头 损失、还与滤速有关。 设滤速 vˊ >v ，其清洁 砂 层水头损失为H0 ˊ 。一方面H0 ˊ> H0 ，同时单位时间内滤层 截留的杂质量较多，
第五章膜过滤法讲解
截留分子量： 微滤 0.02～10μm 透析 3000 Dalton～ 几万Dalton 超滤 50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50万Dalton 纳滤 200～1000Dalton或1nm 反渗透 200Dalton
10
概述
膜分离法与物质大小（直径）的关系
RO NF UF MF
F
11
5.1 膜材料 与膜的制造
23
截断曲线
得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全；
反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
24
影响截留率的因素
①分子形状：线状分子易透过，R线 < R球； ②吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径 ③浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积，使膜阻力， 较小分子溶质的截留率，分离性能。 ④温度/浓度，T C，使R，因为膜吸附作用； ⑤错流速度，R； ⑥pH、离子强度影响蛋白质分子构型，影响R。
15
聚砜膜的特点
• （1）温度范围广 • （2）pH 范围广 • （3）耐氯能力强 • （4）孔径范围宽
• （5 ) 操作压力低 • （6）适合作超滤膜
16
近年来开发的新型膜材料
① 复合膜； ② 无机多孔膜； ③ 纳米过滤膜。 ④ 功能高分子膜； ⑤ 聚氨基葡糖
17
膜材料 - 不同的膜分离技术
3
概述
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服 务是近几十年的事。1960年Loeb和Sourirajan制备 出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜 分离技术发展的一个里程碑。
4
概述
• 1925年以来，差不多每十年就有一项新 的膜过程在工业上得到应用
化工原理第五章-颗粒-流体非均相物系分离
过滤
过滤是将悬浮液中固、液两相有效 地加以分离的常用方法，藉过滤操 作可以获得清洁的液体或获得作为 产品的固体颗粒。
过滤操作的原理
利用重力或压差使悬浮液通过某 种多孔性过滤介质，使悬浮液中 的固体颗粒被截留，液体则穿过 介质流出，从而实现固-液分离。
滤饼洗涤
滤饼脱水
滤浆加入
洗水
浓洗液
真空分配器
未稀释的 母液
空气吹入
滤布 干燥
滤饼脱水
滤饼卸下
滤布洗净
结构与原理：沿园周分布排列的若干个扇形过滤盘，各通过径 向管道与中心分配头的转动盘相连。扇形过滤盘的多孔底板上 敷设滤布作为过滤介质。各扇形盘回转到不同的圆周位置时， 借助于分配头依次进行真空抽滤、洗涤、脱水、翻盘(吹气)卸 渣和滤布清洗等全部操作。
过滤
WYB系列卧式叶片过滤机 SYB系列水平叶片过滤机
过滤
转筒真空过滤机
II 1 2 4
3
6
III
7
5
a.转动盘
b.固定盘
I
1－转筒； 2－滤饼； 3－割刀； 4－分配头 5－吸走滤液的真空凹槽； 6－吸走洗水的真空凹槽； 7－通入压缩空气的凹槽； I－过滤区； II－洗涤脱水区； III－卸渣区
第五章 颗粒-流体非均相物系分离
概述
在化工生产中，常常需要使固体与流体两相分离。如晶体 与母液分离；气相中分离催化剂微粒分离等。
由于液体与气体对颗粒物料分散特性差别很大，故常将颗 粒-流体系统以划分为液-固和气-固体系。不过从两相流体 力学原理的角度而言都是共通的。
颗粒分散在液体中称悬浮液，分散在气体中称含尘气。小 于1m的颗粒称为“胶质”(Colloid)，分散在液体中称 “溶胶”(Sol)，分散在气体中则称“气溶胶”(Aerosol)。
第五章 膜分离
纳米膜过滤是介于反渗透与超滤之间的液相膜处理新技术。
其特点为：（1）能截留小分子的有机物并可同时透析除盐，集浓缩透析为一体；（2）操作压力远比反渗透低，具有节约动力的优点。
纳滤膜的性质与特点大多数的纳滤膜是由多层聚合物薄膜组成。
活性层通常带荷负电化学基团。
一般认为纳滤膜是多孔性的，其平均孔径为2nm。
作为一般规律，通常分子量截留范围为100一200道尔顿，纳滤膜具有良好的热稳定性，pH稳定性和有机溶剂的稳定性。
纳米过滤的分离机理纳滤膜不仅具有依靠筛分作用进行分离，也显示有建立在离子电荷密度基础上的选择性，因为膜的离子选择性，对于含有不同自由离子的溶液，透过膜的离子分布是不相同的(透过率随离子浓度的变化而变化)，这就是Donnan效应。
Donnan平衡模型对于荷电膜脱盐，多用Donnan平衡模型来解释。
当系统达到平衡时，膜相、水相、溶液相的离子的化学电位应该达到平衡态。
虽然，利用Donna 平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据，而对于在压力下透过膜的机理，还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
第二节膜材料及其特性膜材料◆纤维素衍生物醋酸纤维素（CA）：由纤维素和醋酸反应制得。
是反渗透膜、微滤和超滤的膜材料。
优点：价格便宜，膜的分离和透过性能良好；缺点：pH使用范围窄（pH=4~8），容易被微生物分解以及在高压操作下时间长了容易产生压密，引起透量下降。
硝酸纤维素（CN）：由纤维素和硝酸反应制得。
价格便宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。
为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维素混合使用。
再生纤维素：纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并在溶解过程中发生降解，在成膜过程中又回复到纤维素的结构，称为再生纤维素。
广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。
◆聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料。
是目前最重要、生产量最大的高分子聚合膜。
用途：超滤和微滤的膜材料，多种商品复合膜的支撑层膜材料。
优点：耐酸、耐碱缺点：耐有机溶剂的性能差。
5水处理工程过滤
② 有足够的化学稳定性。
(不溶于水，对废水中的化学成分足够稳定，不产生有害物 质。)
③ 具有一定的大小和级配。
（粒度适中，外形近乎球形，表面粗糙，带有棱角，能提供较 大的比表面和孔隙率，满足截留悬浮物的要求。）
④ 价廉，易得。
水处理工程
(2)滤料的种类 石英砂 无烟煤粒 石榴石粒 磁铁矿粒 白云石粒 花岗岩粒 聚苯乙烯发泡塑料球等。
会招致局部承托层发生移动，滤料层和承托层混合，造 成漏砂现象。
(2)冲洗水量过小的地方，部分滤层膨胀不足，滤料 层中的杂质冲洗不干净，逐渐胶结变大，形成“泥球” 或“泥饼”。
配水不均匀原因：
Ⅱ
Ⅰ
滤层
垫层
B
A
水处理工程
假定反冲洗水强度为q,各水流路线的总水头损 失应包括配水系统的水头损失s1q2、配水系统上 孔眼的水头损失s2q2 、垫料层水头损失s3q2 、 滤料层水头损失s4q2 ，进水压力为H
二、普通快滤池的构造
过滤过程：最大过滤水头损失1.5－2m 工作周期：过滤开始－冲洗结束＝12－24h
水处理工程
1-进水干管； 2-进水支管； 3-清水支管； 4-排水管； 5-排水阀； 6-集水渠； 7-滤料层； 8-承托层； 9-配水支管； 10-配水干管； 11-冲洗水管； 12-清水总管； 13-排水槽； 14-废水渠；
1、被水流挟带的颗粒如何与滤料颗粒表面接 近或接触，这涉及颗粒脱离流线而向滤料颗粒表 面靠近的迁移机理。
2、当颗粒与滤料表面接触或接近时，依靠哪 些力的作用使它们粘附于滤料颗粒表面上，这涉 及粘附机理。
水处理工程
1、颗粒迁移机理
在过滤过程中，滤料孔隙中的水流一般属层流状态。 被水流挟带的颗粒随水流的流线运动。它之所以会脱离 流线与滤料颗粒表面接近，完全是一种物理-力学作用， 主要有拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用。
水处理工程=清华大学第五章过滤课件(第一篇)
H t H 0 H t
h h1 ht
v2 h2 2g
第五章
19
滤池总过滤水头损失H＝H0＋h＋△Ht H0：清洁滤层水头损失 h：配水系统、承托层及管路水头损失 △Ht：在时间t时的水头损失增值
ΔH t
h1: 配水系统水头损失
过滤周期 与滤速有关
1.5~2m
第五章
20
第2节 滤池的运行
第五章 23
4座滤池进水渠相通，在任 何时间水位基本上相等。
一座滤池冲 洗完毕
减速过滤（一组4座滤池） 一座滤池滤速的变化 如果一组滤池的滤池数很多，阶梯式下降折线将变为 近似连续下降曲线。 每一格滤池在反洗间隔之间，按等速过滤方式，水位 略有升高。 第五章
24
4
第2节 滤池的运行
等速与变速过滤的差别？ 在平均滤速相同的条件下，减速过滤的滤后水质较 好。而且在相同过滤周期内，过滤水头损失要小。 清洁时，过滤速度虽大，但孔隙也大，孔隙内的速 度并不太大，可将一些悬浮杂质带入下层滤料。而 当截留有杂质时，孔隙减少，滤速也减少，可防止 悬浮物穿透滤层。
第五章
45
第五章
46
第3节 滤池的基本构造
2．小阻力配水系统 减少配水系统阻抗S1 降低配水系统流速 增大配水空间 使孔眼处的压力接近
指孔口阻力较小
第3节 滤池的基本构造
中阻力配水（开孔 比：0.6%~0.8%）
小阻力配水系统 钢筋混凝土穿 孔滤板 钢筋混凝土穿孔板：板上铺设一层或两层尼龙网。
第五章 39
三层：18~20m/h
第3节 滤池的基本构造
三、配水系统
1. 配水系统的目的： 均匀分布反冲洗水 均匀收集过滤水 配水不均匀导致： (1) 部分区域水量小，冲洗不净 (2) 部分区域水量大，冲动垫层
药物分析第五章11
2.药物制剂分析中，需做制剂的常规项目检查， 。 3.药物制剂组成较为复杂，在设计和选定分析方法 时，应根据药物的性质、含量的多少以及剂型、赋 形剂、附加剂的影响程度而定。测定方法除满足准 确度和精密度的要求外，专属性和灵敏度也应符合 要求。对药物含量较低的制剂，应选择灵敏度高的 方法测定；当辅料对测定有干扰时，则应选择专属 性较强的方法。 此外，对某些制剂还需做一些特殊的检查。如对 水溶性较差的药物片剂，需作溶出度测定。
2.氨 50ml含氨量限度是0.00002% 3.微生物限度 取水量改为200ml 4.细菌内毒素 增加了此项的检查，规定每 1ml中含内毒素量应小于0.25EU。 四、灭菌注射用水的分析 质量要求与注射用水基本相同，增加了一 项应符合注射剂项下有关的各项规定。
第二节 一般制剂的分析 药物制成制剂的目的： 1.为了防治疾病和诊断疾病的要求； 2.为了保证药物用法和用量的准确； 3.为了增强药物的稳定性； 4.为了药物使用、储存和运输的方便； 5.为了延长药物的生物利用度； 6.为了降低药物的毒性和副作用。
0.355 500 x3 ％ 100％ 82.8% 715 0.3 0.357 500 x4 ％ 100％ 83.2% 715 0.3
0.354 500 x5 ％ 100％ 82.5% 715 0.3 0.356 500 x6 ％ 100％ 83.0% 715 0.3
第五章过滤
第五章过滤本章纲要了解：穿孔管大阻力配水系统设计钢筋混凝土穿孔（或裂缝）滤板穿孔滤板滤头无阀滤池熟悉：过滤水力学滤料和承托层小阻力配水系统冲洗废水的排除冲洗水的供给虹吸滤池移动罩滤池压力滤池把握：过滤机理（filtration mechanism）滤层内杂质散布规律滤层中的负水头现象冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时刻气、水反冲洗大阻力配水系统一般快滤池rapidfilterV型滤池本章摘要1.过滤机理颗粒迁移grain transference——目前只能定型描述，无法用定量估算，是物理力学作用拦截：颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒直接碰着滤料表面；沉淀：颗粒沉速较大在重力作用下离开流线；四种作用惯性: 颗粒具有较大惯性离开流线与滤料表面接触；水动力：非球体颗粒由于在速度梯度下，会产生转动而离开流线与颗粒表面接触；颗粒粘附grainconglutination----是物理化学作用作用：范德华引力和静电力彼此作用下，和某些化学健和某些特殊的化学吸附力下，也会有絮凝颗粒的架桥作用。
粘附作用要紧决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。
例：未经脱稳的悬浮物颗粒过滤成效很差。
2.滤层内杂质散布规律滤层内杂质散布规律：上细下粗的滤层杂质散布。
过滤进程：颗粒粘附同时，存在间隙中水流剪力作用而致使颗粒从滤料表面上脱落趋势。
粘附力与水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。
过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力较小，因此粘附作用占优势。
随着过滤时刻的延长，滤层中杂质慢慢增多，孔隙率慢慢减小，水流剪力慢慢增大，以至最后粘附上的颗粒将第一脱落下来，或被水流夹带的后续颗粒再也不有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向基层推移，基层滤料截留作用渐次取得发挥。
往往基层滤料截留悬浮颗粒作用远未取得充分发挥时，过滤就得停止。
缘故是，滤料经反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表层滤料粒径最小，粘附比表面积最大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又最小，因此，过滤到一按时刻后，表层滤料间孔隙将慢慢被堵塞，乃至产生筛滤作用而形成泥膜，使过滤阻力剧增。
生物分离工程 第5章-初级分离
一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体后进行。
第二节 沉淀分级
生物分子在水中形成稳定的溶液是有条件 的，这些就是溶液的各种理化参数。任何 能够影响这些条件的因素都会破坏溶液的 稳定性。
沉淀法就是采用适当的措施改变溶液的理 化参数，控制溶液的各种成分的溶解度， 从而将溶液中的欲提取的成分和其它成分 分开的技术。
沉淀和结晶的区别:
▪ 形态：不定形 ▪ 成分纯度：纯度较低
影响盐析的因素
溶质种类的影响：Ks和β值 溶质浓度的影响：
蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分 辨率低；
蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；
pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量
通常调整体系pH值，使其在pI附近；
盐析温度：
一般在高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降
在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两 者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性 粒子吸附并包裹在其中除去。
这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可 以作为提取目标产物的技术手段。
（三）多糖的去除
酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使 其转化为溶解度较大的单糖，从而改变流体的流动特 性，提高过滤速率。
颗粒间的相互作用的位能取决于离子强度。 在低离子强度时，颗粒距离处在中间状态，双 电层斥力占优势，可看为一个凝聚的势垒；在 高离子强度时，吸引力超过排斥力，相互间的 总位能表现为吸引位能。 虽然这个理论所假定 的条件并不完全适合于蛋白质分子，但该理论 对于理解破坏蛋白质溶液的稳定性仍有很大帮 助，同时还有助于针对具体蛋白质选择最合适 的沉淀剂及技术。
第五章 深层过滤
第五章深层过滤过滤是去除悬浮物，特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。
过滤时，含悬浮物的水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。
根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列几类。
（1）格筛过滤过滤介质为柳条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等，其典型设备有格栅、筛网和微滤机。
（2）微孔过滤采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂（如硅藻土）形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。
其定型的商品设备很多。
（3）膜过滤采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力（如压力、电场力等）下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具选择性，可以除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。
其主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。
（4）深层过滤采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。
由于滤料颗粒之间存在孔隙，原水穿过一定深度的油层，水中的悬浮物即被截留。
为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，将这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。
在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。
在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。
常用的深层过滤设备是各种类型滤池。
按过滤速度不同，有慢滤池（<0.4m/h）、快滤池（4～10m/h）和高速滤池（10～6Om/h）三种；按作用力不同，有重力滤池（水头为4～5m）和压力滤池（作用水头15～25m）两种；按过滤对水流方向分类，有下向流、上向流、双向流和任向流滤池四种；按滤料层组成分类，有单层滤料、双层滤料和多层滤料滤池三种。
普通快滤池是常用的过滤设备，也是研究其他滤池的基础。
因此本章主要讨论快滤池，其他类型过滤设备分述于有关章节。
第一节普通快滤池的构造图5-1为普通快滤池的透视与剖面示意图。
快滤池一般用钢筋混凝土建造，池内有排水槽、滤料层、垫料层和配水系统；池外有集中管廊，配有进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及附件。
食品工艺（下册）第五章第三、四节碳酸饮料与瓶装饮用水生产工艺习题与答案
第三、四节碳酸饮料与瓶装饮用水生产工艺习题与答案一、名词解释1．碳酸饮料：是指充有二氧化碳气体饮料的总称，含二氧化碳气体是碳酸饮料的特征。
2．一次灌装法：又称预调式，是指先将各种原辅料按工艺要求配制成调味糖浆，然后将调味糖浆和水预先按一定比例泵入汽水混合机内进行定量混合，再经过冷却碳酸化，将达到一定含气量的成品经灌装机一次灌入容器中而制成碳酸饮料。
3．二次灌装法：又称现调式，是先把水和糖混合成糖浆，再添加酸味剂、香料、香精等制成调和糖浆，定量注入容器中，然后通过灌装机装入冷却的碳酸水，密封后在瓶内混合而成碳酸饮料。
4．碳酸化作用：是指在压力的作用下，将二氧化碳气与水混合，化合成碳酸。
5．瓶装水：是指密封于塑料瓶、玻璃瓶或其他容器中的不含任何添加剂可直接饮用的水。
6．饮用天然矿泉水：是指从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、未受污染的地下矿水；含有一定的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等在天然波动范围内相对稳定。
7．饮用纯净水：是指符合生活饮用水卫生标准的水为水源，采用蒸馏法、电渗析法、离子交换法、反渗透法及其他适当的加工方法，除去水中的矿物质、有机成分、有害物质及微生物等加工制成的水。
8．饮用矿泉水：是指不以治疗疾病为目的，含有对人体有益的化学成分，含有一定量的矿物质和体现特征的微量元素或其他组分，符合饮用水标准的一种纯净、安全、卫生的水。
二、填空题1．碳酸饮料是指充有二氧化碳气体饮料的总称，含二氧化碳气体是碳酸饮料的特征。
2．目前，国内外生产碳酸饮料的方法有一次灌装法（又称预调式）和二次灌装法（又称现调式）。
3．一次灌装法是先将各种原辅料按工艺要求配制成调和糖浆，然后与充有二氧化碳的水（或称碳酸水）在配比器内按一定比例进行混合，进入灌装机一次灌装。
4．二次灌装法是先把水和糖混合成糖浆，再添加酸味剂、香料、香精等制成调和糖浆，定量注入容器中，然后再充入碳酸水的二次灌装方式。
截留分子量
5.12 膜组件
平板膜组件
操作：图 应用： A、UF、MF、PV， B 、适合于处理悬浮液较 高的料液。 优点：保留体积小，操作费 用低，压力降小，流液稳 定，比较成熟。 缺点： A、投资费用高， B 、大的固体含量会堵塞 进料液流通，撤卸清洗管 道费时。
5.5 反渗透(RO)
渗透压差
条件：极稀溶液。 意义： 透过液溶质浓度(c2p)方程： v1为溶剂水的摩尔体积(m3/mol)；aA和aB分别为A、B两侧 溶剂的活度； 为膜两侧的渗透压差 ; c2 为溶质在膜两 侧浓度差；p为膜两侧压力差；L solute和Lsolvent分别为溶质 和溶剂在膜中的渗透系数。 意义：
膜的评价： 当然， MWCO 只表征膜特征
的一个参数，不能作为唯一指标。膜的 优劣应从孔径分布、透过通量、耐污染 能力、稳定性、温度、pH、机械强度等 多方面考察。
5.11 超滤膜的分子截留作用
截留率的影响因素
A、分子特征：分子量相同时，线形分子截留率较低；支链分子较高， 球状分子最大。 B、电荷：对于荷电膜，膜相同的分子截留率低；反之，截留率较高。 C、膜吸附：溶质与膜有相互吸附的，截留率高；相反，截留率较低。 D、其他高分子的影响：当有两种以上的高分子溶质存在时，其中某一 溶质的截留率高高于单独存在的情况。这主要是由于：a、竞争性抑 制；b、浓度的极现象使膜表面的浓度高于主体浓度。图 E、操作条件：温度升高，黏度下降，则截留率降低。膜面流速增大， 则浓度极化减低，截留率升高。 F、pH 值：当料液的pH值等于蛋白质的pI时，由于蛋白质的净电荷为零， 蛋白质间的静电排斥最小，使蛋白质在膜表面形成的凝胶极化层浓度 最大，即透过阻力最大。此时，溶质的截留率高于其他 pH下的截留 率。图
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同类膜，孔径，水通量Jw。 水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子
溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%） 由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。
27
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
有时也用于置换样品缓冲液。 由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不
适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。 透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。
1. 截留率和截断分子量
• 膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）
来表示，其定义为
•
R＝1－ Cp／Cb
１７－１
• 式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液 （Permeate）和截留液的浓度。
• 如R＝1，则Cp＝0，表示溶质全部被截留； • 如R＝0，则Cp＝ Cb，表示溶质能自由透过膜。
0.01m > 反渗透 小于0.001m ② 分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、
纳滤、反渗透为分子级水平的分离； ③ 分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗
透机理是渗透现象的逆过程： ④ 压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1-0.6 MPa
31
1透析
• 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不 能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和 其它小分子溶质的溶液与水溶液或缓冲 液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同， 在浓差的作用下，高分子溶液中的小分 子溶质（如无机盐）透过膜向水透渗透， 这就是透析。
• 毛细管流动模型：膜
是多孔性的，膜内有很多孔 道。水以滞流方式在孔道内 流动，
• 因而水通量服从HagenPoiseuille方程式；
Jv d 2p 32 L
Jv 水通量； ε 膜的孔隙度； d 圆柱形孔道的直径； L 膜的有效厚度； Δp 膜两侧压力差； μ 水的粘度。
40
3. 反渗透
36
2. 超 滤
是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质 进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一 般为6000 到 50万，孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa。
37
超滤过程示意图：
截留液
背压阀
△P出
平板式 超滤膜
透出液
蛋白酶液
恒流泵
△P进
当溶液体系经由水泵进入超滤器时，在滤器内的超滤膜表面发生 分离，溶剂（水）和其它小分子量溶质透过具有不对称微孔结构 的滤膜，大分子溶质和微粒（如蛋白质、病毒、细菌、胶体等） 被滤膜阻留，从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。 38
• 透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、 • 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， • 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 • 反渗透膜：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 • 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 • 电渗析：离子交换树脂 • 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙
烯醇、聚丙稀酰胺
18
(二）膜的制造
• 要求： • （1） 透过速度 • （2） 选择性 • （3） 机械强度 • （4） 稳定性
19
相转变制膜
• 不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下：
• 1．将高聚物溶于一种溶剂中； • 2．将得到溶液浇注成薄膜； • 3．将薄膜浸入沉淀剂（通常为水或水溶液）中，
超滤应用
• 超滤从70年代起步， 90年代获得广泛应用, 已成为应用领域最广的技术。
蛋白、酶、DNA的浓缩 脱盐/纯化 梯度分离（相差10倍） 清洗细胞、纯化病毒 除病毒、热源
39
微滤和超滤的分离机理
• 一般认为是简单的筛分过程， 大于膜表面毛细孔的分子被 截留，相反，较小的分子则 能透过膜。
利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是水）而截留离子 物质性质，以膜两侧静压差为推动力，克服渗透压，使溶剂通 过反渗透膜实现对液体混合物进行分离的过程。 操作压差一般为1.5～10.5MPa，截留组分为小分子物质。
41
反渗透法
分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，为反渗透
渗透和反渗透
42
反渗透法
• 反渗透法对分子量>300的电解质、非电解质都可有效的除 去，其中分子量在100～300之间的去除率为90％以上。
反渗透工业应用包括： 海水和苦咸水脱盐制饮用水； 制备医药、化学工业中所需的超纯水； 用于处理重金属废水 用于浓缩过程，不会破坏生物活性，不会改变风味、
香味。包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀
•
第五章
膜分离技术
(membrane separation)
第一讲
1
本讲的主要内容
膜分离技术概述 膜材料与膜的制造 表征膜性能的参数 各种膜分离技术及其分离机理
2
膜分离技术
• 概念：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选 择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差 作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物 中其它组分，从而达到分离目的的技术。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
29
5.3 各种膜分离技术 及分离机理
30
微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点： ①以膜两侧压力差为推动力；②按体积大小而分离；③膜的制
造方法、结构和操作方式都类似。 微滤、超滤、纳滤、反渗透区别： ① 膜孔径：微滤0.1-10m > 超滤0.01-0.1 > 纳滤0.001-
13
（一）膜材料
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜, 不锈钢膜，陶瓷膜
14
醋酸纤维特点：
• ①透过速度大 • ②截留盐的能力强 • ③易于制备 • ④来源丰富
• ⑤不耐温（30℃） • ⑥pH 范围窄，清洗困难 • ⑦与氯作用，寿命降低 • ⑧微生物侵袭 • ⑨适合作反渗透膜
• 孔径和孔径分布也可直接用电子显微镜观察得到，特别是微
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
5
概述
★膜分离的特点
• ①操作在常温下进行； • ②是物理过程，不需加入化学试剂； • ③不发生相变化（因而能耗较低）； • ④在很多情况下选择性较高； • ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； • ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 • 因而在生物产品的处理中占有重要地位
6
概 述 膜分离技术的重要性
和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中牛奶的浓缩。
43
反渗透的分离机理
• 反渗透中溶剂和溶质是如何透过膜的，在膜中的 迁移方式如何？
• 溶解扩散模型 • 优先吸附模型
• 溶解扩散模型适用于均匀的膜，能适合无机盐的 反渗透过程，
• 对有机物优先吸附－毛细孔流动模型比较优越。
3
概述
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服 务是近几十年的事。1960年Loeb和Sourirajan制备出 第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜分 离技术发展的一个里程碑。
4
概述
• 1925年以来，差不多每十年就有一项新 的膜过程在工业上得到应用
• 30年代 微滤 • 40年代 透析 • 50年代 电渗析 • 60年代 反渗透 • 70年代 超滤 • 80年代 纳滤 • 90年代 渗透汽化
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
15
聚砜膜的特点
• （1）温度范围广 • （2）pH 范围广 • （3）耐氯能力强 • （4）孔径范围宽
• （5 ) 操作压力低 • （6）适合作超滤膜
16
近年来开发的新型膜材料
① 复合膜； ② 无机多孔膜； ③ 纳米过滤膜。 ④ 功能高分子膜； ⑤ 聚氨基葡糖
17
膜材料 - 不同的膜分离技术
9
截留分子量： 微滤 0.02～10μm 透析 3000 Dalton～ 几万Dalton 超滤 50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50万Dalton 纳滤 200～1000Dalton或1nm 反渗透 200Dalton
10
概述
膜分离法与物质大小（直径）的关系
RO NF UF MF
F
11
5.1 膜材料 与膜的制造
3 孔道特征-孔径
孔径常用泡点法（bubble-point method）测定，对微孔膜尤 为适用。
将膜表面覆盖一层溶剂（通常为水），从下面通入空气，逐渐 增大空气压力，当有稳定气泡冒出时的压力，称为泡点压力
• 根据下式，即可计算出孔径：
•
d＝4γ COSθ ／P
（17-3）
• 式中d为孔径，γ 为液体的表面张力，θ 为液体与膜间Biblioteka 接 触角，P为泡点压力。25
MWCO与孔径
截断分子量:（molecular weight cut-off，MWCO）相 当于一定截留率(通常为90％或95％)的分子量，随厂商 而异。由截断分子量按可估计孔道大小。