膜分離技術(shù)受到世界各技術(shù)先進國家的高度重視,近30 年來,美國、加拿大、日本和歐洲技術(shù)先進國家,一直把膜技術(shù)定位為高新技術(shù),投入大量資金和人力,促進膜技術(shù)迅速發(fā)展,使用范圍日益擴大。

     膜分離技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,為許多行業(yè),如純水生產(chǎn)、海水淡化、苦咸水淡化,電子工業(yè)、制藥和生物工程、環(huán)境保護、食品、化工、紡織等工業(yè),高質(zhì)量地解決了分離、濃縮和純化的問題,為循環(huán)經(jīng)濟、清潔生產(chǎn)提供依托技術(shù)。

1 膜分離技術(shù)簡介

1.1 膜的定義

     膜是一種起分子級分離過濾作用的介質(zhì),當溶液或混和氣體與膜接觸時,在壓力下,或電場作用下,或溫差作用下,某些物質(zhì)可以透過膜,而另些物質(zhì)則被選擇性的攔截,從而使溶液中不同組分,或混和氣體的不同組分被分離,這種分離是分子級的分離。

1.2 膜的種類

     分離膜包括:反滲透膜(0. 0001～0. 005μm) ,納濾膜(0. 001 ～ 0. 005μm) 超濾膜(0. 001 ～ 0. 1μm) 微濾膜(0. 1～1μm) 、電滲析膜、滲透氣化膜、液體膜、氣體分離膜、電極膜等。他們對應(yīng)不同的分離機理,不同的設(shè)備,有不同的應(yīng)用對象。膜本身可以由聚合物,或無機材料,或液體制成,其結(jié)構(gòu)可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的,多孔或無孔的,固體的或液體的,荷電的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至幾毫米。不同的膜具有不同的微觀結(jié)構(gòu)和功能,需要用不同的方法制備。制膜方法一直是膜領(lǐng)域的核心研究課題,也是各公司嚴格保密的核心技術(shù)。

1.3 膜分離技術(shù)的定義

     把上述的膜制成適合工業(yè)使用的構(gòu)型,與驅(qū)動設(shè)備(壓力泵、或電場、或加熱器、或真空泵) 、閥門、儀表和管道聯(lián)成設(shè)備。在一定的工藝條件下操作,就可以來分離水溶液或混和氣體。透過膜的組分被稱為透過流分。這種分離技術(shù)被稱為膜分離技術(shù)。

2 膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 供水

2.1.1 高質(zhì)量飲用水供給　　

     隨著水體的污染和人民生活水平提高,人們越來越希望得到高質(zhì)量的飲用水供給。采用活性炭吸附過濾和超濾結(jié)合制取高質(zhì)量飲用水,設(shè)備投資少,制水成本低,是優(yōu)質(zhì)飲用水制備的經(jīng)濟有效方法,具有廣闊的市場前景。

2.1.2 工業(yè)供水　　

     自來水和地下水的水質(zhì)不能滿足許多化學(xué)工業(yè)、電子工業(yè)和紡織工業(yè)的要求,需要經(jīng)過凈化處理方可以使用,超濾膜技術(shù)是凈化工業(yè)用水的重要技術(shù)之一。

2.1.3 醫(yī)藥用水　　

     醫(yī)藥針劑用水是采用多級蒸餾制備的,其工藝繁瑣、能耗高、而且質(zhì)量常常得不到保證。用超濾膜技術(shù)除針劑熱源和終端水熱源,取得很好效果。

2. 2 工藝水的處理(分離、濃縮、分級和純化)

     在各工業(yè)生產(chǎn)過程中,往往有分離、濃縮、分級和純化某種水溶液的需求。傳統(tǒng)用的方法是沉淀、過濾、加熱、冷凍、蒸餾、萃取和結(jié)晶等過程。這些方法表現(xiàn)出流程長、耗能多、物料損失多、設(shè)備龐大、效率低、操作繁瑣等缺點,以超濾膜技術(shù)取代某種傳統(tǒng)技術(shù)可以獲得顯著的經(jīng)濟效益。

2.2.1 膜技術(shù)在制藥工業(yè)的應(yīng)用　　

     膜技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物制備和醫(yī)藥生產(chǎn)中的分離、濃縮和純化。如血液制備的分離、抗菌素和干擾素的純化、蛋白質(zhì)的分級和純化、中草藥劑的除菌和澄清等。發(fā)酵是生物制藥的主流技術(shù),從發(fā)酵液中提取藥物,傳統(tǒng)工藝是溶劑萃取或加熱濃縮,反復(fù)使用有機溶劑和酸堿溶液,耗量大,流程長,廢水處理任務(wù)重。特別是許多藥物熱敏性強,使傳統(tǒng)工藝的實用性多受限制。國際先進的制藥生產(chǎn)線,大量采用膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分離、濃縮和純化工藝。如以膜設(shè)備濃縮純化抗生素、中藥湯及中藥針劑澄清等。

2.2.2 膜技術(shù)在食品領(lǐng)域工業(yè)的應(yīng)用　　

     利用超濾膜技術(shù)把發(fā)酵液中產(chǎn)品和菌體分離,再采用其它方法精制流程。其優(yōu)點是:生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提高;簡化了工藝流程;菌體蛋白不含外加雜質(zhì),利用價值高,達到資源綜合利用。醬油、醋的澄清、果汁澄清和濃縮、乳制品生產(chǎn)、制糖工業(yè)都采用了膜技術(shù)。

2.2.3 膜技術(shù)在各種工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用　　

     凡是涉及分子級的濃縮和分離的過程,都有膜技術(shù)應(yīng)用的機會。汽車電泳漆的在線純化采用超濾膜除去雜質(zhì),持續(xù)保證涂漆質(zhì)量;燃料工業(yè)泳超濾膜技術(shù)分離和濃縮中間體。

2.3 在環(huán)境保護和水資源化的應(yīng)用

     膜技術(shù)在廢水處理、污染防治和水資源綜合利用方面得到廣泛應(yīng)用。在許多情況下,不僅處理了廢水,還能回收有用物質(zhì)和能量。

2.3.1 各種含油廢水及廢油的處理　　

     ①采油回注水的處理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油,提高注入水的質(zhì)量。②含油廢水的處理:許多工業(yè)生產(chǎn)和運輸業(yè)都產(chǎn)生大量的含油廢水,膜濾技術(shù)是達標排放最有效的方法。③廢潤滑油的純化:用常規(guī)技術(shù)加膜分離,可得到很純的潤滑油,適用于汽車等廢機油的處理。④機床切削油的純化回收:膜法可除去廢切削油中的細菌和雜質(zhì),處理后回用。⑤廢食用油的純化處理技術(shù):食用油在連續(xù)高溫下產(chǎn)生致癌物質(zhì),用膜法可將這部分除去。⑥食用菜籽油的純化:菜籽油中含有15 %～48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,達到標準(芥子酸<5 %) 。

2.3.2 廢水的處理及回用　　

     ①膜生物反應(yīng)器處理生活污水回用中水,其占地面積小,設(shè)備投資低,處理水質(zhì)好。②印刷顯影廢水的處理及回用,采用膜技術(shù)處理可以達標排放,也可回收。③電鍍廢水可采用膜技術(shù)處理,水回用,污染物回槽利用。④印染廢水采用膜分離可除去有色染料,得到的水回用。牛仔布印染廢水可回收靛藍燃料。⑤造紙廢水用膜可將廢水中的木質(zhì)素、色素等分離出來,凈化水可排放或回用。

2.3.3 水的淡化技術(shù)　　

     ①海水淡化技術(shù):應(yīng)用最新的膜蒸餾技術(shù),最適合和船用發(fā)動機熱交換器連用,利用廢熱生產(chǎn)淡水,適合于中、小型漁船遠航捕撈使用。②咸水淡化技術(shù):將天然咸水用膜淡化到應(yīng)用水質(zhì)標準。

2.4 氣體分離、濃縮技術(shù)及其應(yīng)用

     ①氧化濃縮:可用膜裝置制成安全、簡便的醫(yī)療和理療設(shè)備,也可用于煉鋼吹氧或助燃等工業(yè)生產(chǎn),富氧濃度35 %～80 %。②氮氣濃縮:氮氣可用于食品保存、汽車存儲、飛機加油、防爆及化學(xué)工業(yè),膜設(shè)備的氮可濃縮至90 %～98 %。③二氧化碳、二氧化硫、氫氣的分離:當二氧化碳、二氧化硫、氫氣分別和其它氣體混和在一起時,可用膜將它們分離出來,滿足工業(yè)的需要。④氫氣的分離和濃縮:在化工產(chǎn)品制造時,往往排出大量氫氣,可用膜法將氫氣分離出來。

2.5 其它

     ①膜法保鮮劑:在水果、蛋類外部侵涂一層膜可達保鮮目的。保鮮后,存放期長,外觀色澤好。②制造維生素E 的膜法分離技術(shù):用膜可以從黃豆油中提取VE 的混合物,其抽提劑可循環(huán)使用。

3  膜分離技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展動態(tài)

     中國的膜技術(shù)從60 年代中期起步研究,長時間在實驗室內(nèi)和中試規(guī)模徘徊。從“七五”計劃開始,國家科委把膜技術(shù)列為國家重大科研項目加以支持,膜技術(shù)取得較大進展,特別是改革開放的國策促進了廣泛的國際交流,膜技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要性日益增大,國內(nèi)膜工業(yè)產(chǎn)值也逐漸增加。

     近10 年來,中國的膜技術(shù)的總體水平有了很大的進展,但與國際技術(shù)先進國家的差距仍然很大。問題主要表現(xiàn)在:生產(chǎn)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化程度低,原料不規(guī)范,工藝參數(shù)未嚴格控制,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定;膜的品種少,應(yīng)用范圍小。尤其應(yīng)用的工藝設(shè)計、系統(tǒng)成套能力、膜組件水平、相關(guān)機電產(chǎn)品等方面,尚未達到國際先進水平,遠不能滿足國內(nèi)市場需求,膜技術(shù)存在著很大的發(fā)展空間。

     首先,我們要加強研發(fā)能力,推動膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,依靠科技進步,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,增加品種,擴大應(yīng)用面。

     再者,通過招商引資,引進技術(shù),消化吸收,提高膜技術(shù)應(yīng)用的工藝設(shè)計、系統(tǒng)成套能力,膜制備和膜組件水平,膜品種及相關(guān)機電產(chǎn)品等方面達到國際先進水平。四川沃特爾水處理設(shè)備能夠根據(jù)各自不同用水需求定制超純水機、實驗室超純水機、醫(yī)用純水設(shè)備、工業(yè)純水設(shè)備。