纳滤、超滤、反渗

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1、纳滤 ( NF，Nanofiltration) 是一 种介于反渗透和超滤之间的压 力驱动膜分离过程，纳 滤膜的孔径范 围在几个纳米左右。与其他压力驱动型 膜分离过程相比，出现较晚。它 的出现可追溯到70年代末J.E. Cadotte的NS -3 0 0膜的研究，之后，纳滤发展得 很快，膜组器于80年代中期商品化。纳滤 膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CT A膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比，其操作压力更低，因 此纳滤又被称 作“低压反渗透 ”或“疏松反渗透 ”( Loose RO )。纳滤-详情纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。但是纳滤膜本体 带有电

2、荷性。这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可 脱除无机盐的 重要原因。纳滤分离 愈来愈广泛地应用于电子、食品和医药 等行业，诸如超纯水制备、果汁 高度浓缩、多 肽和氨基酸分离、抗生素浓缩与 纯化、乳清蛋白浓缩、纳滤膜 -生化反 应器耦合等实 际分离过程中。与超滤或反 渗透相比，纳滤过程对单价 离子和分子量低 于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200500之间的有机 物有较高脱除 率, 基于这一特性 ，纳滤过程主要应 用于水的软化、净 化以及相对分子 质量在百级的 物质的分离、分级和浓 缩(如染料、抗 生素、多肽、多 醣等化工和生物 工程产物的分 级

3、和浓缩)、脱色和去异味等。主要用于饮用水中脱除 Ca、 Mg 离子等 硬度成分 、三卤甲烷中间体 、异味、色度、农药、合成洗涤剂 ，可溶性有机物 ，及蒸 发残留物质。随着对环境保 护和资源综合利用认识的不断提 高，人们希望在治 理废水的同时实 现有价物质的 回收，比如：大豆乳清废液中含 有 1%左右的低聚糖和 少量的盐，亚硫 酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有 2%2.5%的六碳糖和 五碳糖，制糖 工业中出现的废糖蜜中含有少量 的盐等等。超滤目录隐藏概述原理分类优点&缺点超滤膜超滤装置应用 概述 原理 分类优点&缺点 超滤膜超滤装置应用超滤膜组件编辑本段概述超滤是以压力为推动

4、力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为 目的，膜孔 径在20 - 1000A。之间。中空纤维超滤器（膜）具有单位溶器内充填 密度高，占地面 积小等优点。在超滤过 程中，水深液在压力推 动下，流经膜表面 ，小于膜孔的深剂（ 水）及小 分子 溶质透水膜， 成为净化液 （滤清液），比膜孔 大的溶质及溶 质集团被截 留，随水 流排出，成 为深缩液。超滤过程为动态过 滤，分离是在流动状态下完成 的。溶质仅在 膜表面有限沉 积，超滤速率衰减到一定程度而 趋于平衡，且通过清洗可以恢 复。超滤起源 于是 1748 年， Schmidt 用棉花胶膜或璐膜分滤溶液， 当施加一定压力 时，溶液（水）透过膜，而蛋

5、 白质、胶体等物质 则被截留下来，其过 滤精度远远超过 滤纸，于是他提出超滤一 语， 1896 年， Martin 制出了第一张 人工超滤膜，其 20 世纪 60 年代，分子 量级概念的提出，是现代超滤的 开始， 70 年代和 80 年代是高速发展 期， 90 年代以 后开始趋于成熟。我国对该项技术研究 较晚， 70 年代尚处于研究期限 80 年代末，才进入工业化生产和应 用阶段。超滤装置如同 反渗透装置 ，有板式、管 式（内压列管 式和外压管 束式）、卷式、 中空纤维式等 形式。浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此 现象减轻到最低 程度，是超滤技术的重要课题之一。目前采取的措施有：提高

6、膜面水流速度，以减 小边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带 走；采取物理或化学的洗涤 措施。 编辑本段原理超滤是一 种加压膜分离技术，即在一 定的压力下，使小分子溶质 和溶剂穿过一定 孔径的特制的 薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一 边，从而使大分子物质得 到了部分的纯 化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤 利用一种压力活性膜，在 外界推动力 （压力 ）作用下截留水中 胶体、颗粒和分子量相对较高的物质 ,而水和小的溶 质颗粒透过膜 的分离过程。通过膜表面的微孔 筛选可截留分子量为 3x10000 1x100 00 的 物质。当被处理 水借助于外界压力 的作用以一定的 流速通过膜表面

7、 时，水分子 和分子量小于 300 500 的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子 等由于筛分作用 被截留，从 而使水得到净化。也就是说 ，当水通过超滤膜后，可将水 中含有的大部分 胶体硅除去， 同时可去除大量的有机物等。超滤原理 并不复杂。在超滤过程中，由于被截留的杂质 在膜表面上不断积累，会 产生浓差极化 现象，当膜面溶质浓度达到 某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急 剧下降，这 使得超滤的应用受到一定程度的 限制。为此，需通过试验进 行研究，以确 定最佳的工艺 和运行条件，最大限度地减 轻浓差极化的影响，使超滤 成为一种可靠的 反渗透预处理 方法。编辑本段分类超滤根据 所加的操作压力和

8、所用膜的平均 孔径的不同，可分为微孔过 滤、超滤和 反渗透三种。微孔过滤所用的操作压通常小于 40人4 Pa，膜的平均孔径为500埃 14微米，用于分离较大的微粒、细菌和污染物等。超滤所用操作压为 40人4 Pa7 x10A5 Pa，膜的平均孔径为10-100埃，用于分离大分子溶质。反渗透所用的操作压 比超滤更大，常达到35x10A5 Pa140x105 Pa,膜的平均孔径 最小，一般为10 埃以下，用于分离小分子溶质，如海水脱盐，制高纯水等。编辑本段优点&缺点超滤技术 的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何 化学试剂，尤其是超滤技 术的实验条件 温和，与蒸发、冷冻干燥相比没 有相的变化，而

9、且不引起温度 、 pH 的 变化，因而可 以防止生物大分子的变性、失活 和自溶。在生物大分子的制备 技术中， 超滤主要用于 生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也 有一定的局限性，它不能 直接得到干粉 制剂。对于蛋白质溶液，一般只 能得到 1050的浓度。编辑本段超滤膜超滤技术 的关键是膜。膜有各种不同的类 型和规格，可根据工作的需要 来选用。 早期的膜是各 向同性的均匀膜， 即现在常用的微孔薄 膜，其孔径通常是 0.05mm 和 0. 025mm 。近几年 来生产了 一些各 向异性的 不对称超 滤膜， 其中一种 各向异性 扩散膜 是由一层非常 薄的、具有一定孔径的多孔皮肤层”（厚约0.1m

10、m1.0mm ）,和一层 相对厚得多的（约 1mm ）更易通渗 的、作为支撑用 的海绵层 组成。皮肤层决定了膜 的选择性 ，而海绵层增加了机械强度 。由于皮肤层非常薄 ，因此高效、通透 性好、流 量大，且不易被溶质阻塞而导致流速下降 。常用的膜一般是由乙酸纤 维或硝酸纤维或 此二者的混合 物制成。近年来为适应制药 和食品工业上灭菌的需要，发展了非纤维型 的各向异性膜 ，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚 丙烯腈膜等。这种膜在 pH 114 都是 稳定的，且能在90C下正常工作。超滤 膜通常是比较稳 定的，若使用恰 当，能连续 用 12 年。暂时不用，可浸在 1甲醛溶液或 0.2NaN3 中保存。 超滤

11、膜的基本 性能指标主 要有：水通量 cm3/（cm2h） ；截留率（以百分 率表示）； 化学物理稳定 性（包括机械 强度）等。编辑本段超滤装置超滤装置 一般由若干超滤组件构成。通常可分为 板框式、管式、螺旋卷式和中空 纤维式四种主 要类型。由于超滤法处理的 液体多数是含有水溶性生物大分 子、有机胶 体、多糖及微生物等。这些物 质极易粘附和沉积于膜表面上，造成严 重的浓差极化和 堵塞，这是 超滤法最关键的问题，要克服 浓差极化，通常可加大液体流 量，加强湍流 和加强搅拌。编辑本段应用在生物制品中应用超 滤法有很高的经 济效益，例如供 静脉注射的 25人胎盘血 白蛋白（即胎白）通常是用硫 酸铵盐析

12、法、透析脱盐 、真空浓缩等工艺制备 的，该工 艺流程硫酸铵 耗量大，能源消耗多，操作 时间长，透析过程易产生污染 。改用超滤工 艺后，平均回收率可达 97. 1 8 ；吸附损失为 1 .69 ；透过损失为 1 .23；截留率为 98.77。大幅度提高了白蛋 白的产量和质量，每年可节省硫 酸铵 6.2 吨，自 来水 16 000 吨。目前国外生产 超滤膜和超滤装置最有名的厂家 是美国的 Milipore 公司和德国 的 Sartorius 公司。超滤净 水器超滤净水器即使用超滤技术对水进行净化 处理的设备。与其它 净水设备的区别 在于它的设备中使用有超滤膜。 采用中空纤维超过滤新技术，配合 三级

13、预处理过滤 清除自来水中杂质；超滤微孔小于0.01微米（十万分之一毫米），能彻底滤除水中的 细菌、铁锈 、胶体等有害物质，保留水 中对人体有益的微量元素和矿物 质，杂质超浓 缩水由排放阀排出；中空纤维膜出水 量大，不易堵塞，滤芯可反复清洗，寿 命长；超 滤机利用自来水压提供动力，不耗电，滤芯更 换方便。一般由：PP棉滤芯、颗粒活性碳、树脂滤芯、超滤膜滤 芯 四级过滤组 成，五级 过滤设备多加了一个后置活性炭 ，六级的多加了一个矿化滤 芯就成立市场上 见到的直饮水 机。超滤原理超滤原理 也是一种膜分离过程原理， 超滤利用一种压力 活性膜，在外界推动力 （压 力 ）作用下截留水中胶体 、颗粒和分子

14、量相 对较高的物质 ,而水和小的溶质 颗粒透过膜 的分离过程 。通过膜表面的微孔 筛选可截留分子量为 3x10000 1x10000 的物质 。当 被处理水借助 于外界压力的作用以一定的流速 通过膜表面时，水分子 和分子量小于 3 00500 的溶质透过膜，而大 于膜孔的微粒、大分子等由于筛分 作用被截留，从而使 水得到净化 。也就是说，当水通过超滤膜 后，可将水中含有的大部分胶 体硅除去，同 时可去除大量 的有机物等。超滤原理 并不复杂。在超滤过程中，由于被截留的杂质 在膜表面上不断积累，会 产生浓差极化 现象，当膜面溶质浓度达到 某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急 剧下降，这 使得超滤

15、的应用受到一定程度的 限制。为此，需通过试验进 行研究，以确 定最佳的工艺 和运行条件，最大限度地减 轻浓差极化的影响，使超滤 成为一种可靠的 反渗透预处理 方法。a 超滤与传统的预处理 工艺相比，系统简单、操作方便、占地小、投资省、且 水质极优，可 满足各类反渗透装置的进水要求 。b 合理地选择运行 条件和清洗工艺，可 完全控制超滤的浓差极化问题 ，使此预 处理方法更可 靠。C.超滤对水中的各类胶体均具有良好的去除特性，因而可以考虑扩大到凝结水精 处理及离子交 换除盐系统的预处理中。在超滤过 程中，水深液在压力推 动下，流经膜表面 ，小于膜孔的深剂（ 水）及小 分子溶质透水膜， 成为净化液

16、（滤清液），比膜孔大的溶质及溶 质集团被截 留，随水 流排出，成 为深缩液。超滤过程为动态过 滤，分离是在流动状态下完成 的。溶质仅在 膜表面有限沉 积，超滤速率衰减到一定程度而 趋于平衡，且通过清洗可以恢 复。超滤是以 压力为推动力的膜分离技术之一 。以大分子与小分子分离为 目的，膜孔 径在20 - 1000A。之间。中空纤维超 滤器（膜）具有单位溶器内充填 密度高，占地面 积小等优点。超滤装置编辑本段 超滤装置一、超 滤装置概述超滤装置 是一种加压膜分离技术，即 在一定的压力下，使小分子 溶质和溶剂穿过 一定孔径的特 制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜 的一边，从而使大分子物 质得到

17、了部分 的纯化。二、超 滤装置原理：基本原理 是在常温下以一定压力和流量 ，利用不对称微孔结构和半透 膜介质，依 靠膜两侧的压 力差作为推动力，以错流方式进行过滤，使溶 剂及小分子物质通过，大 分子物质和微 粒子如蛋白质、水溶性高聚物 、细菌等被滤膜阻留，从而 达到分离、分 级、纯化、浓 缩目的的一种新型膜分离技术。三、超 滤技术与传统分离 方法相比：1. 滤过程 是在常温 下进行，条 件温和无 成分破坏， 因而特别 适宜对热敏 感的物质，如药物、 酶、果汁等的分离、分级、浓缩 与富集。2. 过滤过程不 发生变化 ，无需加热 ，能耗低 ，无需添加 化学试剂 ，无污染， 是一种 节能环保的分 离

18、技术。3. 超滤技 术分离效 率高，对稀 溶液中的 微量成分的 回收、低 浓度溶液的 浓缩均 非常有效。4. 超滤过程仅采用 压力作为膜 分离的动 力，因此分 离装置简 单、流程短 、操作 简便、易于控 制和维护。5. 超滤法也有一定 的局限性， 它不能直 接得到干粉 制剂。对 于蛋白质溶 液，一 般只能得到1050 %的浓度。四、超 滤装置的使用领域（1）反渗 透给水的预处理 ，高效、紧凑 的超滤因过滤 精度很高，可以 为反渗透 膜提供最大限 度的保护（ 2）大中型饮用水厂的深度处 理（3）市政 及工业废水处理 ：超滤可比传 统处理工艺提 供更好的处理效 果，实现 中水、废水回 用（4）循环

19、排污水回用净化处理（5）污水中有用物质的回收（6）矿泉 水的制备、饮用 水、井水的脱 菌处理，去除 水中各种悬浮物 、胶体杂 质，特别是去 除隐孢子、鞭毛虫、大肠杆菌等 致病微生物（ 7）口服液、生物制品的除菌 、澄清、纯化分离（8）高纯水终端处理（ 9）果汁、蛋白质、酶制剂的 浓缩分离反渗膜的原理2007-10-22 9:59:001. 反渗透膜分离技术基本理论 反渗透膜分离法的基本特点是其推动力为压力差（ 110MPa ），传质机理一般认为是 溶剂的扩散传递，透过膜的物质是水溶剂，截留物为溶质、盐（悬浮物、大分子、离子），膜的 类型为非对称膜或复合膜。反渗透的选择透过性与组分在膜的溶解、

20、吸附和扩散有关，因此除与 膜孔大小结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切关系，即与组分和膜之间的相互作用密切 相关2 反渗透原理渗透现象早在1748年已由Abbe Nollet首次得到证明，直到20世纪50年代，科学家们才 开始利用反渗透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效分离方法，并使其成为一种实验室技术。渗透是指一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓 的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停止， 此时的压力称为该溶 液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力， 扭转自然渗透方向，把浓溶液中的 溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中

21、， 这是和自然界正常渗透过程相反的， 此时就称为反渗 透。这就说明，当对盐水一侧施加的压力超过水的渗透压时，可以利用半透膜装置从盐水中获 取淡水。因此，反渗透过程必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高渗透性（一般指透 水性）的选择性半透膜，二是操作压力必须高于溶液的渗透压。ro 反渗透技术RO 1( Reverse Osmosis )反渗透技术是利用压力表差为 动力的膜分离过滤技 术，源于美国二十世纪 六十年代宇航科技的研究，后逐渐转 化为民用，目前已广泛运 用于科研、医 药、食品、饮料、海水淡化等领 域。RO反渗透膜孔径小至纳米级(1纳米=10-9米)，在一定的压力下，H20分子 可以

22、通过 RO 膜，而源水中的无机盐 、重金属离子 、有机物、胶体 、细菌 、病毒等杂 质无法通过 RO 膜，从而使可以 透过的纯水和无法透过的浓缩 水严格区分开来。一般性的自来水经过R0膜过滤后的纯水电导率5ps/cm (R0膜过滤后出水电导 =进水电导X除盐率，一般进口反渗透膜脱盐率都能达到99%以上，5年内运行能保证 97%以上。对出水电导要求比 较高的，可以采用 2级反渗透，再经过 简单的处理，水 电导能小于1ps/cm),符合国家实验室三级用水标准。再 经过原子级离子交换柱循 环过滤，出水电阻率可以达到18.2M .cm，超过国家实验室一级用水标准(GB 668 2 92 )。目前的主要困 难是研制价格 便宜、稳定、 长期受压无 损的反渗透膜 。中国 从 21 世纪初开始掌握自主反渗透膜 生产技术，在国家的大力支持下 ，将该计划列入 国家计委高新 技术产业化重点发展专项计划 ，由国家海洋局下的杭州 水处理研究开发 中心的子公司杭州北斗星膜制品有限公司承担并研发成功。目前反渗透膜市场 95为进口膜，国产膜只占据了 5%左右的市场，中国的反渗透技术 还有很长的路要