微濾、超濾和納濾

微濾、超濾和納濾壓力差膜分離

微濾（MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)分離類似于過濾，用以分離懸浮微?；蚝芙獾娜苜|(zhì)的液體。

1)

微濾

2)超濾

3)納濾

4）反滲透壓力驅(qū)動(dòng)膜(PDM)原理圖例1：上海市世博園區(qū)直飲水經(jīng)過臭氧活性炭＋超濾深度處理據(jù)文廣傳媒2010年1月20日訊上海世博會(huì)期間，不用自帶水進(jìn)入園區(qū)，在園區(qū)內(nèi)可以直接喝上優(yōu)質(zhì)的自來水。承擔(dān)著世博區(qū)域供水任務(wù)的南市和臨江兩大水廠，從去年起，就投資了10多億元進(jìn)行全面改造，引入世界先進(jìn)的臭氧活性炭深度處理技術(shù)等，以提升出廠水質(zhì)。其中，南市水廠的深度處理制水工程，已于去年12月31號(hào)試通水；臨江水廠的深度處理制水工程于今年3月底試通水。兩座水廠每天可為園區(qū)及周邊居民提供110萬噸的優(yōu)質(zhì)自來水。

出廠水先初濾，然后用活性炭過濾，再用超濾膜，紫外線消毒。為了讓游客能在世博園區(qū)隨時(shí)喝到優(yōu)質(zhì)安全的飲用水，相關(guān)部門在園區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)了人性化的飲水點(diǎn)。

世博園直飲水確定由我國膜企業(yè)龍頭——立昇提供超濾膜和百個(gè)飲水臺(tái)日前，上海世博會(huì)直飲水技術(shù)解決方案最后敲定，世博組委會(huì)與技術(shù)提供方簽署了合作協(xié)議。世博園將設(shè)立100個(gè)直飲臺(tái)，直飲臺(tái)設(shè)計(jì)方案也已確定，所有園區(qū)直飲臺(tái)于3月安裝到位。世博園直飲水將采用世界領(lǐng)先的“活性炭＋PVC合金超濾膜＋紫外線”處理工藝，超濾膜和直飲臺(tái)均由國內(nèi)著名膜企——立昇企業(yè)提供。該技術(shù)細(xì)菌去除率達(dá)到99.9999%，病毒去除率達(dá)到99.99%，水資源利用率達(dá)99%，水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。世博會(huì)期間，各國觀眾將高達(dá)7000萬，解決園區(qū)直飲水問題，可以方便觀眾飲水，也可減少瓶裝水供應(yīng)量，與“低碳世博”的理念相符。立昇飲水臺(tái)據(jù)了解，世博園A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，將設(shè)立100個(gè)直飲水臺(tái)，每相隔100米設(shè)置一個(gè)直飲臺(tái)，每個(gè)直飲臺(tái)有8～12個(gè)不等出水口，可保證1000多觀眾同時(shí)飲水，每天可為45萬人提供優(yōu)質(zhì)直飲水。8.2微濾(MF)技術(shù)8.2.1微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)

微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以壓力差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為微孔膜。微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，過濾粒徑在0.025～10μm之間，操作壓在0.01～0.2MPa。到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類，總計(jì)400多種。

1微濾(MF)——8.2.2微濾膜的性能(1)物理機(jī)械性能：厚度一般90-170μm，以精密測厚計(jì)測定。彈性模量（斷裂伸長）是用一定大小的試樣在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。各向同性是以染料吸留試驗(yàn)判斷。(2)通量和堵塞：微孔膜的通量測定一般是在一定真空度下（如700mmHg下）以純水為透過介質(zhì)進(jìn)行的（如下圖所示），堵塞是以通量下降速率來表示如下圖所示：圖4-18美國Millipore公司兩種膜通量

性能標(biāo)稱孔徑(μm)泡點(diǎn)壓力(kg/cm2)平均孔徑(μm)通量[ml/cm2.min]0.224.60.23112.80.453.00.43643.0(3)化學(xué)相容性：由于膜所處理的物料是各種各樣的，故對(duì)膜的化學(xué)相容性就有一定的要求，即膜不應(yīng)被所處理的物料溶脹，溶解和發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)，也不應(yīng)對(duì)被處理的物料產(chǎn)生不良的影響。這方面主要取決于膜材料。(4)細(xì)菌截留：基本的方法是用要試驗(yàn)的膜過濾某一種類的細(xì)菌，培養(yǎng)濾過液，若濾過液不變濁（無菌），則可證明該膜對(duì)這種細(xì)菌是可截留的。也可顯微鏡觀測濾前和濾后細(xì)菌數(shù)目的變化。(5)可萃取物和灰分：可萃取物的測定是將膜樣品放在沸水中煮沸一定的時(shí)間，看前后重量之變化，分析水中的成分可知主要的可萃取物?；曳衷诨瘜W(xué)分析膜上截留的物質(zhì)中是十分重要的，一定要先知道膜的灰分含量做為本底，以從測定中扣除這一本底。(6)毒性：這對(duì)醫(yī)療應(yīng)用尤為重要，一般是將120cm2的膜剪成碎片于20ml生理鹽水中，于70℃萃取一定時(shí)間，之后按50mg/kg的量注入小白鼠體內(nèi)進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。8.2.3微濾(MF)膜材料微濾主要以篩孔機(jī)理進(jìn)行分離，沒有特殊選擇標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)聚合物都可用來制備這類膜。主要據(jù)原料來源，價(jià)格，制膜難易，強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性，耐熱性和毒性等，結(jié)合具體分離的對(duì)象、介質(zhì)和各種要求來進(jìn)行選擇。荷電材料和親和材料也是優(yōu)先考慮的。無機(jī)膜材料近年來興起很快。相對(duì)于聚合物材料，無機(jī)膜材料有其顯著的三大特點(diǎn)，熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。即可據(jù)實(shí)際需求選擇所要的無機(jī)膜材料：玻璃、金屬、陶瓷、炭和沸石及其他廉價(jià)無機(jī)物等。部分無機(jī)材料的熔點(diǎn)材料熔點(diǎn)℃材料熔點(diǎn)℃Pd不銹鋼NiC沸石1550>10001455耐熱800℃以上耐熱500℃以上Al2O3ZrO2TiO2SiC高硅玻璃石英玻璃20502770160525001510（軟化）1650（軟化）無機(jī)材料的化學(xué)穩(wěn)定性也很突出，通常適用于任何pH范圍和有機(jī)溶劑，也不會(huì)產(chǎn)生微生物引起的生化降解等。如C，除強(qiáng)氧化劑（王水、濃H2SO4、濃HNO3、Cr2O2-7、MnO4-），對(duì)其他試劑都是穩(wěn)定的。無機(jī)材料大多硬而脆，可承受高壓和自支撐。8.2.4微濾(MF)膜的制備技術(shù)l

燒結(jié)法（只能制備微濾膜）l

拉伸法（只能制備微濾膜）l

徑跡蝕刻法（只能制備微濾膜）l

相轉(zhuǎn)化法（制備高分子微濾膜和超濾膜）l

溶膠-凝膠法（制備無機(jī)膜）l

陽極氧化法（制備金屬微孔膜）8.2.5微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域（1）微粒和細(xì)菌的過濾?？捎糜谒母叨葍艋?、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。（2）微粒和細(xì)菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定。（3）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖與酒類的精制。微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于是常溫操作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。

微孔過濾、超濾和反滲透技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等非對(duì)稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、聚氯乙烯(PVC)等操作壓力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分離的物質(zhì)分子量小于500Da的小分子物質(zhì)分子量大于500Da的大分子和細(xì)小膠體微粒0.1～10μm的粒子分離機(jī)理非簡單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用水的滲透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～2008.2.6膜污染定義

由于與膜存在物化作用或機(jī)械作用，進(jìn)料中的微粒、膠體或溶質(zhì)在膜表面或孔內(nèi)發(fā)生吸附、凝聚和沉積，使膜孔徑變窄或堵塞，其透過通量和分離性能也有不可逆的變化，這一現(xiàn)象謂之膜污染。膜污染的影響因素1．膜的物化性質(zhì)

1)膜的親水性和表面張力親水性好的膜，膜表面與水成氫鍵，不疏水溶質(zhì)接近膜表面時(shí)，要打破這一氫鍵結(jié)合，這需能量，膜耐污染；而疏水膜表面無氫鍵形成，疏水溶質(zhì)接近膜表面時(shí)，則膜易被污染。

2)膜的荷電性荷電膜處理同離子溶質(zhì)的料液，由于荷電排斥，也不易污染。膜污染的影響因素2．膜的結(jié)構(gòu)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的膜耐污染不如相同孔徑的不對(duì)稱膜；兩面雙皮層的膜耐污染不如相同孔徑的單皮層的膜；膜孔徑分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；表面光滑的膜耐污染性好。膜污染的影響因素3．進(jìn)料的組成和性質(zhì)進(jìn)料會(huì)與膜有相互作用：靜電作用：膜表面電荷與溶液中荷電介質(zhì)相同時(shí)，相互排斥，膜不易被污染；反之則易被污染；范氏壓力：溶質(zhì)和膜親水，則之間吸引力弱，溶質(zhì)不易污染膜；其他：進(jìn)料濃度，溫度，pH，離子強(qiáng)度，溶質(zhì)分子大小和形狀等。膜污染的控制據(jù)影響污染的因素，相應(yīng)的控制污染的方法如下：膜材料的選擇、注意材料的親水性和荷電性等；選擇合適結(jié)構(gòu)的膜，包括膜的對(duì)稱性，皮層結(jié)構(gòu)，孔徑大小及其分布，膜表面粗糙度等；選擇合適的膜組件，合適的操作參數(shù)（如壓力，流速，回收率等）；選擇合適的進(jìn)料的濃度，pH，溫度，離子強(qiáng)度等。8.2.7膜的清洗1膜清洗必要性和注意事項(xiàng)必要性：消除污染物，使水通量恢復(fù)，使膜壽命延長，能耗降低等。注意事項(xiàng)：1)膜的物化特性，如耐溫，耐酸、堿，耐氧化性等；

2)污染物特性，如種類，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：主要有高流速水沖洗，氣水反沖洗，海綿球機(jī)械清洗，抽吸清洗，電脈沖清洗等?；瘜W(xué)法：主要有酸、堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、殺菌劑、酶、氧化劑和其他添加劑等。清洗效果：通量恢復(fù)，流程壓差降減少等。8.3超濾技術(shù)8.3.1超濾技術(shù)的發(fā)展歷史超濾(UF)是在壓差推動(dòng)力作用下進(jìn)行的篩分過程，它介于微濾和納濾之間，膜孔徑范圍為1nm~0.1μm。

1．超濾技術(shù)的發(fā)展歷史2．我國超濾技術(shù)的發(fā)展

1．超濾技術(shù)的發(fā)展歷史超濾(UF)現(xiàn)象在130多年前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，最早使用的超濾膜是天然的動(dòng)物臟器薄膜。1861年Schmidt用牛心包膜截取阿拉伯膠，堪稱世界上第一次UF試驗(yàn)，但UF一直作為一實(shí)驗(yàn)工具而未發(fā)展。1907年Bechhold比較系統(tǒng)地研究了超濾膜，并首次采用了“超濾”這一術(shù)語。到1960年，在Loeb-Sourirajan試制成功不對(duì)稱反滲透CA膜的影響下，1963年Michaels開發(fā)了不同孔徑的不對(duì)稱CA超濾膜。1965～1975是UF大發(fā)展的階段。膜從CA擴(kuò)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尼龍等。截留分子量從103~106，孔徑從1～100nm，組器形式有實(shí)驗(yàn)室型，板式，管式，中空纖維式和卷式。

目前，UF廣泛用于電子、電泳漆、飲料、食品化工、醫(yī)藥、醫(yī)療用人工腎和環(huán)保廢水處理及回收利用等各個(gè)領(lǐng)域，

超濾在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，是近30年的事。超濾技術(shù)應(yīng)用的歷史不甚長，但因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使它已成為當(dāng)今世界膜分離技術(shù)領(lǐng)域中獨(dú)樹一幟的重要的單元操作技術(shù)。

2．我國超濾技術(shù)的發(fā)展

我國對(duì)超濾技術(shù)的研究較國外要晚10年左右。二十世紀(jì)70年代中期起步，80年代大發(fā)展，90年代獲得廣泛應(yīng)用。

1983~1985年第六個(gè)五年計(jì)劃的后期，我國合作研制成功了聚砜中空纖維式超濾膜和組器。

1986~1990年和1991~1995年國家第七、八個(gè)五年計(jì)劃，也都把超濾技術(shù)的研究開發(fā)列入其中。通過國家“七五”、“八五”科技攻關(guān)，在原有70年代中期研制成功的醋酸纖維管式超濾膜和80年代中期研制成功的聚砜中空纖維超濾膜的基礎(chǔ)上，又先后研制成功了一批耐高溫、耐腐蝕、抗污染能力強(qiáng)、截留性能好的膜和組器。同時(shí)，在荷電膜、合金膜、成膜機(jī)理、膜污染機(jī)理等方面的研究也取得了一定的進(jìn)展。目前，我國用于超濾技術(shù)的膜材料已有10多個(gè)品種；板式、管式、卷式、中空纖維式等組器形式齊全；切割分子量從幾千到十幾萬，主要用于電泳漆回收、酶和蛋白等的濃縮、廢水處理、食品加工等領(lǐng)域。8.3.2超濾的基本原理

開始一般認(rèn)為超濾是一種篩孔分離過程。在靜壓差為推動(dòng)力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液或透過液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們在濾剩液中濃度增大。按照這樣的分離機(jī)理，超濾膜具有選擇性表面層的主要因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學(xué)性質(zhì)對(duì)膜的分離特性影響不大。

4-1許多年后，發(fā)現(xiàn)情況并非如此。除了機(jī)械篩分作用外，還有兩個(gè)因素決定膜的分離特性：其一，溶質(zhì)、溶劑和膜材質(zhì)之間的相互作用，這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作用力等，溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都會(huì)影響膜對(duì)溶質(zhì)的分離效果。其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分離特性。超濾過程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：①溶質(zhì)在過濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附；②溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起阻塞；③溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。

超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物，膠體分散液，乳液。也可以用來分離低分子量溶質(zhì)，從而可達(dá)到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。其操作靜壓差一般為0.1～1MPa，被分離組分的直徑大約為0.005～0.1μm。所用膜常為非對(duì)稱膜，膜孔徑為10-3~10-1μm，膜表面有效截留層厚度較小(0.1~10μm)，操作壓力一般為0.2～0.4MPa(2～4kg／cm2)，膜的透過速率為0.5～5m3／(m2·d)。

濃差極化嚴(yán)重影響膜的透過量。超濾膜的過濾過程三種模型1．微孔模型2．滲透壓模型3．凝膠極化模型8.3.3超濾膜

1．超濾膜的結(jié)構(gòu)

2．超過濾膜的制備

1．超濾膜的結(jié)構(gòu)

超濾膜可分為對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜。對(duì)稱膜，又稱各向同性膜，指各向均質(zhì)的致密或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處的滲透速率相同。非對(duì)稱膜，又稱各向異性膜，是由一個(gè)極薄的致密皮層(決定分離效果和傳遞速率)和一個(gè)多孔支撐層(主要起支撐作用)組成。不對(duì)稱膜又分為兩類：一類為整體不對(duì)稱膜(膜的皮層和支撐層為同一種材料)；另一類為復(fù)合膜(膜的皮層和支撐層為不同種材料)。

2．超過濾膜的制備

1)各向同性膜的制備。首先將高分子膜材料用溶劑直接溶解，所得料液經(jīng)脫泡后，采取普通的流延法將其刮成薄層，并使溶劑蒸發(fā)即可得到均質(zhì)薄膜。2)各向異性膜的制備。首先將高分子膜材料、溶劑和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進(jìn)行真空脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄層，并在適當(dāng)條件下，控制蒸發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉．最后，連同玻璃板一起，將膜置于冰水中凝膠定型。3）不同孔徑超濾膜的制備

在控制溫度、濕度、蒸發(fā)時(shí)間、冷浸溫度等條件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑的配料比，即可制成不同孔徑的膜。超過濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；化學(xué)物理穩(wěn)定性(包括機(jī)械強(qiáng)度)。一般的要求是有較大的水通量，較高的截留率和較好的化學(xué)物理穩(wěn)定性。超過濾膜若使用恰當(dāng)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1~2年。暫時(shí)不用時(shí)，可保存在1％甲醛水溶液或者50％甘油水溶液中。

8.3.4超過濾裝置

超過濾裝置一般由若干超過濾組件構(gòu)成。通常也可分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式等四種主要類型。

由于超過濾法處理的對(duì)象液體大多含有水溶性高分子，有機(jī)膠體、多糖類物體及微生物等，這些物質(zhì)極易粘附和沉積于膜表面上，造成嚴(yán)重的濃差極化和堵塞。為盡量減弱此等因素所造成的透水量衰減情況，通常必須大幅度提高原液的流量，以加快線速度(超過1m/s)使傳質(zhì)強(qiáng)化，從而最大限度地縮小由于極化或沉積所導(dǎo)致的不利影響。

此外，為消除濃差極化等的影響，在超濾器的實(shí)際使用中，還往往采用湍流促進(jìn)器。例如安裝螺旋導(dǎo)流板，網(wǎng)柵或通以泡沫塑料球等，均可提高組件的水通量。

一般說來，當(dāng)原水中含有易產(chǎn)生凝膠的溶質(zhì)或存在一定量懸濁物時(shí)，采用管式和板式組件為宜。不過，不論采用哪種形式的組件，待超濾的原水，最好都進(jìn)行一定的前處理，特別是對(duì)一些水質(zhì)較差，濁度較高的原水、均需要采取嚴(yán)格的前處理措施。

1．薄層流道超濾組件

薄層流道超濾組件是一種內(nèi)壓管式膜組件，此組件的主要優(yōu)點(diǎn)是，在低流量下可達(dá)到高線速和大通量。

4-22．中空絲型超濾組件

中空絲型超濾組件是以特殊的丙烯腈為原料，在一定條件下拉絲而成的膜。中空絲膜與一般的超過濾膜相比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1)化學(xué)穩(wěn)定性好，在pH值為2~10范圍內(nèi)，可使用1年以上。有抗氯和抗其他有機(jī)溶劑的性能。2)可隨時(shí)反沖洗，這對(duì)通常的膜組件是不可能的。反沖洗是每隔30~60分鐘自動(dòng)進(jìn)行的。3)與眾不同的是，這種中空絲膜的內(nèi)外兩表面上都有活化層。因此，從兩面任何方向都能濾過。4)對(duì)含有較多沉淀物的被處理液，也可使用。它的主要處理對(duì)象液體是高、低粘性液體和含懸浮物的淤水等。

8.3.5超濾技術(shù)的應(yīng)用超濾膜的典型應(yīng)用是從溶液中分離大分子物質(zhì)和膠體，所能截留的溶質(zhì)分子量范圍為500~1000000。它已廣泛用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、超純水制備及生物技術(shù)工業(yè)，其中最重要的是食品工業(yè)，乳清處理是其最大市場；在工業(yè)廢水處理方面應(yīng)用得最普遍的是電泳涂漆過程；在超純水制備中超濾是重要過程。城市污水處理及其他工業(yè)廢水處理以及生物技術(shù)領(lǐng)域都是超濾未來的發(fā)展方向。雖然超濾的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，但其主要應(yīng)用還是在于溶液的凈化、分離和濃縮方面，且多采用錯(cuò)流操作。

1.水處理中的應(yīng)用工業(yè)廢水處理城市污水處理水的凈化——直飲水制備、水的深度處理回用等超純水制備例1：瀅格膜超濾被歐盟選中試驗(yàn)超濾＋超聲波處理紡織廢水據(jù)慧聰水工業(yè)網(wǎng)2010年1月15日訊德國瀅格公司被歐盟選中參與其超濾＋超聲波處理紡織廢水試驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目由歐盟發(fā)起并資助，項(xiàng)目目的是試驗(yàn)是否可以用超濾＋超聲波的組合工藝取代成本昂貴的反滲透工藝，成功地、經(jīng)濟(jì)地去除紡織廢水中的有機(jī)物質(zhì)（比如染料）。

超濾工藝通過物理方式去除原水中的固體、顆粒、細(xì)菌、病毒等。在選用參與試驗(yàn)的超濾膜時(shí)要求很高，最終選定瀅格的多孔超濾膜。瀅格公司做了大量試驗(yàn)和研究，從膜工藝方面及系統(tǒng)方面進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到項(xiàng)目的要求。

例2：天津膜天膜中空纖維超濾技術(shù)正在廣泛應(yīng)用于污水處理中國水網(wǎng)2010年3月訊天津開發(fā)區(qū)一展廳內(nèi)，一個(gè)普通的水族箱，中間有一層隔板，板的一邊是混濁的污水，另一邊是清水，經(jīng)過中空纖維超濾膜處理，烏黑的垃圾液變得無色透明，數(shù)條金魚暢游其間。例3：在超純水制備中的應(yīng)用

使用自來水預(yù)過濾超濾或微濾反滲透陰、陽離子交換樹脂混合床超濾分配系統(tǒng)微濾使用點(diǎn)微濾8.4納濾8.4.1納濾的發(fā)展概況

納濾是20世紀(jì)70年代中后期開發(fā)的一種新型膜分離過程。由于其操作壓力較低(1.0MPa)，對(duì)一、二價(jià)離子有不同選擇性，對(duì)小分子有機(jī)物有較高的截留率、節(jié)能等特點(diǎn)，在90年代以后得到了迅速發(fā)展，它是近20年來發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)。

納濾是近年來國際上膜分離技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。美國、日本等國的企業(yè)界和科研機(jī)構(gòu)對(duì)納濾膜的開發(fā)十分重視。納濾的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代中后期用哌嗪與均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯通過界面聚合得到了NS-300膜。后來，一些猶太科學(xué)家相繼研制出了一系列化學(xué)性能異常穩(wěn)定的納米膜，當(dāng)時(shí)命名為選擇性反滲透(簡稱SelRO)。

20世紀(jì)80年代初期，美國FilmTec的科學(xué)家研制了一種薄層復(fù)合膜(NF-40、NF-50、NF-70)，由于其表面孔徑處于納米級(jí)，能去除尺寸約1nm的分子，因而簡稱納濾膜；到了90年代，納濾膜得到飛速發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域相繼開發(fā)了一批分離性能獨(dú)特的納濾膜，并已實(shí)現(xiàn)商品化，如NTR-729HF，NTR-7250，NTR-7400，NF-45，NF-90，SU-600等。目前國際上已商品化的納濾膜多為復(fù)合型納濾膜。

我國從20世紀(jì)90年代才開始研究納濾，初期把納濾膜稱為“疏松型”反滲透膜或“緊密型”超濾膜。1993年，高從堦院士在興城會(huì)議上首次提出了納濾膜概念，自此納濾膜技術(shù)才開始受到國內(nèi)膜分離和水處理領(lǐng)域的科技工作者的廣泛關(guān)注，并在實(shí)驗(yàn)室中相繼開發(fā)了CA-CTA納濾膜、S-PES涂層納濾膜、芳香聚酰胺復(fù)合納濾膜和其他荷電材料的納濾膜；對(duì)納濾膜分離性能和機(jī)理行了實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定進(jìn)展。上海原子核研究所膜分離中心近年來在超濾膜的基礎(chǔ)上通過選用多元酚、多元胺和多元酰氯，采用界面縮聚的方法對(duì)超濾膜進(jìn)行改性得到了具有較好分離效果的納濾系列復(fù)合膜：聚芳酯復(fù)合膜NF-1、芳香聚酰胺復(fù)合膜NF－2、聚哌嗪酰胺類復(fù)合膜NF-3。與國外相比，我國納濾技還處于起步階段，膜的研制、膜組件及其應(yīng)用都比較落后。

8.4.2納濾膜材料與制備

基于不同的出發(fā)點(diǎn)，納濾膜的分類有許多方法。(1)按膜的材料分納濾膜有醋酸纖維素及其衍生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)等。(2)按膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分納濾膜有一體化的不對(duì)稱膜和復(fù)合膜，如溶液相轉(zhuǎn)化的CA膜屬非對(duì)稱膜之列，其表皮層致密，皮下層比較疏松。通用的復(fù)合膜大多是用聚砜多孔支撐膜制成，而表層致密的芳香族聚酰胺薄層是以界面聚合法形成的。

(3)按膜的傳遞機(jī)理分

膜可分為活性膜和被動(dòng)膜?；钚阅な窃谕高^膜的過程中透過組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；被動(dòng)膜是指透過膜前、后的組分沒有發(fā)生化學(xué)變化。目前所有的納濾膜都屬于被動(dòng)膜。(4)按制膜工藝分納濾膜有溶液相轉(zhuǎn)化膜、熔融熱相變膜、復(fù)合膜和動(dòng)力形成膜等，如CA膜為溶液相轉(zhuǎn)化膜，CTA中空纖維為熔融熱相變膜。目前卷式普遍用的為芳香族聚酰胺復(fù)合膜。

(5)按膜的功能和作用分

納濾膜屬滲透膜范疇，滲透壓在膜的傳遞過程中起重大作用。(6)按膜的使用和用途分膜可分為低壓膜、超低壓膜等，納濾膜屬于超低壓膜。(7)按膜的外形分

納濾膜可制成膜片、管狀膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多為卷式，另外還有管式和中空纖式。

1．納濾膜材料納濾膜的成膜材料基本上與反滲透膜材料相同。已商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有以下幾種：醋酸纖維素(CA)，磺化聚砜(SPS)，磺化聚醚砜(SPES)、聚酰胺(PA)和聚乙烯醇(PVA)等。除了以上膜材質(zhì)外，還有用甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯聚合物和甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)/聚砜(PSF)制備復(fù)合膜。無機(jī)材料制備的納濾膜商品化程度還不夠高，但是由于無機(jī)材料同有機(jī)高分子材料相比，具有耐高溫，耐化學(xué)溶劑等特點(diǎn)，所以，無機(jī)納濾膜的研究也越來越受到了人們的重視。例如，研究了新的陶瓷納濾膜的性能和過濾能力。表明新型陶瓷納濾膜在納濾范圍內(nèi)具有分離性能并且其滲透能力明顯優(yōu)于其它聚合體納濾膜。又如，研究了氧化鋁不均勻納濾膜對(duì)二元NaCl和CaCl2

電解液以及三元NaCl-CaCl2

混合物的分離過程中的PH和壓力因素。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示支撐的氧化鋁膜的化學(xué)穩(wěn)定PH范圍為4～10。陶瓷納濾膜同有機(jī)高分子納濾膜相比，在熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性等方面有明顯優(yōu)勢，適合分離離子和小分子的需求，特別是在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用要求。2．納濾膜制備納濾膜的制備方法主要有L-S相轉(zhuǎn)化法，共混法，荷電化法和復(fù)合法等，目前使用最多最有效的方法是復(fù)合法，也是生產(chǎn)商品化納濾膜品種最多產(chǎn)量最大的方法，該方法是在微孔基膜上復(fù)合一層具有納米級(jí)孔徑的超薄表層。復(fù)合膜包括基膜的制備，超薄表層的制備及復(fù)合。無機(jī)材料納濾膜一般采用溶膠-凝膠法制備。（1）基膜的制備常用的基膜的材質(zhì)有聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚碳酸酯、聚烯烴等?；ぶ苽淇梢詫⒕嘀颇ひ褐械娜軇┱舭l(fā)，或在制膜液中加入非溶劑，或使制膜液中的高分子熱凝固，使制膜液由液相轉(zhuǎn)化為固相，可以由單一高聚物形成均相膜。（2）超薄表層制備及復(fù)合主要有涂敷法、界面聚合法、就地聚合法、等離子體聚合和動(dòng)力形成法等。涂敷法是重要的制膜方法，就是將多孔基膜的上表面浸入到聚合物的稀溶液中，然后將基膜從溶液中拉出陰干或?qū)⒏呔畚镏颇ひ和抗蔚交ど虾?，?jīng)外力將膜液壓入基膜的微孔中，再轉(zhuǎn)化成膜。納濾膜可制成膜片、管狀膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多為卷式，另外還有管式和中空纖維式。8.4.3納濾膜的分離性能

納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，但制作比反滲透膜更精細(xì)。日本學(xué)者大谷敏郎對(duì)納濾膜進(jìn)行了具體的定義：操作壓力≤1.50MPa，截留分子量200~1000，NaCl的截留率≤90％的膜可以認(rèn)為是納濾膜。

納濾與反滲透相比若達(dá)到同樣的滲透通量，納濾工藝所需壓差要低0.5~3MPa，因此納濾又被稱為低壓反滲透或疏松反滲透。由于具有尺寸更大的孔結(jié)構(gòu)，因而納濾膜三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)更疏松，即網(wǎng)絡(luò)具有更大的立體空間。不少納濾膜表面荷負(fù)電，對(duì)不同電荷和不同價(jià)態(tài)的離子有不同的Donnan效應(yīng)，納濾膜的這些孔徑和表面特征決定了其獨(dú)特的分離性能。

表

納濾和反滲透的截留特性比較溶

質(zhì)RONF單價(jià)離子(Na+，K+，Cl-，NO3-)>98％<50％二價(jià)離子(Ca2+，Mg2+，SO42-，CO32-)>99％>90％細(xì)菌、病毒>99％>99％微溶質(zhì)(Mw>100)>90％>50％微溶質(zhì)(Mw<100)0~99％0~50％8.4.4納濾膜的分離原理

納濾膜處于超濾和反滲透兩者之間，且大部分為荷電膜，其對(duì)無機(jī)鹽的分離行為不僅由化學(xué)勢梯度控制，同時(shí)也受電勢梯度的影響，即納濾膜的行為與其荷電性能，以及溶質(zhì)荷電狀態(tài)相互作用都有關(guān)系。其傳質(zhì)機(jī)理根據(jù)分離對(duì)象的不同，主要有以下兩種類型。1．納濾膜分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型2．納濾膜分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型

8.4.5納濾膜裝置(設(shè)備)與納濾的應(yīng)用

納濾膜設(shè)備

NF膜裝置(設(shè)備)主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維四種類型，與RO類同。

納濾膜的主要應(yīng)用

納濾(NF)膜是介于反滲透(RO)膜及超濾(UF)膜之間的一種新型分離膜，由于其具有納米級(jí)的膜孔徑、膜上多帶電荷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而主要用于以下幾個(gè)方面：①不同分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；②有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離；③溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或