分离工程-朱家文-第五章膜分离技术.ppt

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1、第七节 复杂精馏塔的计算,分 离 工 程 华东理工大学化工学院分离工程教学组 2007年11月,分离工程,第五章 膜分离技术,目 录,5.1 前言5.2 膜与膜分离技术的分类5.3 膜分离过程5.4 膜制备技术5.5 与传统反应和分离技术的结合5.6 膜与膜工程技术的工业应用5.7 展望,所有分离过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差异进行分离。常规的分离过程如精馏、吸收、萃取等，借助于热能、溶剂和吸附剂等媒介，使均相混合物变成两相，原料中各组分在两相间选择性分配；对分离过程进行工艺计算时，可以简化为一个个的平衡理论级来考虑，分离效果由相平衡关系决定。平衡分离过程,5.1 前 言,而膜

2、分离过程（主要是固膜分离）是以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力，利用原料侧各组分透过膜的扩散速率的差异，从而达到混合物分离的过程；分离效果的好坏，由各组分通过膜的速率快慢来决定。速率分离过程,推动力：P,C或,通过膜相际有3种基本的传质形式：（1）被动传递 通过膜相际的组分均以化学势梯度为推动力，可以是膜两侧的压力差、浓度差、温度差或电势差。（2）促进传递 通过膜的组分仍以化学势梯度为推动力，各组分由特定的载体带入膜中。促进传递是一种高选择性的被动传递（3）主动传递 与前二者不同，各组分可以逆化学势梯度而传递，其推动力由膜内某种化学反应提供，这类现象主要存在于生命膜,不同的膜分离过

3、程中所用的膜具有一定结构、材质和选择特性；被膜隔开的两相可以是液态，也可以是气态；推动力可以是压力梯度、浓度梯度、电位梯度或温度梯度，所以不同的膜分离过程的分离体系和适用范围也不同。本章，主要简述反渗透、纳滤、超滤、微滤、透析、电渗析、载体促进传递、渗透汽化、膜精馏、膜萃取和气体分离等膜分离过程。,膜分离技术的发展历史,美国膜与膜组件的实际销售额与预测额单位:百万美元,2000年，美国膜产品的销售额总计14.62亿US$；世界范围内100亿US$，而国内销售额仅占0.5%左右。,膜分离过程及其应用领域,几种典型溶质分子大小和对应的膜,各种膜分离过程的分离机理,5.2 膜与膜分离技术的分类,膜的

4、微观结构（固膜）：对称膜 不对称膜 复合膜 多层复合膜,按膜凝聚态分类,膜材料的分类,天然高分子材料：主要是纤维素的衍生物，有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维等。醋酸纤维：截留能力强，反渗透膜，也可作微滤膜和超滤膜，使用时的温度和pH值受到限制，温度低于4550，pH 3 8。合成高分子材料：市场上大部分膜为合成高分子膜，种类很多，如聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。聚砜是最常用的材料之一，主要用于超滤膜，耐温(7080)、耐pH变化(pH 1 13)，但耐压能力较低.聚酰胺膜的耐压能力较高，使用寿命长，常用于反渗透。无机材料：主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。机械强度高

5、，耐高温和腐蚀；加工不易，成本比有机膜高十倍以上。,按被分离物质的状态分：液体分离膜和气体分离膜。液体分离膜：微滤、超滤、渗析、电渗析、纳滤、反渗透、渗透汽化、膜蒸馏、膜萃取等气体分离膜：气体分离、蒸汽渗透、膜吸收等 按膜的状态分：固膜、液膜、气态膜。,固膜分离：过滤式膜分离：溶液或混合气体置于固体膜的一侧，在压力的作用下，部分物质透过膜而成为滤液或渗透气，留下部分则成为滤余液或渗余气。例如，超过滤、反渗透、气体渗透。渗析式膜分离：被处理溶液置于固体膜的一侧，接受液是接纳渗析组分的溶剂或溶液，置于膜另一侧。液膜分离：液膜处于料液和接受液两液相之间，由于 选择透过性，料液中某些组分透过液膜进入接

6、受液，实现组分的分离。液膜分离又称液膜萃取。,管式、毛细管式和中空纤维式皆为管状膜，差别主要是直径不同：管式膜 直径10mm；毛细管式膜直径在0.510mm之间；中空纤维膜 直径0.5mm。管状膜直径越小，则单位体积里的膜面积越大。,常用的膜组件(module)板式膜组件与平板式压滤机相近。结构和操作方式不同；在膜组件中，液体处于高速流动的以减轻浓差极化。管式膜组件由支撑物与过滤膜组成。有内压式和外压式之分。直径10mm卷式膜组件用平面膜卷制而成。毛细管膜组件类似于单管程管壳式热交换器。直径在0.510mm之间中空纤维膜组件类似于单管程管壳式热交换器。通常管间流物料，管内汇集渗滤液。直径0.5

7、mm,卷式组件,中空纤维组件,管式膜组件,平板膜组件,反渗透（Reverse Osmosis)和纳滤(Nanofiltration),渗透过程示意图,反渗透原理：当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。,5.3膜分离过程,反渗透过程的实现必须满足两个条件：1.高选择性(对溶剂和溶质的选择透过性)和高透过通量（一般是透水）；2.操作压力必须高于溶液的渗透压。,四种膜组件用于反渗透和纳滤时的性能及操作条件,反渗透时溶剂通量：,JW=（P-）/Rm考虑浓差极化，反渗透过程的通

8、量,反渗透膜对无机盐的截留率较高，所以，CFCB，因此，此关系式可简化为：,CW/CB称为浓差极化比，其值越大，浓差极化现象越严重。浓差极化对反渗透过程有严重影响：提高了渗透压差，溶剂通量JW下降；产品产量下降 提高了膜面溶质浓度，使透过液中溶质浓度CF上升；产品质量下降 膜面处溶质浓度高于溶解度时，将析出沉淀增加膜阻力；因此水的浓缩比率受到限制 为减轻浓度极化的影响，可采取以下措施：提高料液流速、增强料液的湍流强度，提高操作温度，对膜面定期清洗,上式变形后为,溶质通量为,JS=JWCF=JW(1)CW,反渗透的应用：反渗透广泛用在海水、苦咸水淡化，纯水制备等方面。,在海水和苦咸水淡化方面，反

9、渗透技术的应用到1980年代即已占到20%，可使海水一次脱盐达到饮用水标准。反渗透、超滤等膜技术和离子交换组合过程进行纯水生产，可使纯水中的杂质含量接近理论纯水值，广泛用于医药工业无菌纯水和电子工业超纯水的制造。反渗透也用于低分子量水溶性组分的浓缩过程，包括：食品工业中牛奶、果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩。,纳滤的应用 对Na+和Cl-等一价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-等二价离子及除草剂、农药、色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物质的截留率很高，而且水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在

10、500到数千的溶质进行截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。,超滤(Ultrafiltration),超过滤是一种根据分子或离子的大小来进行分离的膜过程。以压力差为推动力，通过膜孔的筛分机理来截留溶液中的大分子溶质，实现大分子溶质与溶剂和小分子溶质分离。,超滤膜截留的大分子溶质粒径范围在1-20 nm，分子量300-300000。超滤膜的孔径常用被截留分子的分子量大小来表征；膜的截留率与截留分子量有关。,截留率(Retentivity)对于超滤过程：CF Concentration of solute in the Filtrate CB Concentration of solute in th

11、e Bulk of the feed,一般地，将截留曲线上截留率为90%的溶质相对分子量定义为膜的截留相对分子质量（relative molecular weight cut-off,MWCO）,膜孔径分布的微小变化，就能造成截留能力的显著变化，由于目前制膜工艺水平限制，还很难得到截留分布很窄的膜。,超滤膜的截留分子量（=90%）和对应的实测平均孔径,多级连续错流操作配置示意图,超滤装置,超滤应用 超滤在需将尺寸较大的分子和微粒与低分子物质或溶剂分离的领域得到了广泛地应用，超滤装置可单独运行，也可与其它处理设备结合用于各种分离过程中。目前超滤膜除了用于水处理、生物制剂的提纯以及在食品和医药工业

12、外，正在向非水体系的应用发展，无机超滤膜在这一领域有良好的前景。,水的净化：电子工业高纯水的制备：原水吸附微孔过滤反渗透 离子交换超过滤 医药工业中，超滤用于制剂水的除菌和除热原。,食品工业：是应用膜技术最多的行业。乳制品生产中乳品的浓缩、精制和排水处理中、果汁和酒等的生产中，均广泛使用着超滤等膜分离过程。（茶叶、果汁的澄清和浓缩）生物化工：酶和蛋白质等活性大分子产物的生产中，超滤操作条件温和，不易使目标生物大分子失活，被用于分离提取过程的各个阶段。中草药的浓缩 环保过程：汽车制造业中电泳涂料清洗用水的处理、含油废水的处理、合成纤维生产中含聚乙烯醇废水的处理、纸浆废水的处理等。,微滤(Micr

13、ofiltration),微滤膜各种截留作用的示意图（a）膜的表面层截留；(b)膜内部的网络中截留,死端过滤和错流过滤示意图(a)死端过滤；(b)错流过滤,对滤液穿过小孔的流动，压强降可以用Poiseuille方程表示，即：,聚合物微滤膜(a)相转化法；(b)拉伸法；(c)径迹刻蚀法,陶瓷微滤膜（a）Anotec阳极氧化法（表面）；(b)US Filter烧结法（横断面）,微滤膜的应用 微滤是所有膜过程中应用最普遍、销售额最大的一项技术，其年销售额大于其它所有膜过程销售额的总和。工业上，微滤主要用于将大于0.1m的粒子与溶液分开的场合。它的最大市场是制药行业的除菌过滤和电子工业用高纯水的制备，

14、在食品工业的许多领域得到了成功的运用，在各种与生物、生理有关的分析中细胞的捕获、各种颗粒的富集等方面也得到了广泛应用。随着水资源的日趋紧张及社会生活水平的提高，饮用水生产和城市污水处理成为微滤过程的两个潜在的大市场。其最新的应用领域是生物技术和生物医学技术领域。,渗析过程及浓度分布示意图(a)渗析过程；(b)典型的浓度分布；(c)若存在边界层阻力的浓度分布,渗析(Dialysis),渗析是溶质分子在浓度差的推动下选择性透过膜的分离过程,透析原理,渗透主要用于从高分子量物质中分离出低分子量组分。分离是基于不同组分物化性质和分子尺寸的差异导致在膜扩散速率不同而实现分离的。为了得到高的渗透速率，在以

15、下几个方面进行了努力：1)在材料强度允许的范围内，将使渗析膜做得尽可能得薄，用铜氨法生产的再生纤维素制得仅0.005mm厚的渗析膜；2）当膜两侧都是水溶液的时候，选用能被水溶胀或者润湿的材料。已经应用的材料有赛璐酚、纤维素、乙烯/乙烯醇共聚物、甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯等；3）当渗析膜的一侧是油相时，选用能被油相溶胀和润湿的材料，已经应用的有聚碳酸酯等.,目前渗析最主要的用途是血液透析。透析膜代替肾除去尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分，以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。该过程中血液被蠕动泵加压通过渗透器，在膜两侧液体所含溶质的浓度差及所形成的渗透压差的作用下，血液中的上述废物过程通过膜

16、进入渗析液，渗析液中的某些组分则通过扩散进入血液，使血液达到需要的离子平衡。,渗析膜应用,渗析膜与超滤相同，分离能透过膜的小分子溶质；但渗析分离时有稀释作用，传输速率慢，选择性不高，许多工业分离都用超过滤而不用渗析。渗析过程较缓和，操作流速低，料液不加压，因而不会损坏大分子溶质。在生物分离中用于大分子溶液的脱除盐分等小分子物质；在医疗方面用作人工肾脏。,电渗析(Electrodialysis),利用离子能选择性地通过离子交换膜的性质,使离子从各种水溶液中分离出来（脱盐）。电渗析器的主体部分膜组件，由大量的离子交换膜和隔板按一定的格式相间叠加而成。,电渗析器基本组成形式1压紧板；2垫板；3电极；

17、4垫圈；5导水、极水板；6阳膜；7淡水隔板；8阴膜；9浓水隔板,电渗析过程原理示意图,离子交换膜应该有良好的选择透过性，膜电阻小，较好的化学稳定性，较高的机械强度，较低的扩散性能。常用的阴阳离子交换膜的结构有三种：异相离子交换膜、均相离子交换膜、半均相离子交换膜。异相离子交换膜是用粉状离子交换树脂与黏合剂混炼、拉片并加网热压制成。异相膜具有较好的化学性能和机械性能，但电化学性能较差。均相离子交换膜是将单体浇注聚合，以切削法成膜，再导入离子活性基团或将含有活性交换基团的线性聚合物溶解，以流延法挥发溶剂成膜。均相膜具有制造方便、电化学性能好、适用性广等优点。半均相膜的结构及性能均处于异相膜和均相膜

18、之间。它的制备方法借鉴了异相膜和均相膜的制备工艺。,隔室内湍流流体中的浓度分布示意图,与超滤、反渗透等膜分离过程一样，在电渗析过程中，也存在浓差极化的现象。为了减轻浓差极化的影响，操作时电流密度不能过高，水的流速不能过低。提高温度，加快流速，适当减薄隔板的厚度，在一定程度上可以提高电渗析器的性能。,阴膜的浓差极化示意图(a)末通电；(b)正常运转；(c)极化,式中：Ji是离子i的迁移速度mol/(cm2s)；Ci是离子i 浓度(mol/cm3)；Vx是流体在x方向上的平均速度，取流体重心的运动速度(cm/s)；x是x方向上的距离(cm)；Di是离子i的扩散系数(cm2/s)；fi是离子i的活度

19、系数；Zi是离子i的价数；F是法拉第数(96500)；R是气体常数=8.314J/(molC)；T是溶液的绝对温度(K)；是电位(V)。,各种电渗析器的组装方式示意图(a)一级一段并联；(b)二级一段并联；(c)一级二段串联；(d)二级二段串联,各种水的脱盐 海水、苦水或咸水的淡化，制成生活用水 将各种自来水纯化为锅炉用水、化工生产用水或制备高纯度水用的初级水。食品、医药和化学工业中的应用 医药工业中葡萄糖、甘露醇等溶液的脱盐 食品中牛乳、乳清的脱盐 脱出果汁中引起酸味的过量柠檬酸等,电渗析应用 目前电渗析已是一种相当成熟的膜分离技术，主要用途是苦咸水淡化、生产饮用水、浓缩海水制盐、以及从体系

20、中脱除电解质。,电渗析是目前所有膜分离过程中唯一涉及化学变化的分离过程(电极反应)。在许多领域与其它方法相比，电渗析能有效地将生产过程与产品的分离过程融合起来，具有其它方法不能比拟的优势。比如，新出现的四室电渗析器提取乳酸新技术，不但将乳酸从发酵液中分离出来，同时将它由钙盐转化成了酸的形式。与传统工艺相比工序简单、耗能少/产率高。因此电渗析在节能和促进传统技术的升级方面具有很大的潜力。,液膜分离,液膜分离是将第三种液体展开成膜状以分隔两个液相，由于液膜的选择性透过，使液体组分分离。分离用液膜三种形态：支撑液膜、液滴液膜和乳状膜。,液膜的形态,支撑液膜设备：所用支撑物有聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯和

21、纤维素的微孔膜，采用板框结构或管壳式结构。油型支撑液膜通过将微滤膜浸泡在有机溶剂中（带有流动载体）制备；膜相液体附着在微孔膜内，只需适时补充和清理。料液和接受液分别在膜的两侧流过。,乳状液膜的设备：乳状液膜分离装置由制乳、萃取和破乳设备组成。制乳 搅拌槽萃取 搅拌槽或转盘塔破乳 微液滴凝聚，分离成单独的膜相和内液相。破乳方法：加热法、高压静电法和高速离心法等。,乳液膜连续萃取过程,两类液膜的制备示意图(a)乳化液膜（ELM）；(b)支撑液膜（SLM）,液膜分离中传质 液膜分离的传质过程，涉及三个液相和两个液液界面。在两个相界面上有不同的平衡关系。液膜类型和设备类型多种多样，液膜内和上、下游边界

22、层内的传质情况也较复杂。促进传递是液膜分离中提高传递通量和分离选择性的重要手段。,促进传递（Facilitated Transportation）,偶合传递可分成两类：同向偶合传递，两种组分沿同一方向传递反向偶合传递，两种组分沿相反方向传递,选择性渗透,内相有化学反应,偶合同向迁移,偶合逆向迁移可以实现+从低浓度到高浓度的迁移，有富集浓缩作用,促进传递应用:载体介质传递的载体种类很多，选择性和传质速率很高，可用于阳阴离子、有机分子、气体分子的分离。如Cu2+、Hg2+、Ni2+、Cd2+等阳离子和NO3-、Cr2O72-等阴离子均可用液膜有效回收。,液膜分离的应用 生物分离：从发酵液中提取氨基

23、酸、有机酸等 湿法冶金：从铜矿酸浸液中回收铜，从铀矿酸浸液中回收铀 废水处理：含酚、氰、氨、汞、铜等的工业废水，采用液膜处理，可富集浓缩并回收有用物质。在液膜的形成、分散、溶胀、渗漏、稳定性、渗透性、传递过程和机理，促进传递、支撑液膜、各种应用试验以及投资和成本的预估等各个方面都进行了广泛和深入的研究。液膜分离要在工业上得到广泛应用，还有很多问题需要解决，比如怎样实现更好的破乳效果，进一步减少溶剂损失，仍是有待解决的问题。只有达到很高的溶剂回收率，很多仅在技术上可行的液膜工艺，才能在工业实际中得到应用。,渗透蒸发过程示意图(a)真空渗透蒸发；(b)惰性气体吹扫渗透蒸发,渗透蒸发(Pervapo

24、ration),用于液体混合物的分离。采用高选择性的均质膜或复合膜，透膜的组分通过真空、温差或其它方法使之汽化，过程的推动力为分压差。该过程中物质的迁移包括：(1)液相溶质溶入膜表面；(2)液体在膜内的扩散；(3)液体在膜的另一侧表面蒸发、气化。,渗透流通量：,分离因子：,因为在分离过程中涉及到相变过程，所以要真实地反映膜的优先选择性，应扣去相变所引起的分离效果。故又定义了一个分离因子。,法国Betheniville日产150m3无水酒精的渗透蒸发示意图,渗透汽化被认为在许多场合可以代替精馏，并取得明显的节能效果，尤其是对恒沸物、沸点相近的体系和稀溶液分离。用渗透汽化法从恒沸混合物生产99.8

25、%无水乙醇已于1980年代实现工业化，能耗约为恒沸精馏的30%40%。渗透汽化还可以水中含有的微量或少量有机物，用于环保、有机物或溶剂的回收。,MTR公司用渗透蒸发从水中脱除1，1，2三氯乙烷示意图,渗透蒸发:在化工与环保方面它是一项很有前途的分离技术，尤其是在化工方面通过与各种传统的分离技术及分离过程相互耦合能极大地提高化工过程的经济性。由于渗透汽化过程的核心部件渗透蒸发膜的性能的限制，渗透蒸发过程的应用还很有限，随着关于渗透蒸发膜研究的不断深入，渗透蒸发膜性能的提高，渗透蒸发过程将在有机溶剂脱水、水中除去有机物、极性/非极性有机物的分离、饱和/不饱和有机物的分离、有机物异构体的分离等领域得

26、到广泛的应用。,气体分离,气体的渗透分离（Gas Permeation），是以分压差为推动力，根据气体分子通过膜的渗透率不同而进行气体组分分离。气体渗透可以采用无孔的致密膜，其分离选择性不在分子的大小，而在于不同组分分子渗透通过膜的速率的快慢。1979年，Monsanto公司最早将中空纤维聚砜膜用于气体混合物的分离。,气体组分透过致密膜的过程包括：(1)在膜的高压侧，气体混合物中易渗透组分溶解在膜表面；(2)溶解组分从高压侧通过分子扩散传递到低压侧；(3)在膜的低压侧表面，渗透组分解吸释放。,从工业废气中回收氢：最早用于从合成氨驰放气和石油炼厂气中提氢，已得到了较大范围推广，取得可观经济效益。

27、膜分离回收氢气是目前应用最多、最成熟的领域。从天然气中回收氦 天然气的净化：甲烷/二氧化碳分离 富氧空气的制备：用空气膜法富氧技术产生含氧量30-40%的富氧空气，可用于锅炉和工业窑炉的燃烧节能以及医用 空气膜法富氮技术：已用于油井和化工装置的保护以及蔬菜和果品保鲜。(O2/N2分离),气体分离膜应用:气体的膜分离发展异常迅猛，七十年代才进入工业应用阶段，1990年销售收入已突破一亿美元，1995年达到五亿美元。膜分离回收氢气是目前应用最多、最成熟的一个领域，已广泛应用于合成氨工业、炼油工业和石油工业。,用途最广的相转化法、界面缩聚法及制备无机膜的方法简单介绍。,膜分层的热力学过程示意图(a)

28、瞬时分相；(b)延迟分相,5.4 膜制备技术,平板膜的制备装置示意图,管式膜的制备工艺示意图,界面聚合法制复合膜示意图,等离子体聚合制复合膜示意图,传统分离技术萃取-有机酸分离提纯、废水中重金属离子分离等吸收-BV热钾碱吸收CO2、柠檬酸吸收SO2等精馏-加盐精馏、恒沸精馏等吸附-变压吸附提纯或回收H2、载铜活性吸附CO等结晶-海水和盐卤NaCl结晶分离,5.5 与传统反应和分离技术的耦合,新型分离技术：分离与反应耦合-萃取与反应、萃取与膜分离、吸收与膜分离、渗透蒸发与化学反应、反应精馏等膜分离-气体/液体分离膜与膜工程如恒沸物的渗透蒸发分离（MTBE与甲醇、ETBE与乙醇、DMC与甲醇等共沸

29、物分离）、功能膜反应器、CO2/CH4分离、富氧膜、酸性气体膜分离、油/水分离超滤膜、废水或污水膜分离（水回收再利用）等,与传统反应技术的结合：酶膜生物反应器、钯膜反应器、渗透汽化膜反应器等与传统分离技术的结合：膜分离与精馏、膜分离与萃取、膜分离与吸收、膜分离与吸附、膜分离与离子交换树脂等,渗透蒸发膜,渗透蒸发与精馏或反应精馏结合的中试规模有：有机酸与醇反应生成酯脱水、MTBE与甲醇、ETBE与乙醇、DMC与甲醇等共沸物分离,5.6 膜与膜工程技术的工业应用,饮用水与工业用水 传统工艺的改造 超滤：蛋白质与酶、活性多肽、热原的去除、中草药浓缩，以及果汁和茶叶的澄清和浓缩。纳滤：染料、食用色素、

30、抗生素、多肽和氨基酸等。微滤：空气过滤除菌，以及牛奶、果汁、果酒、白酒、啤 酒、饮料、饮用水等的除菌过滤。气体分离：膜法H2回收、膜法富氧、膜法回收机蒸汽等。离子交换膜：烧碱生产 工业废水与市政废水处理和循环回用,海水淡化工艺流程,各种海水淡化方法投资费用和运行费用,我国西北地区含铬高氟低矿化苦咸水淡化工艺流程,装置紧凑：由于省去了活性污泥的沉降槽，且活性污泥的膜分离可在较高浓度下操作，所以污泥浓缩贮留槽及曝气槽体积小，装置紧凑。适应高浓度污水：由于能够保持曝气槽内活性污泥的高浓度，所以可适应高浓度污水。高品质的处理水：引入膜分离后，对SS去除彻底，可得到十分澄清的处理水。维护管理容易：传统生

31、物学处理法，为了维持良好的处理水质，对污泥管理须忖注很多劳力和精力。膜分离活性污泥法省去了沉降槽，对污泥浓度管理容易，设备占地面积小，操作自动化程度高，管理人员少。,污水膜生物技术的特点,根据膜的使用形态：循环型和浸渍型两类。根据膜分离的形式：微滤膜生物反应器，超滤膜生物反应器，纳滤膜生物反应器和反渗透膜生物反应器。根据操作压力膜生物反应器：抽吸式膜生物反应器和加压式膜生物反应器。根据膜组件的类型：中空纤维膜生物反应器、管式膜生物反应器、板式膜生物反应器和卷式膜生物反应器根据生物反应器的需氧性：好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器。,污水膜生物技术的分类,根据膜分离和生物反应器的相对位置：一体式

32、污水膜生物反应器和分体式膜生物反应器一体式：污水膜生物反应器是将膜组件（无外壳膜片）浸没在生物反应器中，微生物在曝气池中耗氧降解有机物，水通过负压抽吸从膜表面进入中空纤维引出反应器。分体式：污水膜生物反应器是由相对独立的生物反应器（此为活性污泥法）与膜组件通过泵与管构成。,前处理装置 油分除去 夹杂物除去 其它,P,输送泵,筛网,B,膜组件,鼓风机,后处理装置 脱色 消毒 其它,处理水,真空泵,嚗气槽,污水,一体式污水膜生物反应器,P,一体式污水膜生物反应器装置,废水调整糟,泵,计量糟,格栅,嚗气鼓风机,反应分离糟,嚗气组件,中空纤维膜组件,处理水泵,处理水,中空纤维膜组件,中空纤维膜,废水,

33、废水,渗透水,渗透水,渗透水,渗透水,一体式膜生物反应器中空纤维膜组件主要形式,A,B,C,D,其中A、C、D中膜是固定不动的，而B中膜是可以随意飘动的。,一体式污水膜生物反应器试验结果,前处理装置 油分除去 夹杂物除去 其它,P,输送泵,筛网,P,B,膜组件,鼓风机,后处理装置 脱色 消毒 其它,处理水,嚗气槽,污水,分体式污水膜生物反应器,输送泵,反冲洗,废水性质、膜材料与膜种类、膜结构选择、膜截留分子量膜组件形式、生物处理的方式、废水停留时间、膜水通量、膜面流速、操作压力、浓差极化、膜清洗方法、膜清洗周期和温度等。,污水膜生物技术的主要影响因素参数,华东理工大学典型的中空纤维膜结构,截面

34、,内表面,外表面,指状孔膜,海绵状膜,华东理工大学化学工程研究所从八十年代初开展膜研究以来，可制备醋酸纤维、聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、和聚酰亚胺等高分子材料的微滤、超滤、纳滤、渗透汽化和气体分离膜，可有效地控制膜的结构形态，并应用于石油化工、环境保护和生物化工等不同领域。,预计到下个世纪，膜技术及其集成技术将逐步地取代目前采用的传统分离技术，并对化工、石化、轻工、生物、医药、中药和环保等领域产生深远影响，尤其是在液固（液体中的超细微粒）分离、液液分离、气气分离、膜反应分离耦合和集成分离技术等方面取得突破。因此大力开发膜材料和膜工程应用技术，对发展绿色化工技术、提高产品质量、节能降耗、减轻污染等都具有重要的战略意义。同时渗透蒸发、膜亲和分离、膜接触器、膜传感器、膜反应器、膜分子识别、膜蒸馏、膜萃取、生物膜等新分离技术将进入实用化，这些都将对世纪工业技术的改造起到深远的影响。,5.7 展 望,本章结束,