第六章膜分离过程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
21
5.3 膜及其组件5.3.1 膜的定义和类型
膜的定义
在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体分 割成为两部分，这一薄层物质称为膜。 膜是均匀的一相或由两相以上凝聚物质所构成的复 合体。 膜的厚度在0.5mm以下。
膜的类型
有孔膜和无孔膜 （形态学） 膜对称性 各向同性膜和各向异性膜（不对称膜） 膜材料
13
超滤Ultrafiltration
超滤所分离的组分直径为0.001～0.02µ m， 相对分子质量大于500的大分子和胶体，这 种液体的渗透压很小，可忽略。 超滤可分离溶液中的大分子、胶体、蛋白 质和微粒等。 所用的膜常为非对称膜。微孔过滤膜一般 为对称膜。
14
超滤
超滤的分离机理与微滤相似，主要有： 在表面和微孔内吸附 在孔中停留（阻塞） 在膜表面的机械截留（筛分） 一般认为超滤是一种筛分过程，可以 用微孔模型表示超滤的传递过程。聚 合物膜的化学性质对膜的分离特性影 响不大。
20
5.2.4以电位差为推动力的膜分离过程
离子交换膜电渗析(EDTM) 离子在电势的驱动下，通过选择性渗透膜， 从一种溶液向另一种溶液迁移。
用于该过程的膜，只有共价结合的阴或阳离 子交换基团。阴离子交换膜只能透过阴离子， 阳离子交换膜则只能透过阳离子。将离子交 换膜浸入电解质溶液，并在膜的两侧通以电 流时，则只有与膜上固定电荷相反的粒子才 能通过膜。
22
23
5.3.2 膜组件
由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这 些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或 膜装臵。 聚合膜主要有两种形式 平板式和管式 膜组件主要有四种形式 平板式 管式 螺旋卷式 中空纤维式
24
平板膜组件
与板式换热器或加压叶滤机相似，由多枚圆形或长方 形平板膜以1mm左右的间隔重叠加工而成，膜间衬设 多孔薄膜，供料液或滤液流动。平板膜组件比管式膜 组件比表面积大得多。
7
存在的问题
膜面会发生污染、膜面清洗方法; 目前膜的性能，其耐药性、耐热性、 耐溶剂能力都是有限的，故使用范围 受限; 膜分离工艺与其他分离工艺的结合。
8
5.2 膜分离过程的类型
膜分离过程是一种物质被透过或被截留于膜的过程， 近似于筛分过程，依据滤膜孔径的大小而达到物质 分离的目的，故可按分离粒子或分子的大小予以分 类
透过液
46
膜分离过程在生物工程中的应用
过程 微滤 超滤 应用对象 消毒、澄清收集细胞 大分子物质分离 实例 培养悬浮液除菌，产品消毒， 细胞收集 酶及蛋白质的分离、浓缩、纯 化，血浆分离、脱盐、去热源， 膜反应器 糖，二价盐、游离酸的分离
第五章 膜分离过程 Membrane Separation Process
1
膜分离的概念
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，由于溶液中各组分透 过膜的迁移率不同而实现分离 的一种技术。
2
主要内容
概述 膜分离过程的类型 膜及其组件 压力特性 浓差极化 膜的污染 膜的截留能力 过程条件
39
化学法常用的清洗剂有：
4 ．氧化剂：氯有较强的氧化能力。当 NaOH 或表 面活性剂不起作用时，可以用氯，其用量为 106mg/L活性氯，其最适pH为10～11。 5．酶：酶本身是蛋白质， 能用其他清洗剂就酶。 但如要去除多糖时，淀粉酶有一定作用的。
6 ．有机溶剂：由于有机溶剂对膜和装置有不良 作用，因而很少采用。 20-50 ％乙醇可用于膜装 置的灭菌和去除油脂或硅氧烷消泡剂，但使用时 系统必须符合防爆要求。
25
管式膜组件
将膜固定在内径 10～ 25mm ，长约 3m 的圆管状多孔支撑 体上构成的， l0 ～ 20 根管式膜并联，或用管线串联，收 纳在筒状容器内即构成管式膜组件。 内径较大，结构简单，适合于处理悬浮物含量较高的料 液，分离操作完成后的清洗比较容易。但是管式膜组件 比表面积在各种膜组件中最小。
5.8 膜的截留能力
子量之间的关系曲线
43
超 - 微滤的工作模式可分为浓缩、透析和纯化三种。
5.9 过程条件
44
1. 分批浓缩
料液一次加入储槽中，以泵进行循环， 同时有透过液流出，浓度逐渐增加， 称为浓缩模式。 一般循环液的体积流速应为透过液的 10倍以上，以便其以高速流过膜面。 膜两侧的压力差由背压阀调节，应兼 顾循环速度增大和通量。
浓度极化示意图
34
5.6 膜的污染
膜使用中最大的问题是膜污染。 指随着操作时间的增加，处理物料中的微 粒、大分子、胶粒或其他溶质分子，由于 与膜存在物理化学作用或机械作用而引起 的，在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔 径变小或堵塞，使膜透过流速的迅速下降， 溶质的截留率也明显下降。
35
5.6 膜的污染
45
2 透析过滤
在分批操作中，小分子和溶剂透过膜，而大分子在保留液留 中，浓度逐渐增大，而通量逐渐降低，最后操作无法进行。
若需进一步将小分子除去， 可以补充加入水，继续进 水或缓冲液 行超滤。 通常的操作方式为连续地 贮槽 加入水，其量与透过液 相等，保留液体积始终保 持不变。
UF
泵
透析过滤模式: 料液中不断加入水或缓冲液， 如虚线所示，即成为透析过滤模式）
17
图4 膜过滤与常规过滤的膜孔径范围
18
5.2.2以蒸气分压差为推动力的过程
膜蒸馏 是在不同温度下分离两种水溶液的膜
过程，已经用于高纯水的生产，溶液脱水浓 缩和挥发性有机溶剂的分离，如丙酮和乙醇 等。使用的膜是疏水性微孔膜。
渗透蒸发 是以蒸气压差为推动力的过程，但
是在过程中使用的是致密(无孔 )的聚合物膜。 液体扩散能否透过膜取决于它们在膜材料中 的扩散能力。
9
5.2 膜分离过程的类型
10
5.2 膜分离过程的类型
以静压力差为推动力的过程； 以蒸气分压差为推动力的过程；
以浓度差为推动力的过程；
电位差为推动力的过程
11
5.2.1 以静压力差为推动力的 过程
微滤 (Microfiltration) 是以静压差为推 动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛 分”作用进行分离的膜过程，其原理 与普通过滤相类似。在静压差的作用 下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于 膜孔的粒子被截留于膜面上。
中空纤维或毛细管膜组件
28
动态压力过滤器
轴向旋转过滤器 由内、外两个不 锈钢圆筒组成， 圆筒上覆有膜， 内 筒 以 2000~3000r/min 旋转，使液体处 于运动状态。 适于处理悬浮液。
29
30
5.4 压力特性
微滤是生物技术中重要的膜分离过程。
跨膜压力与错流速率有关。
12
微滤Microfiltration
微 孔 膜 平 均 孔 径 0.02-10µ m，能截留直径 0.05-10µ m的微粒或分子量大于106的高分子。 原料液在压差作用下，其中水 ( 包括尺寸小 于膜孔的大分子和微粒 ) 透过膜孔流到膜的 低压侧，为透过液。大于膜孔的大分子和微 粒被截留，从而达到分离的目的。因此微滤 对微粒的截留机理是筛分作用。 决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的大 小和形状。
15
反渗透是正常渗透的逆过程，即浓溶液中的溶剂 通过膜向稀溶液流动。如下图所示当盐水一侧施 加压力大于水的渗透压时，盐水中的水则透过半 透膜，从而获得淡水。 反渗透膜的透过机理，目前仍未成熟。
反渗透 Reverse Osmosis
16
5.2.1以静压力差为推动力的过程
微滤 特别适用于微生物、来自百度文库胞碎片、微细沉淀物和 其他在“微米级”范围的粒子如 DNA 和病毒等的截 留和浓缩。 超滤 适用于分离、纯化和浓缩一些大分子物质，如 在溶液中或与亲和聚合物相连的蛋白质 (亲和超滤)、 多糖、抗生素以及热原，也可以用来回收细胞和处理 胶体悬浮液。 反渗透 海水脱盐、超纯水制备，从发酵液中分离溶 剂如乙醇、丁醇和丙酮以及浓缩抗生素、氨基酸等。 纳滤 介于反渗透和超滤之间，膜孔径为1~10nm,截 留分子质量 100~1000Da ，膜上带电荷，可分离低分 子量有机物和多价离子，多用于半咸水脱盐、水软化、 生物制药、微污染物脱除及废水治理等。
膜的劣化是由于膜本身的不可逆转的质量变化而引 起的膜性能变化； 水生物污垢是由于形成吸着层和堵塞等外因而引起膜 性能变化。
37
5.6 膜的污染
防止污染
预处理 开发抗污染的膜 加大供给液的流速
清洗（净洗法）
化学洗涤 物理洗涤
38
化学法常用的清洗剂有：
1 ． NaOH ：发酵工业中用得很普遍，浓度为 0.1 ～ 1.0M 。它能水解蛋白质，皂化脂肪和对某些生物 高分子起溶解作用。 2．酸：如HNO3、H3PO4 和HCI。用于去除无机污染 物，如钙和镁盐。对不锈钢装置不能用HCI。柠檬 酸对含铁污染物有效。 3 ．表面活性剂：主要对生物高分子、 油脂等起 乳化、分散、干扰细菌在膜上的粘附。常用的SDS 和 Triton X-100 ，有较好的去蛋白质和油脂等作 用。
31
5.5 浓差极化
浓差极化指在超滤
过程中，由于水透过 膜，因而在膜表面的 溶质浓度增高，形成 梯度，在浓度梯度的 作用下，溶质与水以 相反方向扩散，在达 到平衡状态时，膜表 面形成溶质浓度分布 边界层，它对水的透 过起着阻碍作用。
32
5.5 浓差极化
33
浓差极化
推动力
透过快的组分
透过慢的组分 膜
19
5.2.3以浓度差为推动力的过程
渗析 最主要的应用是血液 (人工肾)的解毒，也用 在实验室规模的酶的纯化上，使用的是微孔 膜如胶膜管。 酶的传统纯化办法是使用渗析袋，从样品中 除去无用的低相对分子质量溶质和臵换存在 于渗透液中的缓冲液，由于在样品中盐和有 机溶剂的浓度高，渗透压的结果导致水向渗 透袋内迁移，体积增加，所以渗透在除去多 余的低相对分子质量溶质的同时，引进了一 个新的缓冲溶液。
26
螺旋卷式膜组件
将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网上，两端密 封。两张膜的上下分别衬设一张料液隔网，卷绕 在空心管上，空心管用于滤液的回收。 比表面积大，结构简单，价格较便宜。但缺点是 处理悬浮物浓度较高的料液时容易发生堵塞现象。
27
由数百至数百万根中空纤维膜固定在圆筒 形容器内构成 ( 内径为 40 ～ 80um 的膜称中 空纤维膜，而内径为 0.25 ～ 2.5mm 的膜称 毛细管膜)。 毛细管膜的耐压能力在1.0MPa以下，主要 用于超滤和微滤；中空纤维膜的耐压能力 较高，常用于反渗透。
膜污染的表现一是膜通量下降；二是通过 膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大；三是 膜对生物分子的截留性能改变。 膜污染与浓差极化在概念上不同， 浓差极 化加重了污染，但浓差极化是可逆的，即 变更操作条件可使之消除，而污染是不可 逆的，必须通过清洗的办法，才能消除。
污染是由膜的劣化和水生物污垢所引起的。
36
6
5.1 概述 膜分离技术特点
不发生相变，能耗低； 是物理过程，不需加入化学试剂； 常温下进行，条件比较温和，适用范围广， 特别适用于对热敏感的物质如果汁、酶、药 品等的分离、浓缩与富集； 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； 设备易放大，可以分批或连续操作; 分离装臵简单，操作方便，易自控、维修。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
3
膜科学的发展史
4
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。
5
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
40
物理法：
海绵球擦洗 热水法 反冲洗和循环清洗
41
5.7 膜过滤理论
超-微滤膜的性能 微孔模型 Hagen-Poiseuille定律 质量传递模型 凝胶极化模型 阻力模型 渗透压模型
42
表观截留率 δ表 = (cb - cf) / cb cb 和 cf 分别为主体溶 质浓度和透过溶质 浓度。 δ = (cm - cf) / cm cm 为 膜 表 面 溶 质 浓 度。 截断曲线 截留率与分
5.3 膜及其组件5.3.1 膜的定义和类型
膜的定义
在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体分 割成为两部分，这一薄层物质称为膜。 膜是均匀的一相或由两相以上凝聚物质所构成的复 合体。 膜的厚度在0.5mm以下。
膜的类型
有孔膜和无孔膜 （形态学） 膜对称性 各向同性膜和各向异性膜（不对称膜） 膜材料
13
超滤Ultrafiltration
超滤所分离的组分直径为0.001～0.02µ m， 相对分子质量大于500的大分子和胶体，这 种液体的渗透压很小，可忽略。 超滤可分离溶液中的大分子、胶体、蛋白 质和微粒等。 所用的膜常为非对称膜。微孔过滤膜一般 为对称膜。
14
超滤
超滤的分离机理与微滤相似，主要有： 在表面和微孔内吸附 在孔中停留（阻塞） 在膜表面的机械截留（筛分） 一般认为超滤是一种筛分过程，可以 用微孔模型表示超滤的传递过程。聚 合物膜的化学性质对膜的分离特性影 响不大。
20
5.2.4以电位差为推动力的膜分离过程
离子交换膜电渗析(EDTM) 离子在电势的驱动下，通过选择性渗透膜， 从一种溶液向另一种溶液迁移。
用于该过程的膜，只有共价结合的阴或阳离 子交换基团。阴离子交换膜只能透过阴离子， 阳离子交换膜则只能透过阳离子。将离子交 换膜浸入电解质溶液，并在膜的两侧通以电 流时，则只有与膜上固定电荷相反的粒子才 能通过膜。
22
23
5.3.2 膜组件
由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这 些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或 膜装臵。 聚合膜主要有两种形式 平板式和管式 膜组件主要有四种形式 平板式 管式 螺旋卷式 中空纤维式
24
平板膜组件
与板式换热器或加压叶滤机相似，由多枚圆形或长方 形平板膜以1mm左右的间隔重叠加工而成，膜间衬设 多孔薄膜，供料液或滤液流动。平板膜组件比管式膜 组件比表面积大得多。
7
存在的问题
膜面会发生污染、膜面清洗方法; 目前膜的性能，其耐药性、耐热性、 耐溶剂能力都是有限的，故使用范围 受限; 膜分离工艺与其他分离工艺的结合。
8
5.2 膜分离过程的类型
膜分离过程是一种物质被透过或被截留于膜的过程， 近似于筛分过程，依据滤膜孔径的大小而达到物质 分离的目的，故可按分离粒子或分子的大小予以分 类
透过液
46
膜分离过程在生物工程中的应用
过程 微滤 超滤 应用对象 消毒、澄清收集细胞 大分子物质分离 实例 培养悬浮液除菌，产品消毒， 细胞收集 酶及蛋白质的分离、浓缩、纯 化，血浆分离、脱盐、去热源， 膜反应器 糖，二价盐、游离酸的分离
第五章 膜分离过程 Membrane Separation Process
1
膜分离的概念
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，由于溶液中各组分透 过膜的迁移率不同而实现分离 的一种技术。
2
主要内容
概述 膜分离过程的类型 膜及其组件 压力特性 浓差极化 膜的污染 膜的截留能力 过程条件
39
化学法常用的清洗剂有：
4 ．氧化剂：氯有较强的氧化能力。当 NaOH 或表 面活性剂不起作用时，可以用氯，其用量为 106mg/L活性氯，其最适pH为10～11。 5．酶：酶本身是蛋白质， 能用其他清洗剂就酶。 但如要去除多糖时，淀粉酶有一定作用的。
6 ．有机溶剂：由于有机溶剂对膜和装置有不良 作用，因而很少采用。 20-50 ％乙醇可用于膜装 置的灭菌和去除油脂或硅氧烷消泡剂，但使用时 系统必须符合防爆要求。
25
管式膜组件
将膜固定在内径 10～ 25mm ，长约 3m 的圆管状多孔支撑 体上构成的， l0 ～ 20 根管式膜并联，或用管线串联，收 纳在筒状容器内即构成管式膜组件。 内径较大，结构简单，适合于处理悬浮物含量较高的料 液，分离操作完成后的清洗比较容易。但是管式膜组件 比表面积在各种膜组件中最小。
5.8 膜的截留能力
子量之间的关系曲线
43
超 - 微滤的工作模式可分为浓缩、透析和纯化三种。
5.9 过程条件
44
1. 分批浓缩
料液一次加入储槽中，以泵进行循环， 同时有透过液流出，浓度逐渐增加， 称为浓缩模式。 一般循环液的体积流速应为透过液的 10倍以上，以便其以高速流过膜面。 膜两侧的压力差由背压阀调节，应兼 顾循环速度增大和通量。
浓度极化示意图
34
5.6 膜的污染
膜使用中最大的问题是膜污染。 指随着操作时间的增加，处理物料中的微 粒、大分子、胶粒或其他溶质分子，由于 与膜存在物理化学作用或机械作用而引起 的，在膜表面或膜孔内吸附沉积造成膜孔 径变小或堵塞，使膜透过流速的迅速下降， 溶质的截留率也明显下降。
35
5.6 膜的污染
45
2 透析过滤
在分批操作中，小分子和溶剂透过膜，而大分子在保留液留 中，浓度逐渐增大，而通量逐渐降低，最后操作无法进行。
若需进一步将小分子除去， 可以补充加入水，继续进 水或缓冲液 行超滤。 通常的操作方式为连续地 贮槽 加入水，其量与透过液 相等，保留液体积始终保 持不变。
UF
泵
透析过滤模式: 料液中不断加入水或缓冲液， 如虚线所示，即成为透析过滤模式）
17
图4 膜过滤与常规过滤的膜孔径范围
18
5.2.2以蒸气分压差为推动力的过程
膜蒸馏 是在不同温度下分离两种水溶液的膜
过程，已经用于高纯水的生产，溶液脱水浓 缩和挥发性有机溶剂的分离，如丙酮和乙醇 等。使用的膜是疏水性微孔膜。
渗透蒸发 是以蒸气压差为推动力的过程，但
是在过程中使用的是致密(无孔 )的聚合物膜。 液体扩散能否透过膜取决于它们在膜材料中 的扩散能力。
9
5.2 膜分离过程的类型
10
5.2 膜分离过程的类型
以静压力差为推动力的过程； 以蒸气分压差为推动力的过程；
以浓度差为推动力的过程；
电位差为推动力的过程
11
5.2.1 以静压力差为推动力的 过程
微滤 (Microfiltration) 是以静压差为推 动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛 分”作用进行分离的膜过程，其原理 与普通过滤相类似。在静压差的作用 下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于 膜孔的粒子被截留于膜面上。
中空纤维或毛细管膜组件
28
动态压力过滤器
轴向旋转过滤器 由内、外两个不 锈钢圆筒组成， 圆筒上覆有膜， 内 筒 以 2000~3000r/min 旋转，使液体处 于运动状态。 适于处理悬浮液。
29
30
5.4 压力特性
微滤是生物技术中重要的膜分离过程。
跨膜压力与错流速率有关。
12
微滤Microfiltration
微 孔 膜 平 均 孔 径 0.02-10µ m，能截留直径 0.05-10µ m的微粒或分子量大于106的高分子。 原料液在压差作用下，其中水 ( 包括尺寸小 于膜孔的大分子和微粒 ) 透过膜孔流到膜的 低压侧，为透过液。大于膜孔的大分子和微 粒被截留，从而达到分离的目的。因此微滤 对微粒的截留机理是筛分作用。 决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的大 小和形状。
15
反渗透是正常渗透的逆过程，即浓溶液中的溶剂 通过膜向稀溶液流动。如下图所示当盐水一侧施 加压力大于水的渗透压时，盐水中的水则透过半 透膜，从而获得淡水。 反渗透膜的透过机理，目前仍未成熟。
反渗透 Reverse Osmosis
16
5.2.1以静压力差为推动力的过程
微滤 特别适用于微生物、来自百度文库胞碎片、微细沉淀物和 其他在“微米级”范围的粒子如 DNA 和病毒等的截 留和浓缩。 超滤 适用于分离、纯化和浓缩一些大分子物质，如 在溶液中或与亲和聚合物相连的蛋白质 (亲和超滤)、 多糖、抗生素以及热原，也可以用来回收细胞和处理 胶体悬浮液。 反渗透 海水脱盐、超纯水制备，从发酵液中分离溶 剂如乙醇、丁醇和丙酮以及浓缩抗生素、氨基酸等。 纳滤 介于反渗透和超滤之间，膜孔径为1~10nm,截 留分子质量 100~1000Da ，膜上带电荷，可分离低分 子量有机物和多价离子，多用于半咸水脱盐、水软化、 生物制药、微污染物脱除及废水治理等。
膜的劣化是由于膜本身的不可逆转的质量变化而引 起的膜性能变化； 水生物污垢是由于形成吸着层和堵塞等外因而引起膜 性能变化。
37
5.6 膜的污染
防止污染
预处理 开发抗污染的膜 加大供给液的流速
清洗（净洗法）
化学洗涤 物理洗涤
38
化学法常用的清洗剂有：
1 ． NaOH ：发酵工业中用得很普遍，浓度为 0.1 ～ 1.0M 。它能水解蛋白质，皂化脂肪和对某些生物 高分子起溶解作用。 2．酸：如HNO3、H3PO4 和HCI。用于去除无机污染 物，如钙和镁盐。对不锈钢装置不能用HCI。柠檬 酸对含铁污染物有效。 3 ．表面活性剂：主要对生物高分子、 油脂等起 乳化、分散、干扰细菌在膜上的粘附。常用的SDS 和 Triton X-100 ，有较好的去蛋白质和油脂等作 用。
31
5.5 浓差极化
浓差极化指在超滤
过程中，由于水透过 膜，因而在膜表面的 溶质浓度增高，形成 梯度，在浓度梯度的 作用下，溶质与水以 相反方向扩散，在达 到平衡状态时，膜表 面形成溶质浓度分布 边界层，它对水的透 过起着阻碍作用。
32
5.5 浓差极化
33
浓差极化
推动力
透过快的组分
透过慢的组分 膜
19
5.2.3以浓度差为推动力的过程
渗析 最主要的应用是血液 (人工肾)的解毒，也用 在实验室规模的酶的纯化上，使用的是微孔 膜如胶膜管。 酶的传统纯化办法是使用渗析袋，从样品中 除去无用的低相对分子质量溶质和臵换存在 于渗透液中的缓冲液，由于在样品中盐和有 机溶剂的浓度高，渗透压的结果导致水向渗 透袋内迁移，体积增加，所以渗透在除去多 余的低相对分子质量溶质的同时，引进了一 个新的缓冲溶液。
26
螺旋卷式膜组件
将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网上，两端密 封。两张膜的上下分别衬设一张料液隔网，卷绕 在空心管上，空心管用于滤液的回收。 比表面积大，结构简单，价格较便宜。但缺点是 处理悬浮物浓度较高的料液时容易发生堵塞现象。
27
由数百至数百万根中空纤维膜固定在圆筒 形容器内构成 ( 内径为 40 ～ 80um 的膜称中 空纤维膜，而内径为 0.25 ～ 2.5mm 的膜称 毛细管膜)。 毛细管膜的耐压能力在1.0MPa以下，主要 用于超滤和微滤；中空纤维膜的耐压能力 较高，常用于反渗透。
膜污染的表现一是膜通量下降；二是通过 膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大；三是 膜对生物分子的截留性能改变。 膜污染与浓差极化在概念上不同， 浓差极 化加重了污染，但浓差极化是可逆的，即 变更操作条件可使之消除，而污染是不可 逆的，必须通过清洗的办法，才能消除。
污染是由膜的劣化和水生物污垢所引起的。
36
6
5.1 概述 膜分离技术特点
不发生相变，能耗低； 是物理过程，不需加入化学试剂； 常温下进行，条件比较温和，适用范围广， 特别适用于对热敏感的物质如果汁、酶、药 品等的分离、浓缩与富集； 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； 设备易放大，可以分批或连续操作; 分离装臵简单，操作方便，易自控、维修。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
3
膜科学的发展史
4
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。
5
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
40
物理法：
海绵球擦洗 热水法 反冲洗和循环清洗
41
5.7 膜过滤理论
超-微滤膜的性能 微孔模型 Hagen-Poiseuille定律 质量传递模型 凝胶极化模型 阻力模型 渗透压模型
42
表观截留率 δ表 = (cb - cf) / cb cb 和 cf 分别为主体溶 质浓度和透过溶质 浓度。 δ = (cm - cf) / cm cm 为 膜 表 面 溶 质 浓 度。 截断曲线 截留率与分