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

     膜分離技術的發展和應用,為許多行業,如純水生產、海水淡化、苦咸水淡化,電子工業、制藥和生物工程、環境保護、食品、化工、紡織等工業,高質量地解決了分離、濃縮和純化的問題,為循環經濟、清潔生產提供依托技術。

1 膜分離技術簡介

1.1 膜的定義

     膜是一種起分子級分離過濾作用的介質,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,某些物質可以透過膜,而另些物質則被選擇性的攔截,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。他們對應不同的分離機理,不同的設備,有不同的應用對象。膜本身可以由聚合物,或無機材料,或液體制成,其結構可以是均質或非均質的,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構和功能,需要用不同的方法制備。制膜方法一直是膜領域的核心研究課題,也是各公司嚴格保密的核心技術。

1.3 膜分離技術的定義

     把上述的膜制成適合工業使用的構型,與驅動設備(壓力泵、或電場、或加熱器、或真空泵) 、閥門、儀表和管道聯成設備。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。這種分離技術被稱為膜分離技術。

2 膜技術的應用領域

2.1 供水

2.1.1 高質量飲用水供給　　

     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量的飲用水供給。采用活性炭吸附過濾和超濾結合制取高質量飲用水,設備投資少,制水成本低,是優質飲用水制備的經濟有效方法,具有廣闊的市場前景。

2.1.2 工業供水　　

     自來水和地下水的水質不能滿足許多化學工業、電子工業和紡織工業的要求,需要經過凈化處理方可以使用,超濾膜技術是凈化工業用水的重要技術之一。

2.1.3 醫藥用水　　

     醫藥針劑用水是采用多級蒸餾制備的,其工藝繁瑣、能耗高、而且質量常常得不到保證。用超濾膜技術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)

     在各工業生產過程中,往往有分離、濃縮、分級和純化某種水溶液的需求。傳統用的方法是沉淀、過濾、加熱、冷凍、蒸餾、萃取和結晶等過程。這些方法表現出流程長、耗能多、物料損失多、設備龐大、效率低、操作繁瑣等缺點,以超濾膜技術取代某種傳統技術可以獲得顯著的經濟效益。

2.2.1 膜技術在制藥工業的應用　　

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

2.2.2 膜技術在食品領域工業的應用　　

     利用超濾膜技術把發酵液中產品和菌體分離,再采用其它方法精制流程。其優點是:生產效率和產品質量提高;簡化了工藝流程;菌體蛋白不含外加雜質,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、制糖工業都采用了膜技術。

2.2.3 膜技術在各種工業生產中的應用　　

     凡是涉及分子級的濃縮和分離的過程,都有膜技術應用的機會。汽車電泳漆的在線純化采用超濾膜除去雜質,持續保證涂漆質量;燃料工業泳超濾膜技術分離和濃縮中間體。

2.3 在環境保護和水資源化的應用

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

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,提高注入水的質量。②含油廢水的處理:許多工業生產和運輸業都產生大量的含油廢水,膜濾技術是達標排放最有效的方法。③廢潤滑油的純化:用常規技術加膜分離,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,處理后回用。⑤廢食用油的純化處理技術:食用油在連續高溫下產生致癌物質,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膜生物反應器處理生活污水回用中水,其占地面積小,設備投資低,處理水質好。②印刷顯影廢水的處理及回用,采用膜技術處理可以達標排放,也可回收。③電鍍廢水可采用膜技術處理,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　　

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

2.4 氣體分離、濃縮技術及其應用

     ①氧化濃縮:可用膜裝置制成安全、簡便的醫療和理療設備,也可用于煉鋼吹氧或助燃等工業生產,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、防爆及化學工業,膜設備的氮可濃縮至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,滿足工業的需要。④氫氣的分離和濃縮:在化工產品制造時,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:用膜可以從黃豆油中提取VE 的混合物,其抽提劑可循環使用。

3  膜分離技術的國內發展動態

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

     近10 年來,中國的膜技術的總體水平有了很大的進展,但與國際技術先進國家的差距仍然很大。問題主要表現在:生產現代化、產業化程度低,原料不規范,工藝參數未嚴格控制,產品質量不穩定;膜的品種少,應用范圍小。尤其應用的工藝設計、系統成套能力、膜組件水平、相關機電產品等方面,尚未達到國際先進水平,遠不能滿足國內市場需求,膜技術存在著很大的發展空間。

     首先,我們要加強研發能力,推動膜技術產業的發展,依靠科技進步,提高產品質量,降低成本,增加品種,擴大應用面。

     再者,通過招商引資,引進技術,消化吸收,提高膜技術應用的工藝設計、系統成套能力,膜制備和膜組件水平,膜品種及相關機電產品等方面達到國際先進水平。四川沃特爾水處理設備能夠根據各自不同用水需求定制超純水機、實驗室超純水機、醫用純水設備、工業純水設備。