簡(jiǎn)介：
膜分離技術(shù)是一種以分離膜為核心，進(jìn)行分離、濃縮和提純物質(zhì)的一門(mén)新興技術(shù)。該技術(shù)是一種使用半透膜的分離方法，由于膜分離操作一般在常溫下進(jìn)行，被分離物質(zhì)能保持原來(lái)的性質(zhì)，能保持食品原有的色、香、味、營(yíng)養(yǎng)和口感，能保持功效成分的活性。其選擇性強(qiáng)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，適用范圍廣，能耗低，所以可廣泛應(yīng)用于食品的生產(chǎn)中^[2] 。膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門(mén)分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾及過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)單、易于控制等特征，因此，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。
技術(shù)特點(diǎn)：
膜分離技術(shù)的特點(diǎn)膜分離過(guò)程是一個(gè)高效、環(huán)保的分離過(guò)程，是多學(xué)科交叉的*，在物理、化學(xué)和生物性質(zhì)上呈現(xiàn)出各種各樣的特性，具有較多的優(yōu)勢(shì)。膜是具有選擇性分離功能的材料，利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過(guò)程稱作膜分離。它與傳統(tǒng)過(guò)濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。
膜的孔徑一般為微米級(jí)，依據(jù)其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜，根據(jù)材料的不同，可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜，無(wú)機(jī)膜主要是陶瓷膜和金屬膜，其過(guò)濾精度較低，選擇性較小。有機(jī)膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微濾（MF）又稱微孔過(guò)濾，它屬于精密過(guò)濾，其基本原理是篩孔分離過(guò)程。微濾膜的材質(zhì)分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類(lèi)，有機(jī)聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。無(wú)機(jī)膜材料有陶瓷和金屬等。鑒于微孔濾膜的分離特征，微孔濾膜的應(yīng)用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細(xì)菌以及其他污染物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。
對(duì)于微濾而言，膜的截留特性是以膜的孔徑來(lái)表征，通?？讖椒秶?.1～1微米，故微濾膜能對(duì)大直徑的菌體、懸浮固體等進(jìn)行分離?？勺鳛橐话懔弦旱某吻?、保安過(guò)濾、空氣除菌。
超濾（UF）
是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，膜孔徑在0.05um至1nm之間。超濾是一種能夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，超濾過(guò)程通?？梢岳斫獬膳c膜孔徑大小相關(guān)的篩分過(guò)程。以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)水流過(guò)膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過(guò)，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。
對(duì)于超濾而言，膜的截留特性是以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)物的截留分子量來(lái)表征，通常截留分子量范圍在1000～300000，故超濾膜能對(duì)大分子有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、細(xì)菌）、膠體、懸浮固體等進(jìn)行分離，廣泛應(yīng)用于料液的澄清、大分子有機(jī)物的分離純化、除熱源。
納濾（NF）
是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)， 其截留分子量在80～1000的范圍內(nèi)，孔徑為幾納米，因此稱納濾。基于納濾分離技術(shù)的*特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
對(duì)于納濾而言，膜的截留特性是以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來(lái)表征，通常截留率范圍在60～90%，相應(yīng)截留分子量范圍在100～1000，故納濾膜能對(duì)小分子有機(jī)物等與水、無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)脫鹽與濃縮的同時(shí)進(jìn)行。
反滲透（RO）
是利用反滲透膜只能透過(guò)溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)的選擇透過(guò)性，以膜兩側(cè)靜壓為推動(dòng)力，而實(shí)現(xiàn)的對(duì)液體混合物分離的膜過(guò)程。反滲透是膜分離技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，因具有產(chǎn)水水質(zhì)高、運(yùn)行成本低、無(wú)污染、操作方便運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn) ，而成為海水和苦咸水淡化，以及純水制備的、的技術(shù).已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業(yè)。反滲透技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)中的水處理技術(shù)。
反滲透的截留對(duì)象是所有的離子，僅讓水透過(guò)膜，對(duì)NaCl的截留率在98%以上，出水為無(wú)離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機(jī)物、細(xì)菌、膠體粒子、發(fā)熱物質(zhì)，也即能截留所有的離子，在生產(chǎn)純凈水、軟化水、無(wú)離子水、產(chǎn)品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經(jīng)應(yīng)用廣泛，如垃圾滲濾液的處理。
膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
膜分離技術(shù)在城市污水深度處理中的應(yīng)用
城市污水深度處理和回用開(kāi)始于20世紀(jì)60年代。城市污水具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種潛在的水資源。城市污水深度處理通常以污水處理廠的二級(jí)或三級(jí)排放液為水源，用反滲透(RO)對(duì)它進(jìn)行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機(jī)物和重金屬離子的脫除，出水水質(zhì)可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但由于某些主觀原因，大多不直接用作飲用水。國(guó)外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫(kù)進(jìn)行自然凈化(通常需存放兩年)，也有用作工業(yè)冷卻水，鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，把城市的二級(jí)出水進(jìn)行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級(jí)排放液在進(jìn)RO裝置前需進(jìn)行預(yù)處理，以使進(jìn)水水質(zhì)符合RO裝置的使用要求。預(yù)處理的好壞是RO技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。RO前采用MF或UF預(yù)處理的深度水處理過(guò)程已成為非直接飲用水回用工程中城市廢水處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外都在積極地采用膜技術(shù)大規(guī)模地把城市污水開(kāi)發(fā)為新的水資源。我國(guó)采用“微絮凝纖維過(guò)濾+膜濾”對(duì)洗浴廢水進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點(diǎn)。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠引進(jìn)挪威SBR序批式活性污泥法*工藝，每天可提供10萬(wàn)噸二級(jí)生化處理出水作為水源，使污水深度處理后回用成為可能。我國(guó)的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應(yīng)用相對(duì)也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進(jìn)行研究。
膜分離技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用
由于工業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水排入水體，這些工業(yè)廢水，面廣量大、危害深，大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而有些則具有毒性，對(duì)人類(lèi)環(huán)境有害。為保護(hù)環(huán)境不受污染，并回收有用物質(zhì)，在工業(yè)廢水排放之前必須進(jìn)行凈化處理，膜分離技術(shù)既能對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)，同時(shí)還可節(jié)省能源。膜技術(shù)在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬?gòu)U水、含油廢水和印染廢水這五大類(lèi)主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應(yīng)用。
膜分離技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用
隨著人們生活水平的提高，對(duì)飲用水的水質(zhì)要求也越來(lái)越高，加上傳統(tǒng)工藝中的某些弊端，如加氯殺菌會(huì)使氯與水中的某些有機(jī)物反應(yīng)生成新的危害巨大的三致(致癌、致突變、致畸變)化合物。膜技術(shù)用于飲用水處理是一個(gè)重大突破。水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等，在這方面，膜分離技術(shù)發(fā)揮了其*的作用。膜分離中的微濾、超濾和納濾所組成的水處理方法，對(duì)去除水中的微米級(jí)的顆粒優(yōu)于常規(guī)水處理技術(shù)中的過(guò)濾能力，而且還具有去除過(guò)濾所不具備的納米級(jí)微粒的能力，可有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等雜質(zhì)。符合飲用水水質(zhì)不提高的要求。
膜分離技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用
我國(guó)是水資源大國(guó)，同時(shí)也是水資源貧國(guó)。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國(guó)水資源危機(jī)的重要措施之一。用于海水淡化的膜技術(shù)主要有反滲透、電滲透(ED)和膜蒸餾(MD)等。2002年，萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化及其組器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達(dá)99.6%.反滲透技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大降低了海水淡化的成本，反滲透已成為海水淡化制取飲用水的手段。電滲析技術(shù)可直接將海水淡化為飲用水，但其過(guò)程對(duì)不帶電荷的物質(zhì)，如有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、懸浮物等無(wú)脫除能力，并且能耗高，水回收率低。所以，由于反滲透海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)，電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術(shù)具有很高的脫鹽率，可達(dá)到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無(wú)法擴(kuò)散透過(guò)膜的組分的截留可到99%，并且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，膜使用壽命長(zhǎng)，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
膜分離技術(shù)在苦咸水脫鹽中的應(yīng)用
我國(guó)西部省區(qū)嚴(yán)重缺水問(wèn)題在中國(guó)這個(gè)缺水國(guó)家尤為突出，苦咸水淡化是解決我國(guó)西部省區(qū)缺水的一個(gè)有效途徑。用于苦咸水淡化的膜技術(shù)主要有：電滲析技術(shù)、反滲透技術(shù)、納濾技術(shù)。我國(guó)西部油田幾乎都用電滲析法制取生活飲用水。電滲析不能去除水中的有機(jī)物和細(xì)菌，設(shè)備運(yùn)行能耗大，這使其在苦咸水淡化工程的應(yīng)用受到限制?？嘞趟部捎靡患?jí)反滲透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水，其出水水質(zhì)優(yōu)于我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)含高氟、低礦化度苦咸水通過(guò)反滲透淡化，出水水質(zhì)可達(dá)到我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。反滲透法比電析法生產(chǎn)成本低，無(wú)污染，是苦咸水淡化的方法。納濾是一種低壓反滲透技術(shù)，在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對(duì)特定溶質(zhì)，尤其是苦咸水的表征離子，具有很好的脫鹽效果。對(duì)苦咸水較多的西部省區(qū)，納濾將是制取優(yōu)質(zhì)飲用水的有效途徑。