分离膜应用与工程案例

该书可作为管理部门决策和实施项目的参考和膜工程界设计、制定技术方案的依据，也可作为环境、市政、石油化工、电力、钢铁、纺织、印染、煤炭等领域的工程技术人员、研究人员以及大专院校师生进行科研、生产、教学的参考书。

比较广泛的，家用超滤净水器，是目前市场上主流的净水器产品。它的核心部件是超滤膜。可去除溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等，具有使用压力低、产水量大、便于操作的特点。

超滤在废水处理中的应用

目前已应用在汽车制造行业喷漆废水、金属加工废水以及食品工业废水的处理及有用物质的回收。超滤对水中的各类胶体均具有良好的去除特性，因而可以考虑扩大到凝结水精处理及离子交换除盐系统的预处理中。

超滤膜在制酒原水制备中的应用

超滤膜组件应用于微型啤酒生产车间，通过检测膜装置的处理性能，表明采用超滤膜深度净化制酒原水，能够有效地降低水中多种污染物浓度，消除管网造成的二次污染，完全可以满足制酒工艺所需优质原水的要求。2100433B

该书是由中国膜工业协会工程与应用专业委员会组织国内十余名专家及30多家国内、外著名的膜工程公司、膜制造商、高校、研究院所及用户编写的一本以分离膜工程与应用案例为主要内容的全新专著。

本书共分三篇：第一篇介绍了分离膜产业的现状和发展趋势，除对主要膜过程做了评述外，还特别列入了有着重要应用的两类膜，即医用膜和全氟离子交换膜；第二篇介绍了目前分离膜领域研究与应用的两个热点技术，即集成膜技术和膜生物反应器；第三篇以国内应用为主线，介绍了分离膜在水处理及其他工业领域中已实施的部分工程案例。

第一篇分离膜应用现状与发展趋势

第1章膜分离技术及其在水资源再利用中的应用

1.1我国膜分离技术的现状

1.2膜分离技术在水资源再利用领域的发展趋势

1.3我国分离膜产业的特点、技术差距和应用难点

1.4发展膜法水资源再利用的意义、原则和发展目标

1.5发展重点、重点推广行业、重点工程和自主创新

第2章反渗透和纳滤

2.1反渗透和纳滤膜分离技术应用现状

2.2反渗透和纳滤技术的需求分析

2.3反渗透和纳滤膜分离技术的发展趋势

第3章超滤与微滤

3.1超滤（UF）、微滤（MF）和装置生产国内、外现状

3.2相关膜分离工程建设情况

第4章电驱动膜

4.1电驱动膜现状

4.2电驱动膜过程的发展趋势

4.3电膜的重大国家需求分析及近、中期发展的战略和目标

第5章全氟离子交换膜

5.1全氟离子膜的现状

5.2氟离子膜的发展趋势

5.3全氟离子膜展望

第6章气体膜分离技术

6.1气体分离膜及装置生产现状

6.2气体膜分离应用过程现状与发展趋势

第7章渗透汽化和蒸汽渗透

7.1引言

7.2渗透汽化和蒸汽渗透膜分离技术应用现状

7.3渗透汽化和蒸汽渗透膜分离技术市场需求

7.4渗透汽化和蒸汽渗透膜分离技术发展趋势和建议

第8章医用膜

8.1医用膜人工器官

8.2膜生物医学分离器

8.3中国医用膜发展对策

第二篇集成膜技术与膜生物反应器

第1章集成膜技术

1.1集成膜技术在水处理领域的应用

1.2集成膜工艺在浓缩、有用物质回收等方面的应用

1.3膜法气体分离中的集成膜工艺

1.4渗透汽化膜过程的集成工艺

第2章膜—生物反应器

2.1MBR市场现状

2.2MBR概述

2.3MBR工艺构型的发展

2.4膜污染及其控制

2.5MBR的推广与应用

2.6MBR技术经济分析与能耗

2.7未来发展与展望

第三篇工程与应用案例

第1章水处理

1.1国内案例

1.2国外案例

第2章气体分离膜

2.1氢回收

2.2有机蒸气分离

2.3富氧及富氮

第3章其他料液分离及浓缩

一、膜分离技术的分类

1.1反渗透

反渗透技术在50年代才开始研究，到60年代末制成具有工业价值的反渗透膜，1971年开始有工业性反渗透装置在电厂投入运行，现在反渗透法进行水处理工艺遍及美国、日本、法国、意大利等国家，我国于70年代末开始引进反渗透装置于发电厂的水处理。90年代反渗透膜的开发研制成为热点。现在反渗透技术已有大范围的应用。

1.1.1 反渗透的基本原理

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和相同的体积的浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时稀溶液的溶剂将自发的向浓溶液的一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透过程达到平衡时，浓溶液侧的液面将会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，称为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。若在浓溶液的一侧施加一个大于渗透压的压力，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一现象称为反渗透。

反渗透装置就是利用这一原理用高压泵将待处理水经过增压以后，借助半透膜的选择截留作用来去除水中的无机离子的，由于反渗透膜在高压情况下只允许水分子通过，而不允许钾、钠、钙、锌等离子及病毒、细菌通过，所以它能获得高质量的纯水。

1.1.2 典型的反渗透工艺流程

反渗透应用于不同的工艺有不同的工艺流程，一般情况下，它们都遵从于以下几个过程，即预处理、反渗透及后处理。反渗透技术应用十分广泛，主要应用于海水淡化、纯水和超纯水制备、城市给水处理、城市污水处理及应用、工业电镀废水及纸浆和造纸工业废水处理、化工废水处理、冶金焦化废水处理、食品工业、医药工业等废水处理，我国有大港电厂、宝钢自备电厂、沧州电厂等九个发电厂应用反渗透技术来进行预脱盐处理。在不断的应用过程中，反渗透的缺点和不足日益显露，主要表现在以下几点：

①进口设备由于原水水质的不同，缺乏技术论证及工艺修改，照抄照搬，不适合我国国情。所以反渗透进水一定要根据原水水质的不同进行预处理以满足设备对进水水质的要求。

②有些技术能力差的企业，不懂得反渗透膜元件及其数量的合理选择，膜元件的合理排列等，造成部分膜元件在非常情况下运行。

③产膜质量不过关。膜质量的好坏直接影响到盐及其它杂质的去除率。

④运行管理不严。系统运行时，压力要处于膜可承受的压力范围，防止超强度、超负荷运行，使膜产生机械性损失，导致泄露发生。

针对以上存在的问题，我国一些膜技术专家及科研人员一直努力于膜元件及应用工艺流程的优化研究。(1)对纯水工程中反渗透膜进行研究，提出了使用时一些常见问题及解决方法，并提出延长反渗透膜使用寿命的途径；(2)提出了国内反渗透水处理技术存在问题及改进措施；(3)对RO复合膜NTR-759与醋酸纤维膜CA进行比较，提出RO复合膜的应用前景。

与国外相比，我国反渗透工艺和工程技术已接近国外先进水平，但膜和组器技术同国际同类产品仍有较大的差距，复合膜虽已完成中试放大，但离工业生产仍有较大的差距。当前反渗透膜市场，中空纤维型仍以国产CTA膜组件为主，而卷式型基本上由进口PA复合膜元件所占据。在工业上，引进PA复合膜和其他有关键部件，设计制造反渗透装置，取代了以往整机进口的局面，实践证明是成功的。

1.2微滤(MF)

微滤是一种精密过滤技术，它与反渗透、超滤均是通过压力而驱动的。所分离的组分直径为0.03～15μm；主要除去微粒、亚微粒和细粒物质。它多用于半导体工业超纯水的终端处理，反渗透的首端预处理。在啤酒与其他酒类的酿造中，用于除去微生物与异味杂质等。(4)采用氢氧化镁吸附与无机陶瓷微粒膜相结合的方法对印染废水进行了脱色处理，脱色率可达98%以上，并对膜污染和清洗进行了研究，取得了较好效果。

我国微粒膜的研究与国外水平相比，常规微滤膜的性能和国外同类产品的性能基本一致，折叠式滤芯在许多场合代替了进口产品，但在错流式微滤膜和组器技术及其在工程中的应用等方面，仍落后于国外，这就抑制了微滤技术在较高浊度水质深度处理中的应用。

1.3超滤(UF)

超滤和反渗透相类似，分离的组分直径为0.005～10μm，介于反渗透与微滤之间。反渗透、超滤和微滤三者组成了一个可分离从离子到微粒的膜分离过程。超滤在水处理方面应用十分广泛。它可以与反渗透联合制备高纯水；可以处理生活污水；处理工业废水，包括电泳涂漆废水、含油废水、含聚乙烯醇(PVA)废水等；从羊毛精制废水中回收羊毛脂；纤维加工油剂废水处理等等。近年来超滤膜技术发展很快。(5)在国内最早采用膜技术处理采油污水，1995年报导了用外管式聚砜(PS)超滤膜装置处理采油污水的意见报告，随后又采用磺化聚砜(SPS)平板式和外管式超滤膜再次进行含油污水试验，并与SP超滤膜进行比较。研究证明，SPS膜通量随磺化度的增加而提高，且优于PS膜，透过液可达到国家排放标准及低渗透油田注水标准。目前，我国超滤技术在水处理中以PSH和聚丙烯中空纤维式组件应用最多。

与国际产品相比，国产超滤膜组件品种单一，通量和截流率综合性能较低，抑制了超滤膜技术在水处理以外领域的应用进展步伐。但现在，已有许多共混超滤膜的研究。由于共混超滤膜具有单一组分膜所无法比拟的优点，因此这是一个发展趋势。

1.4纳滤

纳滤膜是孔径介于反渗透与超滤膜之间的压力渗透膜。它对分子量介于200～1000之间的有机物和高价、低价、阴离子无机物有较高的截留性能。纳滤被广泛用于水软化、有机生物活性物质及化工中间化的除盐和净化浓缩、水中三卤代物前趋物的去处、废水脱色等领域。近几年，纳滤恒容除盐已有研究。由于纳滤膜对物料中的盐和其他有效组分之间的选择性透过(即纳滤膜选择透过低分子量的盐，而对其他分子量较大的有效组分则全部截留)，盐随着渗透溶剂而被不断去处，从而达到对物料的除盐净化目的。(6)采用纳滤技术在上海染化八厂进行了纯化和浓缩染料的工业性试验。结果表明，纳滤可除盐至0.3%，并可将染料从6%～12%浓缩到20%～30%。(7)以海洋高硬度苦咸水为水源，采用纳滤膜软化技术制备饮用水，系统连续运行27个月，淡化水符合国家生活饮用水卫生标准，并对纳滤的分离特点及高硬度下实际运行的注意点作了近一步的探讨。我国纳滤技术的研究虽在80年代末就开始了，但目前仍在实验室研究开发阶段，尚无产品投放市场。

二、新型膜技术简介及应用现状

2.1液膜

液膜就是悬浮在液体中的很薄一层乳液微粒。至今已经历了带支撑体液膜、乳化液膜和含流动载体乳化液膜三个阶段。液膜可以代替固膜分离气体，用液膜法去除载人宇宙飞船密封舱中CO 4的技术已成功的用于宇宙空间技术中。在石油化工中，液膜可以用于分离那些物理、化学性质相似而不能用常规的蒸馏、萃取方法分离的烃类混合物。液膜在医学上可以用来捕获许多有毒物质，然后安全的排出体外。我国液膜技术近来也发展很快。(12)提出了一种从发酵液中提取柠檬酸的新方法；乳状液膜分离法，讨论了该方法的基本原理及传递过程和机理。考察了表面活性剂、载体和内相试剂浓度对提取率的影响，确定了合适的膜配方。(13)以三辛胺为活性载体，Span80为表面活性剂，液体石蜡为膜相添加剂，氨基酸料液做外水相建立膜体系，研究不同试验条件下半胱氨酸的迁移情况，确定了提取半胱氨酸的适宜条件，提取率可达80%以上。

2.2双极膜

双极膜是一种具有专门用途的离子膜。它是一种新型复合膜，由三部分组成：阳离子交换层(N型膜)、界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(D形膜)，同样荷有不同固定电荷密度、厚度和性能的膜材料，在不同复合条件下可制成不同性能的膜。如，水解离膜、1，2价离子分离膜、防结垢膜、抗污染膜、低压反渗透脱硬膜，其中水解离膜应用较广，由它可派生出许多用途，如酸碱的生产、烟道气脱硫、食盐的电解等。当前国外对双极膜的研究比较多，我国也用双极膜进行了制酸碱的试验研究。

2.3渗透蒸发

渗透蒸发是利用液体中两种组分在膜中溶解度与扩散系数的差别，通过渗透与蒸发，将二种组分进行分离。渗透蒸发过程的研究和应用，已从有机物中脱水发展的水中脱除有机杂质以及有机物/有机物的分离。(15)对渗透蒸发在有机溶剂混合物分离中的应用进行了综合介绍；(16)用渗透蒸发法对醇水分离进行了生产性试验；(17)分析了各种模型的特点，并就渗透蒸发膜传递理论的研究方向提出了建议。渗透蒸发近年研究虽然进展很快，但它单独使用的经济性并不好，工业上多用于集成过程(Integration process)或组合过程(Hybrid process)，即与其它分离过程结合起来使用，可以发挥有关分离过程的优点，做到扬长避短，达到优化的目的。

任何水处理技术都有它的适用范围，往往使用某一种膜技术并不一定能够解决各种水处理问题，因此在实际应用中通常将不同的膜技术进行组合使用，如ED与RO的结合，RO与UF的结合，及RO与MF的结合使用等，这样往往可以发挥各自的特点，取得更大的技术和经济效果。同时膜技术与常规的水处理技术联合使用也是不可忽视的，如高纯水制备中将膜技术与离子交换及常规过滤技术相结合，则可发挥它们各自的优势，使处理效果大大提高，而处理成本则大大下降。在废水深度处理方面，膜与常规的生化处理相结合(膜生物反应器)则可实现水的回用。如在酒精稀端的浓缩、恒沸体系(浓端)的脱水，若采用膜分离方法，与中间段常规精溜法相结合，就可降低能耗、改进设备并提高经济效益。因此，在研究水处理工艺时，将各种膜分离技术的相互配合使用，以及膜技术与常规水处理技术的联合使用是十分重要的，是今后开发新型水处理工艺的一个重要方向。相信膜技术在水处理技术中的作用和地位会日益突出，其应用范围也日益广阔。

《气体膜分离技术与应用》分为基础篇和应用篇两部。基础篇包括膜分离的原理、气体膜分离制备工艺及分离膜结构与性能、常用的气体膜分离器、气体膜分离系统设计。应用篇主要介绍了膜法富氧技术及其应用开发。　本书内容新颖、实用性强，有较强的实践指导意义。可作为相关专业工程技术人员或理论研究人员参考书，也可作为相关学科院校师生参考书。

《膜分离的工程与应用》 的目的在于向读者介绍已在工业上应用的一些膜分离操作，重点介绍这些膜分离操作的工程基础、过程的工程模型，并以过程的优化为主要目的。膜技术的生命力在于工业应用。因此，随着膜技术应用的日益广泛，有关膜技术应用的工程问题就显得越来越重要。工程问题主要包括膜分离设备的设计优化和膜分离过程的设计优化两大主题，而解决这两大主题的工具都是衡算方程、传递速率方程、相似和类比方法、以及与实验相结合的半经验方法待化学工程中常用的方法。这些方法明显有别于研究膜分享机理的热力学方法，而更着眼于工程实用。本书的目的在于向读者介绍已在工业上应用的一些膜分离操作，重点介绍这些膜分离操作的工程基础、过程的工程模型，并以过程的优化为主要目的。书中的大部内容是作者十几年来向硕士研究生讲授膜分离操作课程的教案，并参阅了中外有关的著作。尽管有这些年教学的积累，在编写时仍深感编写的赛程犹如再学习和再消化的过程。

内容介绍

本书在介绍无机膜分离技术的基本知识、基本原理的基础上，突出无机膜的应用过程，着重介绍无机膜分离技术的工艺过程、应用领域、应用实例以及研究进展情况。

本书共分为10章。第1～3章介绍了无机膜的分类与结构、性质与性能表征以及制备方法等；第4、第5章介绍了无机膜的工业化应用现状及应用研究；第6～9章则列举了无机膜在环保、食品工业、生化与制药工业等领域的应用实例；第10章阐述了无机膜催化反应器。

本书可供无机膜研究领域，开发应用领域的技术人员阅读，也可供院校师生参考。

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