膜分离技术的种类

第一篇：膜分离技术的种类

膜分离技术的种类、特点及其应用领域

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。

膜分离技术最重要的组成部分是膜。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。膜分离技术特点

膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比，膜分离具有以下特点：

 膜分离通常是一个高效的分离过程。 膜分离过程的能耗（功耗）通常比较低。

 多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理 膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简单，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。 膜分离过程的规模合处理能力可在很大范围内变化，而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。

 膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占地较少。

工艺优点

（1）在常温下进行

有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩。（2）无相态变化

保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。（3）无化学变化

典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。（4）选择性好

可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能。（5）适应性强

处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化（6）能耗低

只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。应用领域 微滤

又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。超滤

是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。纳滤

是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。反渗透

是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛，如垃圾渗滤液的处理。

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。其他

除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离、液膜分离法等。行业应用 制药行业

●生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制

●树脂解析液的浓缩及解析剂回收

●农药水剂、粉剂的生产应用

●中药浸提液过滤除杂及浓缩

●中药浸膏生产应用

●合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩

●结晶母液回收 食品行业

●乳清废水处理

●乳制品生产加工应用

●果汁澄清脱色

●食品添加剂纯化浓缩

●茶饮料澄清浓缩

●啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工

●天然色素提取液的除杂及浓缩

●氨基酸发酵液过滤澄清及精制 染料化工和助剂

 水溶性染料反应液的脱盐浓缩

●染料盐析母液废水回收 淀粉糖品

●糖液分离纯化及浓缩

●果葡糖浆色普分离纯化

●糖醇色普分离纯化

●单糖、低聚糖及多糖的分离纯化及浓缩 环保及水处理领域

●纺织、染整、印染废水处理及回用

●电镀工业废水零排放及资源回收

●矿山及冶金废水处理回收

●淀粉废水处理

●造纸废水木质素回收及废水处理

●电泳漆废水涂料回收

●酸、碱废水处理回收

●市政污水的处理及回用

●洗车水、桑拿水、游泳池水、洗浴废水等循环处理

●工业生产所用的各类软化水、纯水、超纯水制备 生物技术

●生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制

第二篇：膜分离技术的发展和应用

膜分离技术的发展和应用

膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30年来,美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家,一直把膜技术定位为高新技术,投入大量资金和人力,促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。

膜分离技术的发展和应用,为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化,电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业,高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题,为循环经济、清洁生产提供依托技术。

膜分离技术简介

1.1 膜的定义

膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。

1.2 膜的种类

分离膜包括:反渗透膜(0.0001～0.005μm),纳滤膜(0.001～0.005μm)超滤膜(0.001～0.1μm)微滤膜(0.1～1μm)、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理,不同的设备,有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料,或液体制成,其结构可以是均质或非均质的,多孔或无孔的,固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至几毫米。

不同的膜具有不同的微观结构和功能,需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。

1.3 膜分离技术的定义把上述的膜制成适合工业使用的构型,与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵)、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。膜技术的应用领域

2.1 供水

2.1.1 高质量饮用水供给

随着水体的污染和人民生活水平提高,人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水,设备投资少,制水成本低,是优质饮用水制备的经济有效方法,具有广阔的市场前景。

2.1.2 工业供水

自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求,需要经过净化处理方可以使用,超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。

2.1.3 医药用水

医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的,其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源,取得很好效果。

2.2 工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化)在各工业生产过程中,往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点,以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。

2.2.1 膜技术在制药工业的应用

膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术,从发酵液中提取药物,传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩,反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大,流程长,废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强,使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线,大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。

2.2.2 膜技术在食品领域工业的应用

利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离,再采用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质,利用价值高,达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。

2.2.3 膜技术在各种工业生产中的应用

凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程,都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质,持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分离和浓缩中间体。

2.3 在环境保护和水资源化的应用膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下,不仅处理了废水,还能回收有用物质和能量。

2.3.1 各种含油废水及废油的处理

①采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油,提高注入水的质量。②含油废水的处理:许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水,膜滤技术是达标排放最有效的方法。③废润滑油的纯化:用常规技术加膜分离,可得到很纯的润滑油,适用于汽车等废机油的处理。④机床切削油的纯化回收:膜法可除去废切削油中的细菌和杂质,处理后回用。⑤废食用油的纯化处理技术:食用油在连续高温下产生致癌物质,用膜法可将这部分除去。⑥食用菜籽油的纯化:菜籽油中含有15 %～48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,达到标准(芥子酸<5 %)。

2.3.2 废水的处理及回用

①膜生物反应器处理生活污水回用中水,其占地面积小,设备投资低,处理水质好。②印刷显影废水的处理及回用,采用膜技术处理可以达标排放,也可回收。③电镀废水可采用膜技术处理,水回用,污染物回槽利用。④印染废水采用膜分离可除去有色染料,得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。⑤造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来,净化水可排放或回用。

2.3.3 水的淡化技术

①海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术,最适合和船用发动机热交换器连用,利用废热生产淡水,适合于中、小型渔船远航捕捞使用。②咸水淡化技术:将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。

2.4 气体分离、浓缩技术及其应用①氧化浓缩:可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备,也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产,富氧浓度35 %～80 %。②氮气浓缩:氮气可用于食品保存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业,膜设备的氮可浓缩至90 %～98 %。

③二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离:当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它气体混和在一起时,可用膜将它们分离出来,满足工业的需要。④氢气的分离和浓缩:在化工产品制造时,往往排出大量氢气,可用膜法将氢气分离出来。

2.5 其它

①膜法保鲜剂:在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保鲜后,存放期长,外观色泽好。②制造维生素E的膜法分离技术:用膜可以

从黄豆油中提取VE的混合物,其抽提剂可循环使用。

膜分离技术的国内发展动态

中国的膜技术从60年代中期起步研究,长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始,国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持,膜技术取得较大进展,特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流,膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大,国内膜工业产值也逐渐增加。

近10年来,中国的膜技术的总体水平有了很大的进展,但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少,应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面,尚未达到国际先进水平,远不能满足国内市场需求,膜技术存在着很大的发展空间。

首先,我们要加强研发能力,推动膜技术产业的发展,依靠科技进步,提高产品质量,降低成本,增加品种,扩大应用面。

再者,通过招商引资,引进技术,消化吸收,提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力,膜制备和膜组件水平,膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平。

第三篇：上海交通大学膜分离技术研究所

上海交通大学膜分离技术研究所

2004年4月24日上海交通大学膜分离技术研究所成立。上海交通大学环境科学与工程学院张振家教授任所长；聘请立升公司董事长陈良刚先生为上海交通大学兼职教授。我校盛焕烨副校长和教育部科技委倪维斗院士共同为上海交通大学膜分离技术研究所揭牌并作重要讲话。出席成立仪式的还有国家海洋局高从堦院士、中国膜工业协会郭有智秘书长、校党委常委田信灿教授、人事处长吴旦教授、环境学院院长蔡伟民教授、党总支书记贾金平教授、药学院常务副院长刘燕刚教授。

实现科技术与国民经济经济的紧密结合，加强膜分离技术在环境领域的研究、应用、开发和产业化，上海交通大学与立升公司在以往膜分离技术研究良好合作的基础上，发挥 “产、学、研”各自的优势，共建膜分离技术研究所，并由立升公司注入启动研究资金100万元人民币。

膜分离技术是当今环境技术的重要研究领域。膜分离技术在国民经济中有广泛的应用和可观的市场前景。我校环境科学与工程学院在膜分离技术的研究方面有扎实的基础。目前和世界知名的膜生产制造企业日本东丽公司、美国海德能公司、日本三菱公司有着广泛技术合作；并在膜技术的的开发和成果转化方面也进行了包括污水和高纯水方面的多种小试、中试和生产规模的研究试验。立升公司是国家认可并重点扶持的高新技术企业。主要从事膜分离技术的开发生产和推广应用，目前已在国内设立50多个经销基地，产品已成功地进入东南亚和南非市场。立升企业所制造的工业用大中型超滤设备，在“麦当劳”、“泸州老窖”、“娃哈哈”、“椰树集团”“可口可乐”等200多家著名企业得到广泛应用。

上海交通大学膜分离技术研究所决定用3～5年的时间，将该研究所建设成为国内领先、与国际接轨的高水平的研究所。其发展的主要目标是：

1.加快膜制造技术的开发，包括对反渗透膜、纳滤膜、超滤膜和微滤膜；在高通量、低污染分离膜的研究开发。

2.膜分离技术的应用、膜操作工艺的改进、膜自动控制程序的开发、膜工艺设计软件的开发等。

3.膜应用范围的进一步拓展。除了在水处理领域及在医药、化工、电子等行业得到应用外，更要将它培育成为一个新兴的产业，并融合其他先进技术，推动经济发展和社会进步。

第四篇：膜分离技术在化工生产中的应用

题 目 膜分离技术在化工生产中的应用

姓 名 学 号

所在学院 长沙航空职业技术学院 年级专业 指导教师 完成时间

年 月 日

摘要：

膜分离技术.，其诞生和发展是近五十年的事。上个世纪 50～ 60 年代, 人们已经开始意识到能源的潜在危机, 传统高能耗的分离技术面临巨大威胁, 不得不寻求新的节能分离方法.于是, 50 年代为膜科学及技术的基础研究阶段, 60～70 年代为发展并实现工业化阶段, 80 年代至今为技术深化完善, 扩大应用, 并研发高难度新型膜分离技术阶段.膜分离技术发展到今天可分为: 微滤;超滤;反渗透;电渗析;气体扩散;渗透蒸发;液膜分离等.膜分离过程一般无需相变化, 因此对热敏性, 相对挥发度小或存在共沸点的混合物具有独特的优势, 同时还节省能耗, 工业上有用膜分离来取代或部分取代精馏的情况.目前, 气体混合物的分离工业应用较为成熟的有, 如美国Monsanto公司开发的气体膜分离器用于分离H2 和CO 2[2];液体混合物分离方面, 较成功的应用有反渗透用于海水淡化和医药及微电子工业无菌水的制造;超滤用于酶和蛋白质生产中大分子产品的分离提纯, 食品工业中乳制品, 果汁, 酒的浓缩, 超滤还应用于环保中废水处理, 如汽车制造业中电泳涂料清洗用水的处理, 纸厂纸浆废水处理等.近年来, 无机膜应用于微滤和超滤取得了重大进展, 它解决了聚合物膜的化学稳定性和热稳定性差的问题, 而且选择性也大大提高了.膜分离技术是一种新型高效的分离技术，是对非均相体系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科。它具有过程不发生相变及副反应、无二次污染、分离效率高、操作条件温和、能耗低等优点 ,是缓解资源短缺、能源危机和治理环境污染的重要措施 ,因而得到世界各国普遍重视 ,并在海水淡化、化工、印染、环保、食品、生化过程等领域得到了广泛应用。

目前膜分离技术被公认为 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的高科技之一[1]。在短短的几十年里膜技术迅速发展 ,受到世界的瞩目。扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜的发展打下了坚实的理论基础。相关科学技术的突飞猛进也使得膜的实际应用成为可能。关键词：

目录

引言.................................................................................................................错误！未定义书签。第一章 膜分离过程与膜分离技术.................................................................................................4 1.1 膜分离过程.......................................................................................................................4 1.2 膜分离技术.......................................................................................................................4 第二章 膜分离技术在废水处理中的应用.....................................................................................5 2.1 超滤膜分离技术在废水处理中的应用...........................................................................5 2.2纳滤膜技术在废水处理中的应用....................................................................................5 2.3乳化液膜技术在废水处理中的应用................................................................................6 2.4膜生物反应器技术在废水处理中的应用........................................................................8 第三章 结语...................................................................................................................................10 参考文献.........................................................................................................................................10

第一章 膜分离过程与膜分离技术

1.1 膜分离过程

膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质 ,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时 ,原料侧组分选择性地透过膜 ,以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜 ,推动力也不同。

目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)、膜生物反应器(MBR)等。

1.2 膜分离技术

超滤(UF)、纳滤(NF)、乳化液膜(ELM)、膜生物反应器(MBR)这四大过程在技术上已经相当成熟 ,已有大规模的工业应用 ,形成了相当规模的产业 ,有许多商品化的产品可供不同用途使用。气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是:空气中氧和氮的分离;合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离;天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程 ,在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物/水 ,水/有机物 ,有机物/有机物分离 ,是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。20世纪80年代中期进入工业化应用阶段。

膜分离技术的水处理应用

近年来，膜分离技术应用干废水处理是一项重大的技术突破，既能对废水进行有效的净化，又能回收一些有用的物质，因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。本文主要对超滤膜，纳滤膜、乳化液膜以及膜生物反应器技术在废水处理中的应用和发展进行综述。

第二章 膜分离技术在废水处理中的应用

2.1 超滤膜分离技术在废水处理中的应用

超滤膜简介

超滤(Ultra-Filtration ,UF)是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它已广泛用于食品．医药，工业废水处理，高纯水制备及生物技术工业。在工业废水处理方面应用的最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及其他工业废水处理领域都是超滤未来的发展方向。

超滤膜在废水处理中的应用 含油废水处理

机械行业工件的润滑．清洗和石化行业的炼制及加工等会产生含油废水，其油一般为漂浮油、分散油和乳化油三种形式存在。．其中乳化油的分离难度最大，用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。超滤处理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过，而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撤除。陆晓千[ ]等用超滤膜技术处理清洗车床、设备等含油污水，颜色为乳白色，含油(1000～5000)mg/1，COD浓度高达(10000～50000)mg/l，经超滤膜处理后，颜色透明。含油低于10Ing/l，COD(1700～5000)mg/l，除油滤99％。

2.1.2.2城市污水的处理

污水再利用不仅减轻环境污染，而且也是解决水资源短缺的有效方法。城市污水经二级生化处理后进行超滤，可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为循环冷却水、造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水源。2.1.2.3电泳涂漆水处理

电泳涂漆是对汽车．冰箱，摩托车等的壳体镶上底漆的工艺，完成后需用水漂冼去掉浮漆，为防止洗出漆的损失而且应工艺要求，必须将漆水分离以回收漆。超滤是一种十分理想的回收漆的方法。经超滤分离后，漆返回漆槽回收，清水则返回清洗水箱继续使用。这样既提高了漆的利用率由减少污水处理费用。在超滤膜运行中，应注意防止霉菌繁殖使膜变质，病毒堵塞滤膜，因此应定期在滤液中投加适量的防霉剂。

2.2纳滤膜技术在废水处理中的应用

纳滤膜的简介

纳滤膜（Nanofiltration membrane，NF）又称疏松型反渗透膜，它是介于反渗透与超滤之间的一种膜分离技术 但纳滤膜多数为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅受到化学势梯度控制，同时也受到电势梯度的影响，其表面由一层非对称性结构的高分子与微孔支撑体结合而成，以压力差为推动力，对水溶液中低分子量的有机溶质截留，而盐类组分则部分或 5

全部透过，从而使有机溶质得到同步浓缩和脱盐的目的。纳滤膜在废水处理中的应用 含重金属废水的处理

在金属加工和合金生产废水中，含有浓度相当高重金属离子。将这些重金属离子生成氧氧化物沉淀除去是处理含重金属的废水一般的措施。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90％以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。

造纸废水的处理

造纸厂冲洗废水中含有大量污染物，纳滤膜可以替代传统的吸收和电化学方法高效地去除深色木质素和来自木浆漂泊过程中产生的氯化木质素。同样地，用纳滤膜处理含有硫酸木质素等有色化合物的废水，既能除去90％以上的COD，膜通量甚至比聚砜超滤膜还要高3倍。高通量可能是由于带负电性的纳滤膜截留了带负电性的硫酸木质素。L P Raman等[ ]采用纳滤膜技术对木浆漂白液进行处理，去除氯代木质素和90％的色度物质。Tomani等[ ]采用陶瓷纳滤膜处理造纸厂漂白废水，实现了造纸废水的封闭式运行。

化学工业废水的处理

处理化学工业废水的常用方法是浓缩后焚烧或曝气。而且浓缩时需要除去废水中的盐分，因为要是浓缩成高盐度的废水，这种废水会对焚烧炉或暖气装置产生更大腐蚀。另外，废水中含有许多生物不能降解的大分子有机物。这些问胚只有用纳滤膜才能有效解决。纳滤膜在浓缩水中有机成分的同时，让盐分透过，从而达到分级分别处理。经浓缩后的已脱盐废水可以去曝气．而透过液则可经生化处理成无害的排放维。

石油工业废水的处理

在石油开采和炼制过程中，会产生各种含有机物和无机盐的废水，成分非常复杂。采用纳滤膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相．然后把富油相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水。石油工业的含酚废水中酚类物质毒性很大，必须脱出后才能排放。采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镍，汞、钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。

食品工业废水的处理

袁其朋等[ ]采用超滤、纳滤组合工艺对大豆乳清废水进行了处理实验。经超滤处理后的乳清废液，再经纳滤浓缩10倍后，浓缩液中总糖约有77%被截留，其中功能性地聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达95%以上，浓缩液中总糖质量分数达8.72％，再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩，即可得到透明状大豆低聚糖糖浆。该法的优点在于既解决了废水的排放问题，同时又通过回收利用增加了经济效益。另外，纳滤膜技术在生活污水．印染废水以及酸洗废液等方面的处理也有广泛的应用。

2.3乳化液膜技术在废水处理中的应用

液膜及乳化液膜简介

液膜技术是60年代中期由美国埃克森研究与工程公司的黎念之博士提出的一种膜分离方法，直到l 986年奥地利的Marr等科学家采用液膜法，从粘胶废液中回收锌获得了成功，液膜分离技术才进入了实际应用阶段18l。液膜主要由膜溶剂(水或有机溶剂)，表面活性剂

(乳化剂)和添加剂组成，按其构型和操作方式的不同，可分为乳状液膜和支撑液膜，其中乳状液膜更为常用。乳状液膜可看成为一种。水/油/水”型(W/O/W)或“油/水/油”型(O/W/O)的双重乳状液高分散体系，将两种互不相溶的液相通过高速搅拌或其它方法(如超声波法、喷管法等)制成乳状液，然后将其分散到第三种液相(连续相)中，就形成了乳状液膜体系。乳状液膜表面积大，传质速度快，可以有目的地控制其选择性。乳状液膜处理废水的过程分3步进行：

(1)制乳

对不同废水，需选择不同的膜溶剂、表面活性剂和内保相搅拌后制成的W/O乳液；乳化型液膜的制备较为简单．直接将优选的膜配方材料加入制乳设备中即可。制乳设备的工作原理有机械搅拌、胶体磨、超声波等。(2)传质

将W/O乳液分散到待处理废水中，形成W/O/W乳液。废水中的待分离组分，通过选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等作用进入内包相，与内包相中的特定组分发生反应，从而富集于内包相。(3)破乳

W/O/W乳液经一段时间传质后，静置，分层，水层为出水，油层为油相与内包相的乳状液，利用电场或机械力破坏油层乳状液，使油相与内包相分开，油相循环使用，富集了被分离物的内包相进行回收或处理后废弃。盘塔、搅拌柱等。

破乳的目的是为了回收使用过的乳液内相和有机相．破乳效果的优良与否。直接关系到液膜技术的技术经济可行性，因此此环节十分重要。

破乳方法分为化学破乳法和物理破乳法。通过调节pH值或投加化学破乳剂使液膜体系失稳的方法叫化学破乳法。通过加热、离心分离以及高压电场的静电引力来使液膜体系失稳的方法叫物理破乳法。

乳化液膜在废水处理中的应用 处理含酚废水旧

液膜法除酚效率高，流程简单，可处理低浓度，高浓度含酚废水。华南理工大学环境研究所采用液膜法两段逆流连续萃取除酚，将LMS-

2、煤油、表面活性剂，氢氧化钠水溶液混合搅拌制成乳状液，处理后的工业含酚废水中酚含量从1000mg/L降至0.5mg/L。破乳后可从内水相中回收酚钠盐，油相则循环利用。目前，我国在液膜处酚技术方面已进入工业应用阶段。

2.3.2.2分离废水中的有机物、无机酸

美国科罗拉多矿业大学的wang研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。如两种有机酸溶质体系(间甲酚、安息香酚、酚/苯基乙酸)和3种有机溶质体系(酚/安息香酚/苯基乙酸)。以总浓度为0.012mg/L的间甲酚/安息香酸溶液的分离实验为例，随膜相与外水相接触时间延长，外水相中间甲酚/安息香酸不断减少直至平衡，安息香酸可去除95%左右，间甲酚剩余较多。去除重金属离子

奥地利Graz工业大学的Marr等人采用乳状液液膜分离技术，对去除牯胶废水中的Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、Ni2+等重金属离子傲了大量的实验。表明除Ni2+外，其它金属离子的去除率均高于99％．

2.4膜生物反应器技术在废水处理中的应用

膜生物反应器简介

膜生物反应器(Membrane bioreactor．MBR)废水处理技术是把膜分离技术与废水处理中的活性污泥工艺相结合，将生物反应器与膜组件联用的一项技术。其流程为：原水进入生物反应器与生物相充分反应后，再循环泵的作用下，流经膜组件，排放过滤出水，生物相回流人生物反应器。膜组件取代了传统工艺的二次沉淀池，且比之传统工艺有许多优点：(1)膜生物反应器中同时进行生物处理和过滤消毒作用，所以其出水水质良好；(2)在反应器中可获得较高的微生物浓度，提高处理负荷；

(3)水力停留时间与污泥龄完全分离，使生物处理过程易于控制且具有更高的可 靠性和灵活性；

(4)可以截留短时间难于降解的大分子有机物；(5)设备紧凑，占地少。

膜生物反应器在废水处理中的应用 城市污水处理及回用

l968年美国人smith首次提出膜生物反应器的概念并用其处理生活污水，引起了广泛的关注。90年代中期，日本有39座这样的MBR处理厂在运行，最大处理能力可达500m3/d，并且有100多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。据报道，这些系统的出水已达到深度处理的标准，而且系统占地小。管理方便，产泥量很小。l997年，英国wassex公司在英国的Porlork建立了当时世界上最大的MBR系统，日处理量达2000m3。1999年又在Dorset的Swanage建成了l 3000m3/d的膜生物反应器污水处理厂。膜生物反应器同时硝化与反硝化作用成功的去除污水中的氮，污泥停留时间相当长，可以截留生物系统中的缓慢生长的硝化菌。粪便污水处理

粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，而且固液分离不稳定，影响了三级处理效果。MBR很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而可直接处理。到1994年，Fj本已有l200多套MBR系统用于处理4000多万人的粪便污水。工业废水处理

20世纪90年代以来，MBR的处理对象不断拓宽，在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水，养殖废水、化妆品生产废水、染料废水．石油化工废水，均获得了良好的处理效果。90年代初，美国在Ohio建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的MBR系统，处理规模为15lm3/d，该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3/d，COD去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。某玉米加工厂采用厌氧消化超滤膜生物反应器处理玉米加工废水，COD去除率达到97%，膜透过液中COD的质量浓度可降低到100mg/L以下。90年代初，美国通用汽车公司采外置错流管式超滤膜生物反应器处理工业和生活混合废水，系统出水COD和BOD5的质量浓度分别低干400mg/L和100mg/L。

第三章 结语

总之,膜技术在水处理方面有着广泛的用途,城市污水回用对缓解城市供水不足,节省珍贵的水资源,减轻水污染和改善水环境的作用是非常显著的,大量的实践证明了污水回用的可行性和经济性,随着人们环境意识的增强和生活水平的提高,对污水回用要求也会越来越高,由于膜技术的特点,技术的不断进步以及处理成本的不断下降,膜技术在污水回用领域今后更将大有用武之地,发挥更大的作用.特别是随着膜技术的发展,其潜在应用领域将会不断扩大,这门新兴的膜技术将会在今后的科学技术发展中大显身手,发挥更大的作用,为我们创造一个优良的生活环境.参考文献

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第五篇：3D打印技术种类

3D打印技术种类

SLA/DLP技术

SLA 是“Stereo lithography Appearance”的缩写，即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA 是最早实用化的快速成形技术，采用液态光敏树脂原料，工艺原理如图所示。SLA 技术主要用于制造多种模具、模型等；还可以在原料中通过加入其它成分，SLA用原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA 技术成形速度较快，精度高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。

DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，不过它是使用高分辨率的 数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术 速度更快。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。精细度指数★★★★★ 硬度强度指数★★★

FDM熔融层积成型技术

FDM即是Fused DepositionModeling，熔融挤出成型工艺的材料一般是热塑性材料，如ABS、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成形过程的顺利实现。

这种工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。近年来又开发出PC，PC/ABS，PPSF等更高强度的成形材料，使得该工艺有可能直接制造功能性零件。由于这种工艺具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速，目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额最大。精细度指数★★★ 强度硬度指数★★★

3DP技术

3DP即3D printing，采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。

美国麻省理工大学的Emanual Sachs教授于1989年申请了三维印刷技术（3DP）的专利。这是一种以陶瓷、金属等粉末为材料，通过粘合剂将每一层粉末粘合到一起，通过层层叠加而成型。1993年，粉末粘合成型工艺是实现全彩打印最好的工艺，使用石膏粉末、陶瓷粉末、塑料粉末等作为材料，是目前最为成熟的彩色3D打印技术。精细度指数★★★ 强度硬度指数★★★ 彩色指数★★★★★

SLS选区激光烧结技术/SLM

SLS选区激光烧结技术，即Selective Laser Sintering，和3DP技术相似，同样采用粉末为材料。所不同的是，这种粉末在激光照射高温条件下才能融化。喷粉装置先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，在采用激光照射，将需要成型模型的截面形状扫描，使粉末融化，被烧结部分粘合到一起。通过这种过程不断循环，粉末层层堆积，直到最后成型。

SLS最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard 于 1989 年在其硕士论文中提出的。后美国 DTM 公司于 1992 年推出了该工艺的商业化生产设备 Sinter Sation。几十年来，奥斯汀分校和 DTM 公司在 SLS 领域做了大量的研究工作，在设备研制和工艺、材料开发上取得了丰硕成果。德国的 EOS 公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。激光烧结技术成型原理最为复杂，成型条件最高，设备及材料成本最高的3D打印技术，但也是目前对3D打印技术发展影响最为深远的技术。目前SLS技术材料可以是尼龙、蜡、陶瓷、金属等，SLS技术成型材料的的种类多元化。精细度指数★★★ 强度硬度指数★★★★★

LOM 技术

分层实体制造法（LOM——Laminated Object Manufacturing），LOM 又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。

LOM 常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造构件或功能件。

该技术的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸；制件性能：相当于高级木材；

主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。精细度指数★★ 强度硬度指数★★