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微滤、超滤和纳滤压力差膜分离微滤（MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)分离类似于过滤，用以分离悬浮微粒或含溶解的溶质的液体。1)微滤2)超滤3)纳滤4）反渗透压力驱动膜(PDM)原理图水分子反渗透，0.1nm-1nm盐，金属离子，矿物质纳滤，0.5nm-5nm糖，染料，表面活性剂，矿物质超滤，5nm-50nm乳化油，颜料，胶体微滤，0.1-10um细菌，悬浮物例1：上海市世博园区直饮水经过臭氧活性炭＋超滤深度处理据文广传媒2010年1月20日讯上海世博会期间，不用自带水进入园区，在园区内可以直接喝上优质的自来水。承担着世博区域供水任务的南市和临江两大水厂，从去年起，就投资了10多亿元进行全面改造，引入世界先进的臭氧活性炭深度处理技术等，以提升出厂水质。其中，南市水厂的深度处理制水工程，已于去年12月31号试通水；临江水厂的深度处理制水工程于今年3月底试通水。两座水厂每天可为园区及周边居民提供110万吨的优质自来水。出厂水先初滤，然后用活性炭过滤，再用超滤膜，紫外线消毒。为了让游客能在世博园区随时喝到优质安全的饮用水，相关部门在园区内设计了人性化的饮水点。世博园直饮水确定由我国膜企业龙头——立昇提供超滤膜和百个饮水台日前，上海世博会直饮水技术解决方案最后敲定，世博组委会与技术提供方签署了合作协议。世博园将设立100个直饮台，直饮台设计方案也已确定，所有园区直饮台于3月安装到位。世博园直饮水将采用世界领先的“活性炭＋PVC合金超滤膜＋紫外线”处理工艺，超滤膜和直饮台均由国内著名膜企——立昇企业提供。该技术细菌去除率达到99.9999%，病毒去除率达到99.99%，水资源利用率达99%，水质卫生标准优于欧盟标准。世博会期间，各国观众将高达7000万，解决园区直饮水问题，可以方便观众饮水，也可减少瓶装水供应量，与“低碳世博”的理念相符。立昇饮水台据了解，世博园A、B、C、D四个区域，将设立100个直饮水台，每相隔100米设置一个直饮台，每个直饮台有8～12个不等出水口，可保证1000多观众同时饮水，每天可为45万人提供优质直饮水。8.2微滤(MF)技术8.2.1微孔过滤和微孔膜的特点微孔过滤技术始于十九世纪中叶，是以压力差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。实施微孔过滤的膜称为微孔膜。微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，过滤粒径在0.025～10μm之间，操作压在0.01～0.2MPa。到目前为止，国内外商品化的微孔膜约有13类，总计400多种。1微滤(MF)——8.2.2微滤膜的性能•(1)物理机械性能：厚度一般90-170μm，以精密测厚计测定。弹性模量（断裂伸长）是用一定大小的试样在材料试验机上进行。各向同性是以染料吸留试验判断。•(2)通量和堵塞：•微孔膜的通量测定一般是在一定真空度下（如700mmHg下）以纯水为透过介质进行的（如下图所示），堵塞是以通量下降速率来表示如下图所示：真空计抽真空过滤漏斗膜刻度漏斗阀1阀2抽滤瓶255075100100200300400渗透速率(ml/cm2.h)过滤水量(ml)图4-18美国Millipore公司两种膜通量性能标称孔径(μm)泡点压力(kg/cm2)平均孔径(μm)通量[ml/cm2.min]0.224.60.23112.80.453.00.43643.0•(3)化学相容性：由于膜所处理的物料是各种各样的，故对膜的化学相容性就有一定的要求，即膜不应被所处理的物料溶胀，溶解和发生其他化学反应，也不应对被处理的物料产生不良的影响。这方面主要取决于膜材料。•(4)细菌截留：基本的方法是用要试验的膜过滤某一种类的细菌，培养滤过液，若滤过液不变浊（无菌），则可证明该膜对这种细菌是可截留的。也可显微镜观测滤前和滤后细菌数目的变化。•(5)可萃取物和灰分：可萃取物的测定是将膜样品放在沸水中煮沸一定的时间，看前后重量之变化，分析水中的成分可知主要的可萃取物。•灰分在化学分析膜上截留的物质中是十分重要的，一定要先知道膜的灰分含量做为本底，以从测定中扣除这一本底。•(6)毒性：这对医疗应用尤为重要，一般是将120cm2的膜剪成碎片于20ml生理盐水中，于70℃萃取一定时间，之后按50mg/kg的量注入小白鼠体内进行对照试验。8.2.3微滤(MF)膜材料微滤主要以筛孔机理进行分离，没有特殊选择标准，大多数聚合物都可用来制备这类膜。主要据原料来源，价格，制膜难易，强度，化学稳定性，耐热性和毒性等，结合具体分离的对象、介质和各种要求来进行选择。荷电材料和亲和材料也是优先考虑的。无机膜材料近年来兴起很快。相对于聚合物材料，无机膜材料有其显著的三大特点，热稳定性、化学稳定性和机械强度。即可据实际需求选择所要的无机膜材料：玻璃、金属、陶瓷、炭和沸石及其他廉价无机物等。部分无机材料的熔点材料熔点℃材料熔点℃Pd不锈钢NiC沸石155010001455耐热800℃以上耐热500℃以上Al2O3ZrO2TiO2SiC高硅玻璃石英玻璃20502770160525001510（软化）1650（软化）无机材料的化学稳定性也很突出，通常适用于任何pH范围和有机溶剂，也不会产生微生物引起的生化降解等。如C，除强氧化剂（王水、浓H2SO4、浓HNO3、Cr2O2-7、MnO4-），对其他试剂都是稳定的。无机材料大多硬而脆，可承受高压和自支撑。8.2.4微滤(MF)膜的制备技术l烧结法（只能制备微滤膜）l拉伸法（只能制备微滤膜）l径迹蚀刻法（只能制备微滤膜）l相转化法（制备高分子微滤膜和超滤膜）l溶胶-凝胶法（制备无机膜）l阳极氧化法（制备金属微孔膜）8.2.5微孔过滤技术应用领域（1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。（2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。（3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使酒类产品变味。微孔过滤、超滤和反渗透技术的原理和操作特点比较分离技术类型反渗透超滤微孔过滤膜的形式表面致密的非对称膜、复合膜等非对称膜，表面有微孔微孔膜膜材料纤维素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纤维素、聚氯乙烯(PVC)等操作压力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分离的物质分子量小于500Da的小分子物质分子量大于500Da的大分子和细小胶体微粒0.1～10μm的粒子分离机理非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用筛分，膜的物化性能对分离起一定作用筛分，膜的物理结构对分离起决定作用水的渗透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～2008.2.6膜污染定义由于与膜存在物化作用或机械作用，进料中的微粒、胶体或溶质在膜表面或孔内发生吸附、凝聚和沉积，使膜孔径变窄或堵塞，其透过通量和分离性能也有不可逆的变化，这一现象谓之膜污染。膜污染的影响因素1．膜的物化性质1)膜的亲水性和表面张力亲水性好的膜，膜表面与水成氢键，不疏水溶质接近膜表面时，要打破这一氢键结合，这需能量，膜耐污染；而疏水膜表面无氢键形成，疏水溶质接近膜表面时，则膜易被污染。2)膜的荷电性荷电膜处理同离子溶质的料液，由于荷电排斥，也不易污染。膜污染的影响因素2．膜的结构对称结构的膜耐污染不如相同孔径的不对称膜；两面双皮层的膜耐污染不如相同孔径的单皮层的膜；膜孔径分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；表面光滑的膜耐污染性好。膜污染的影响因素3．进料的组成和性质进料会与膜有相互作用：静电作用：膜表面电荷与溶液中荷电介质相同时，相互排斥，膜不易被污染；反之则易被污染；范氏压力：溶质和膜亲水，则之间吸引力弱，溶质不易污染膜；其他：进料浓度，温度，pH，离子强度，溶质分子大小和形状等。膜污染的控制据影响污染的因素，相应的控制污染的方法如下：•膜材料的选择、注意材料的亲水性和荷电性等；•选择合适结构的膜，包括膜的对称性，皮层结构，孔径大小及其分布，膜表面粗糙度等；•选择合适的膜组件，合适的操作参数（如压力，流速，回收率等）；•选择合适的进料的浓度，pH，温度，离子强度等。8.2.7膜的清洗1膜清洗必要性和注意事项必要性：消除污染物，使水通量恢复，使膜寿命延长，能耗降低等。注意事项：1)膜的物化特性，如耐温，耐酸、碱，耐氧化性等；2)污染物特性，如种类，可溶解性，可氧化性，可酶解性等。膜的清洗2膜清洗方法和效果物理法：主要有高流速水冲洗，气水反冲洗，海绵球机械清洗，抽吸清洗，电脉冲清洗等。化学法：主要有酸、碱、表面活性剂、络合剂、杀菌剂、酶、氧化剂和其他添加剂等。清洗效果：通量恢复，流程压差降减少等。8.3超滤技术8.3.1超滤技术的发展历史超滤(UF)是在压差推动力作用下进行的筛分过程，它介于微滤和纳滤之间，膜孔径范围为1nm~0.1μm。1．超滤技术的发展历史2．我国超滤技术的发展1．超滤技术的发展历史超滤(UF)现象在130多年前就已经被发现，最早使用的超滤膜是天然的动物脏器薄膜。1861年Schmidt用牛心包膜截取阿拉伯胶，堪称世界上第一次UF试验，但UF一直作为一实验工具而未发展。1907年Bechhold比较系统地研究了超滤膜，并首次采用了“超滤”这一术语。到1960年，在Loeb-Sourirajan试制成功不对称反渗透CA膜的影响下，1963年Michaels开发了不同孔径的不对称CA超滤膜。1965～1975是UF大发展的阶段。膜从CA扩大到PS(聚苯乙烯)，PVDF(聚偏二氟乙烯)，PC(聚碳酸酯)，PAN(聚丙烯腈)，PES(聚醚砜)和Ny尼龙等。截留分子量从103~106，孔径从1～100nm，组器形式有实验室型，板式，管式，中空纤维式和卷式。目前，UF广泛用于电子、电泳漆、饮料、食品化工、医药、医疗用人工肾和环保废水处理及回收利用等各个领域，超滤在工业上的大规模应用，是近30年的事。超滤技术应用的历史不甚长，但因其具有独特的优点，使它已成为当今世界膜分离技术领域中独树一帜的重要的单元操作技术。2．我国超滤技术的发展我国对超滤技术的研究较国外要晚10年左右。二十世纪70年代中期起步，80年代大发展，90年代获得广泛应用。1983~1985年第六个五年计划的后期，我国合作研制成功了聚砜中空纤维式超滤膜和组器。1986~1990年和1991~1995年国家第七、八个五年计划，也都把超滤技术的研究开发列入其中。通过国家“七五”、“八五”科技攻关，在原有70年代中期研制成功的醋酸纤维管式超滤膜和80年代中期研制成功的聚砜中空纤维超滤膜的基础上，又先后研制成功了一批耐高温、耐腐蚀、抗污染能力强、截留性能好的膜和组器。同时，在荷电膜、合金膜、成膜机理、膜污染机理等方面的研究也取得了一定的进展。目前，我国用于超滤技术的膜材料已有10多个品种；板式、管式、卷式、中空纤维式等组器形式齐全；切割分子量从几千到十几万，主要用于电泳漆回收、酶和蛋白等的浓缩、废水处理、食品加工等领域。8.3.2超滤的基本原理开始一般认为超滤是一种筛孔分离过程。在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，一般称为滤出液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按照这样的分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成具有一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。4-1许多年后，发现情况并非如此。除了机械筛分作用外，还有两个因素决定膜的分离特性：其一，溶质、溶剂和膜材质之间的相互作用，这些作用力包括范德华力、静电力、氢键作用力等，溶质分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都会影响膜对溶质的