1、膜分离技术及其应用膜分离技术及其应用膜分离发展过程和趋势可用？可用？高增长高增长低增长低增长透析透析微滤微滤超滤超滤反渗透反渗透电渗析电渗析控制释放控制释放气体分离气体分离渗透汽化渗透汽化双极膜双极膜液膜液膜膜反应器膜反应器闸膜闸膜活化传递活化传递微滤微滤 0.110 m：细菌、煤灰、发酵细胞、颜料、蛋白等超滤超滤 0.005 0.1 m：蛋白、颜料、多糖、大分子纳滤纳滤 0.00050.005 m：低聚糖、染料、多价离子反渗透反渗透0.00010.001 m：电解质、大于100Da的有机溶质水、小于100Da的有机溶质 膜的适用范围膜膜料液料液水水小分子小分子大分子大分子渗透液渗透液定义：定
2、义：具有选择性分离的功能具有选择性分离的功能薄膜材料。薄膜材料。“21“21世纪的多数工业中，世纪的多数工业中，膜技术扮演着战略的角色膜技术扮演着战略的角色”“谁掌握了膜技术，谁就谁掌握了膜技术，谁就掌握了掌握了2121世纪的未来世纪的未来”膜的简介报告内容n膜技术简介 发展历史 专业术语 应用实例n典型膜过程 反渗透 超滤 微滤n陶瓷膜技术 膜的发展历史n1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象；n1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）；n1861年Schmidt提出超滤概念；n1864年Traube成功研制了人类历史
3、上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜）n1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集；n1950年W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离子交换膜；n1960年Loeb 和Sourirajan研制出第一张不对称的醋酸纤维素反渗透膜，导致了膜分离技术进入了实用和装置的研制阶段；n1967年以后在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及其组件的生产厂家，逐渐开始了膜分离技术的规模应用。n我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始研究RO、UF、MF、液膜、气体分离等膜分离过程应用与开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏和
4、膜反应等新膜过程的研究，并着手进行膜技术的推广应用工作。n国内主要的膜研究和推广单位：1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司）2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）天津纺织工学院（膜天公司）3）无机膜：南京工业大学（久吾高科）中国科技大学 膜的发展历史膜过程国家年代应用微滤超滤血液渗析电渗析反渗透超滤气体分离膜蒸馏全蒸发德国德国荷兰美国美国美国美国德国德国/荷兰192019301950195519601960197919811982实验室用（细菌过滤器）实验室用人工肾脱盐海水脱盐大分子物质浓缩氢回收水溶液浓缩有机溶液脱水/荷兰 19301950195 519601960197 9
5、198 膜的发展历史膜的简介n特征特征：具有选择性分离的功具有选择性分离的功能薄膜材料，以及以其为核心能薄膜材料，以及以其为核心的装置、过程、工艺的集成与的装置、过程、工艺的集成与应用应用n特点特点：n无相变、低能耗无相变、低能耗 n高效率、污染小高效率、污染小n工艺简单、操作方便工艺简单、操作方便n便于与其它技术集成便于与其它技术集成浓缩液浓缩液进料液进料液渗透液渗透液膜的分类膜的适用范围n分离对象的粒径分布分离对象的粒径分布膜元件 膜元件膜分离的形式膜分离的形式错流过滤错流过滤 终端过滤 污染严重污染严重错流过滤污染轻污染轻膜过程的一些术语膜过程的一些术语n错流过滤 FeedR etent
6、ateC rossflow m em brane m oduleR ecirculation loopP1P3P2Permeaten错流过滤的优点：(1)便于连续化操作过程中控制循环比；(2)流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走膜表面的沉积物，防止污染层积累，使之处于动态平衡，从而有效地改善液体分离过程，使过滤操作可以在较长的时间内连续进行；(3)错流过滤所产生的流体剪切力和惯性举力能促进膜表面的溶质向流体主体的反向运动，提高了过滤速度。膜过程的一些术语膜过程的一些术语n通量：在一定操作条件下，单位时间通过单位面积膜的体积流量。单位L/m2.hn选择性：将混合物总的组分分离开来的能力。
7、1）液体分离的选择性常用截留率表示：R1Cp/Cf2）气体分离或有机溶剂混合物的分离常用分离因子表示选择性：A/B(yA/yB)/(xA/xB)，其中y表示渗透侧各组分的浓度，x表示原料侧的浓度。当A/B等于1，表示无法实现分离目的，大于1表示A组分通过膜的速度大于B组分。n通量衰减系数m：由于过程的浓差极化、膜的压密、膜污染等的影响，使得通量随时间的变化膜过程的一些术语膜过程的一些术语n推动力：1）对多孔膜而言，在对流流动的情况下，传质推动力是膜两侧的压力差。膜压降：P1-P2，是由于流体流动引起的。2）对致密膜而言，推动力为膜两侧的化学势之差。P1P2P3P（P1P2）/2P3膜过程的一些
8、术语浓差极化：浓差极化：在膜分离过在膜分离过程中，一部分溶质被截程中，一部分溶质被截留，在膜表面及靠近膜留，在膜表面及靠近膜表面区域的浓度越来越表面区域的浓度越来越高，造成从膜表面到本高，造成从膜表面到本体溶液之间产生浓度梯体溶液之间产生浓度梯度，这一现象称为度，这一现象称为“浓浓差极化差极化”。1 2 3 Cf Cm Cp 浓差 膜层 渗透侧 极化层 极化层n传递阻力：1）膜阻Rm:与膜本身的结构有关，包含膜层到支撑层的传递阻力；2）浓差极化阻力Rc：由于被截留组分在膜面浓度的增大而引起的；3）推动力的损失：进料侧和渗透侧的压力损失；4）膜污染阻力：由于物料中的成分对膜产生吸附、堵塞、以及沉
9、积等现象而引起的。膜过程的一些术语nRm 膜管本身阻力膜管本身阻力nRi 膜孔内污染阻力膜孔内污染阻力 nRg 凝胶层阻力凝胶层阻力nRc 浓差极化阻力浓差极化阻力膜污染CguCbRm Ri Rg RcC膜污染阻力的概念模型膜污染阻力的概念模型 膜过程的一些术语n膜污染：指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生渗透通量与分离特性的不可逆变化现象。n物理污染包括膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。n化学污染包括膜表面和膜孔内的吸附，这与膜表面的电荷性
10、、亲水性、吸附活性点及溶质的荷电性、亲水性、溶解度等有关。膜的用途n浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因此需要除去溶剂；（截留物为产物）n纯化：除去杂质；n分离：将混合物分成两种或多种目的产物；n反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，能提高反应速率或提高产品质量。膜的应用从从2020世纪初到世纪初到2020世纪世纪9090年代，膜技术基本已经从实验室年代，膜技术基本已经从实验室步入工业化，并在水处理、食品工业、环境保护、化工步入工业化，并在水处理、食品工业、环境保护、化工与石油化工、电子、冶金、国防与石油化工、电子、冶金、国防等领域得到成功的等领域得到成功的应用。目前全球膜产业的规模超过
11、百亿美元，正以年应用。目前全球膜产业的规模超过百亿美元，正以年3030的速度递增着。的速度递增着。膜的应用膜海水淡化海水淡化工业废水处理工业废水处理城市废水资源化城市废水资源化天然气天然气生物质利用生物质利用能源能源水资源水资源传统工业传统工业生态环境除尘除尘COCO2 2 控制控制制制 药药食食 品品化工与石化化工与石化电电 子子冶冶 金金燃料电池燃料电池洁净燃烧洁净燃烧膜技术的工业应用工业领域工业领域应用举例应用举例金属工艺金属工艺金属回收；污染控制；富氧燃烧金属回收；污染控制；富氧燃烧 纺织及制革工业纺织及制革工业余热回收；药剂回收；污染控制余热回收；药剂回收；污染控制造纸工业造纸工业代
12、替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收食品及生化工业食品及生化工业净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收化学工业化学工业有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收和再利用有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收和再利用医药及保健医药及保健人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化水处理水处理海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理国防工业国防工业舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水舰艇淡
13、水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水膜技术用于生物质资源开发n膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率15158080倍倍n渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能6060n生产装置总投资为传统分离方法总投资的生产装置总投资为传统分离方法总投资的404080%80%650 kcal/l130 kcal/l7 wt%乙醇乙醇1380 kcal/l42 wt%乙醇乙醇93 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇980 kcal/l350 kcal/l(90%ES)(33%ES)纤维素纤维素发酵发酵蒸馏蒸馏
14、蒸馏蒸馏脱水脱水透醇膜透醇膜60 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇透水膜透水膜传统过程传统过程:发酵速发酵速率低、能耗大率低、能耗大膜生物反应膜生物反应器：器：实现连实现连续生产，降续生产，降低操作成本低操作成本膜法海水淡化分离方法分离方法反渗透反渗透低温多效低温多效多级闪蒸多级闪蒸能耗能耗(kWh/m3)3.5710国家或地区国家或地区沙特沙特中国中国长海长海中国中国长岛长岛中国中国沧化沧化设备能力设备能力m3/d568001000100018000原水含盐量原水含盐量mg/L43700350003400013000能耗能耗kwh/m3754.52.75产水成本产水成本RMBRMB/m
15、34.886.695.131.83反渗透淡化厂的能耗及产水成本反渗透淡化厂的能耗及产水成本 几种分离方法能耗比较几种分离方法能耗比较膜法海水淡化嵊泗嵊泗1000吨吨/日反渗透海水淡化装置日反渗透海水淡化装置膜法自来水厂巴黎瓦兹河梅巴黎瓦兹河梅里市里市1414万立方万立方米米/天的纳滤天的纳滤厂，每天为巴厂，每天为巴黎附近黎附近5050万居万居民提供民提供1414万吨万吨饮用水饮用水典型膜应用过程 反渗透n渗透与反渗透的区别：渗透是水通过 半透膜，从低溶质浓度一侧到高溶质浓度一侧，直到两侧的水的化学位达到平衡。而反渗透是在推动力作用下，溶剂（水）从高溶质浓度一侧到低溶质浓度一侧，克服的是渗透压。
16、n渗透压的 计算：理想水溶液渗透压RTCsi 实际溶液iRTCsi Csi是溶质的浓度，mol/cm3典型膜应用过程 反渗透 半透膜纯水盐水纯水盐水纯水盐水hPA、渗透B、渗透平衡C、反渗透渗透、平衡渗透、反渗透示意图典型膜应用过程 反渗透n一般而言，无机盐溶液的渗透压很高，含1g/l氯化钠的天然水，渗透压为0.07MPa，含35g/l氯化钠的海水，渗透压为2.5MPa。n反渗透是以压力差为推动力的分离操作，其功能是截留离子物质而仅透过溶剂。n反渗透不是渗透的逆过程，两者同样是在等温条件下溶剂从高化学位到低化学位的迁移过程。n反渗透将料液分成两部分：透过膜的是含溶质很少的溶剂，称为渗透液；未透
17、过膜的液体，溶质浓度增高，称为浓缩液。n1784年Abble Nollet用猪膀胱作透过试验，发现渗透现象；n1953年C.E.Reid提出用反渗透法淡化海水的方案；n1960年Loeb 和S.Sourirajan制成第一张非对称结构的醋酸纤维素膜，反渗透技术进入实用化阶段。n反渗透过程可以分为三类：高压反渗透（5.610.5MPa），低压反渗透（1.04.2MPa），纳滤（0.31.0MPa）。典型膜应用过程 反渗透分离机理n反渗透膜上的微孔孔径约为 2nm，而无机盐离子的直径仅为0.10.3nm，水合离子的直径为0.30.6nm，明显小于孔径，无法用分子筛分原理来解释分离现象。nS.Sou
18、rirajan提出了优先吸附毛细管流动模型来解释非荷电膜的分离；荷电膜分离机理着重考虑的是膜与分离对象之间的Donnan效应。n溶解扩散模型：膜是无孔的“完整的膜”典型膜应用过程 反渗透膜低压渗透侧Jw=水通量Cw=渗透液溶质浓度Qp渗透流量JwACr截留液中溶质浓度Qr截留液流量高压侧p-膜的推动力Cb主体溶质浓度Cm膜面溶质浓度供料截留液渗透液Qi=进料流量Ci=溶质浓度反渗透过程示意图反渗透过程用三个参数来评价：R表观截留率1-Cw/CiJw=渗透通量单位面积上的渗透流量r回收率间歇系统：r=Jw A t/V连续系统：r=Jw A/Qi典型膜应用过程 反渗透反渗透膜：n高操作压力：310
19、MPa；n要求膜必须有高透水率，高脱盐率；n耐一定的酸碱、耐微生物、耐压密；n必须满足工艺要求、性质稳定，能长期使用。n形状：平板膜、管式膜、卷式膜、中空纤维膜n主要膜材料：醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚砜膜组件n反渗透过程的经济性和应用性，取决于各种廉价的反渗透膜组件。n主要有：管式、板式、中空纤维、卷式n卷式组件的销售占反渗透市场总量的70，中空纤维组件占26，管式、板框组件的销售量较小。n组件必须满足：1）机械强度：必须承受高压，及周期性的减压与膜清洗；2）水力性能好：组件设计必须使膜的污染和浓差极化最小；3）经济性：组件寿命必须长；4）制造费用低，易于替换。典型膜应用过程 反渗透商业反渗透
20、膜和纳滤膜的特性膜 材 料 和名称生产商试验组件溶质试验条件通量*脱除率（）板式氯化钠甲醇乙醇酚50g/l,8Mpa17Mpa23138ppm,1.7Mpa1.7Mpa9.17987100醋 酸 纤 维素UOP管式氯化钠甲醇乙醇脲酚500ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=01000ppm/25/4.1/r=04.898022617815PR卷式氯化钠2000ppm/25 度0.456l/s90815SR407.9in氯化钠2.9Mpa,r=10%0.35l/s95815HROsmonics氯化钠
21、PH=560.28l/s97.5CA99019.59092CA99513.99597CA999DDS氯化钠2500ppm,25度,pH=7,4MPa5.579899.5SC3000Toray氯化钠甲醇乙醇脲酚1500ppm/25/1.5MPa1000ppm/25/1.51000ppm/25/1.51000ppm/25/1.51000ppm/25/1.53.479659260*单位：104cm3/cm2.s典型膜应用过程 反渗透反渗透膜组件的一般特性组件类型特性卷式中空纤维管式板框式装填密度（m2/m3）800600070500供料速度(m3/m2.s)0.250.50.005150.250.5
22、料液侧压力降（psi）43851.44.328434385膜污染趋势高高低中等清洗差好差最好好料液过滤要求1025m 过滤510m 过滤不需要过滤1025m 过滤相对耗费低低高高典型膜应用过程 反渗透大型卷式组件在三类应用中的操作条件应用膜种类最 大 供 料温度/度PH 范围允许氯浓度/ppm压力/psi醋酸纤维素45470.22800海水淡化复合膜452110.1800醋酸纤维素40370.22400苦咸水淡化复合膜452110.1400醋酸纤维素40370.22200生产 RO 水复合膜403100.1150典型膜应用过程 反渗透过程设计1、原则：n设计变量：组件的流体力学和流速、水的特性
23、（溶质浓度和扩散性、渗透压、粘度等）、操作压力、水回收率、污染指数。n设计过程中应考虑因素：1）溶液变量：悬浮固体、可溶性无机物、微生物、可溶性有机物、有机溶剂、氧化性化学试剂、温度、pH2）最低预处理要求 SDI53）膜的变量：膜材料和组件形式、组件中的流速、压力降、说回收率和浓度、最小运行通量和最大通量、组件排列、清洗要求4）膜与其他过程的结合；5）膜的性能随长期运行会发生变化，随时间的延长，通量和脱盐率发生明显的变化，一般膜的寿命35年；典型膜应用过程 反渗透2、料液预处理n每个反渗透系统都包含了一定程度的供料预处理系统。n其目的为：延长膜的寿命、防止膜污染、保持系统的去除率和回收率。n
24、与预处理相关的投资成本和操作费用占总生产成本的50。n预处理程度取决于：膜组件的类型、料液组成、系统要求达到的性能。n预处理的方法：1）防止化学损伤膜的预处理n供给水的氯浓度和pH会对膜产生化学损伤。聚酰胺类膜不耐氯，醋酸纤维素特别要控制pH，在pH7的条件下水解特别快。n脱氯常用方法：a、用NaHSO3处理；b、炭过滤c、用SO2气体处理。npH的调整一般用H2SO4或NaOH典型膜应用过程 反渗透 典型反渗透膜耐氯和 pH 范围反渗透膜允 许 氯 浓度 ppmpH醋酸纤维素0.31.046聚酰胺a98%99%90%细菌、病毒99%99%微溶质（分子量100）90%50%微溶质（分子量100
25、）099%050%典型膜应用过程 反渗透 纳滤小结膜复合膜厚度亚层 150 微米，皮层 1 微米孔尺寸2nm推动力压差(1025bar)分离机理溶解扩散膜材料聚酰胺（界面聚合）应用半咸水脱盐微污染物脱除水软化废水治理染料截留 反渗透小结膜不对称或复合膜厚度亚层 150 微米，皮层 1 微米孔尺寸50nm微孔膜2nm致密膜微滤膜超滤膜纳滤膜渗 透蒸发膜反渗透膜气体分离膜金属及其合金膜致密陶瓷膜多孔膜中孔膜 250nm无机膜集成过程陶瓷膜在液相分离领域的应用现状在食品工业中的应用：始于1980年，主要集中在奶制品、酒类、果汁饮料、调味品等料液的澄清、浓缩除菌。在环保行业中的应用：以废水、废液的处理
26、为主，主要用于含油废水的处理以及化工、石油化工中生产废液处理，其目标是回收水中有用成分，使处理后的水循环利用或达标排放。在生物与制药工业中的应用：这是一个新的增长点，主要涉及下游细胞回收、发酵液澄清、产品净化等诸多方面，另外酶膜反应器、膜传感器等也是研究热点。在食品工业中的应用在食品工业中的应用在牛奶工业中的应用在牛奶工业中的应用v牛奶的微滤除菌、乳清浓缩、酸奶处理等 果汁生产中的应用果汁生产中的应用 v主要在苹果汁、猕猴桃汁等生产中已实现工业应用。酿酒工业中的应用酿酒工业中的应用 v无菌低温啤酒生产、啤酒罐底液处理等工业已规模应用以及在葡萄酒生产中的应用。在牛奶工业中的应用在牛奶工业中的应用
27、牛奶MFUFRO脂肪和细菌脱脂牛奶UF截留物UF渗透物RO浓縮物水高脂奶油饮料生产奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生产发酵食品和非食品生产蒸发干燥全奶粉奶罐运输特殊奶品脱脂奶200m3/d固含量9.2蛋白质3.6乳糖4.7%灰份0.7预处理UF渗透液167m3/d乳糖4.7灰份0.7RO渗透液122m3/dBOD500g/m3排放阴沟浓缩液45m3/d乳糖17.4%灰份2.6%动物饲料浓缩液33m3/d固含量28.7蛋白质21.2%乳糖4.7%灰份0.7奶酪前体46T/d固含量42%添加剂奶油酵母凝乳素青霉素奶酪生产奶酪40T/d固含量47.5%蛋白质16.9%UF巴氏杀菌脱脂乳生产奶酪在牛奶工业中的
28、应用在牛奶工业中的应用原奶MF脱脂奶UF混合巴氏杀菌 均相化PROCAL奶饮料奶油渗透液超滤法生产饮料奶在牛奶工业中的应用在牛奶工业中的应用乳清MF澄清乳清UFUF渗透物RONFEDEDNFRO乳清蛋白浓縮物蛋白质分级膜生物反应器肽浓縮乳糖膜生物反应器燃料化学物质脂肪、酪蛋白脱盐乳清浓縮乳清各种乳清蛋白乳清处理水在牛奶工业中的应用在牛奶工业中的应用果汁生产中的应用果汁生产中的应用用 途 膜特征 备注 澄清预滤后的苹果汁 0.2m 的 ZrO2膜 截留分子量 20,000ZrO2膜 150,000 的 ZrO2膜 商业化 从苹果渣内直接提取苹果汁 动态金属氧化物膜 商业化Ultrapress 酸
29、果蔓汁的澄清 0.45m 的 Al2O3膜 商业化 其它果汁的澄清：梨,菠萝,桃,胡萝卜,甜菜根,草莓,番石榴 无机膜 中试 果汁生产中的应用果汁生产中的应用果 汁 渗透通量(Lm-2h-1)膜孔径(m)操作温度()膜压差(MPa)错流速度(ms-1)苹果汁浓缩物(白利糖度 7071)17.5 0.2 7075 0.5 4.9 苹果汁(固体 1%2%,果胶 1%)250 0.2 22 0.35 4.9 苹果汁(白利糖度 12.5,不溶物 1%,果胶 1%)460 0.2 75 0.4 6.7 橙汁(白利糖度 10.5)50 0.2 15 0.15 4.4 红莓子果汁澄清(固体 5)167 0.
30、45 50 0.15 4.9 红果汁(白利糖度 1214.5)20 0.45 50 0.35 4.6 风梨汁澄清(溶解物 7%)240 0.2 50 0.7 5.3 粉红葡萄柚汁 22 0.2 25 0.15 4.9 苹果汁生产苹果汁生产 装置膜面积：220m2 处理量：17m3/h 全自动控制 运行通量优于国外装置 产品质量优于国外装置 果汁厂陶瓷膜工程在酿酒工业中的应用在酿酒工业中的应用葡萄果浆榨汁未发酵葡萄汁微滤1挤压葡萄汁发酵生酒微滤2准备上市的酒葡萄果浆榨汁未发酵葡萄汁挤压作用（亚硫酸盐处理，冷冻，离心）挤压葡萄汁发酵生酒澄清（整理，过滤）化学稳定作用：冷冻生物稳定作用：巴氏杀菌装瓶
31、 准备上市的酒A：传统工艺 B：膜工艺传统葡萄酒工艺与膜技术过滤工艺比较传统葡萄酒工艺与膜技术过滤工艺比较在酿酒工业中的应用在酿酒工业中的应用未滤啤酒离心沉降预澄清发酵硅藻土过滤板框过滤终端过滤器灭菌过滤器发酵未滤啤酒离心沉降预澄清错流微滤制成无菌滤液啤酒过滤在环保工业中的应用在环保工业中的应用在含油废水处理中的应用在含油废水处理中的应用v油田回注水、金属表面切削液、冷轧乳化液、冷轧乳化液、清洗液废水等 在化工及石化废水处理中的应用在化工及石化废水处理中的应用 v主要用于回收化工废水中的贵重金属及其氧化物等。在其它工业废水处理中的应用在其它工业废水处理中的应用 v造纸工业的黑水和白水处理、纺织
32、废水中PVA回收等。上海宝钢集团公司冷轧线上海宝钢集团公司冷轧线设备处理能力为：6 6万万m m3 3/年，油截留率大于年，油截留率大于99.999.9，水回用率大于，水回用率大于9090，回收油，回收油120120吨吨/年年设备折旧费用设备折旧费用（元）元）3.3918能耗费用能耗费用 （元）（元）1.559人工费用人工费用 （元）（元）0.691.4维修维修 （元）（元）0.271.0清洗剂费用（元）清洗剂费用（元）0.224.0油回收费（元）油回收费（元）2.252.25水回收费（元）水回收费（元）0.90(水质不稳定水质不稳定)项目项目国产陶瓷膜国产陶瓷膜（元（元/m3)进口有机膜进口
33、有机膜（元（元/m3)总费用总费用 （元）（元）2.9731.15说明 1：年处理10万吨冷轧乳化液废水设备，采用国产陶瓷膜300万元人民币（武钢），进口有机膜设备200万美元（宝钢，1988年），成本仅是其1/10。2：有关数据来源于上海宝钢集团设计院。钢铁冷轧乳化液废水处理回用技术钢铁冷轧乳化液废水处理回用技术在生化与制药工业中的应用在生化与制药工业中的应用在发酵液除菌中的应用在发酵液除菌中的应用v乳酸、核酸、青霉素G等提取 在中成药生产中的应用在中成药生产中的应用 v主要用于替代醇沉工艺，除去煎煮液中的杂质，研究处于起步阶段等。在血浆分离中的应用在血浆分离中的应用 v已被证实是可行的方法
34、，但国内尚未开展研究。膜技术用于膜技术用于中药精制中药精制陶瓷膜的优势：陶瓷膜的优势：1、煎煮液无需冷却可直接过滤，减少生产环节；2、膜的再生方便，除菌彻底,膜本身可直接高温灭菌；3、无论中药水提液性质如何,对膜本身没有影响；4、对中药有效成份基本无截留；5、口服液生产，放置时间显著延长，无瓶底沉淀物；6、制片剂或粉剂时，赋型剂用量比醇沉法减少1/3；7、对水提液和醇提液均可适用；8、对单方和复方中药均可适用。膜技术用于中药精制膜技术用于中药精制传统中药精致工艺传统中药精致工艺(醇沉法醇沉法)。工艺复杂，成本高、生产周期长，水溶性有效成分损失大工艺复杂，成本高、生产周期长，水溶性有效成分损失大
35、洗净洗净蒸发蒸发煎煮煎煮除杂除杂醇沉醇沉乙醇回收乙醇回收蒸发浓缩蒸发浓缩膜过滤膜过滤膜浓缩膜浓缩产品产品保留率()氧化苦参碱苦参总黄酮醇沉66.0254.77微滤79.7277.23注：中药苦参水醇沉与微滤比较陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺黄芪单方微滤与醇沉之成分损失率、固形物去除率、浊度降低率比较样品号样品成分损失率（%）固形物去除率（%）浊度降低率（%）A原液B140%醇沉64.527.194.0B250%醇沉67.120.997.4B360%醇沉67.728.698.0B470%70%醇沉醇沉50.530.398.1B580%醇沉57.738
36、.598.6C1800nm滤液17.14.787.6C2200nm200nm滤液滤液25.914.495.1C350nm滤液50.412.096.01.经醇沉及膜分离，经醇沉及膜分离，目标成分含量均目标成分含量均有下降；有下降；2.膜过滤后目标成膜过滤后目标成分损失明显低于分损失明显低于醇沉工艺。醇沉工艺。3.提高收率的方法提高收率的方法 a.多次醇沉多次醇沉 b.加水洗涤过滤加水洗涤过滤4.膜过程的优化尤膜过程的优化尤为重要为重要 陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺糖可清实验A:糖渴清复方A组水提液B:糖渴清复方B组水提液C:中药金刚藤水提液0.2u
37、m对三种不同中药体系的渗透性能比较 陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺糖可清中试实验11味单方药材A组根茎类B组叶果实类煎煮液188.8kg煎煮液193kgMF残留液渗透液加水渗析MF残留液渗透液加水渗析后续加工成药陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺糖可清中试实验陶瓷膜处理量：250l/h实验膜运行时间：1.5小时膜孔径：0.2微米，氧化锆材质批次：2次n 总黄酮收率：95.4%95.4%n固含物去除率：A A组：组：23.4%23.4%，B B组：组：32.6%32.6%陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺
38、陶瓷分离膜取代醇沉过程的中药提取新工艺与醇沉工艺比较检测目标0.2MF50%醇沉浊度(NTU)90%36016.0MF渗透液渗透液0.915.812.404080120160t/min812162024V/BIX0.01.02.03.04.05.0V/Bix02040608010012014040005000600070008000900010000 b u l k p e r m e a t eq/s c m-1T i m e/m i n渗透液母液3次洗脱后（加水量为原液的次洗脱后（加水量为原液的1/3），母液糖度降低了约），母液糖度降低了约30，表明母液中的单糖已得到了脱除（，表明母液中的
39、单糖已得到了脱除（95%）；电导率）；电导率下降了约下降了约79；纳滤工艺具备脱除单糖、脱盐、浓缩三重功能。纳滤工艺具备脱除单糖、脱盐、浓缩三重功能。膜集成过程的研究纳滤膜分离（纳滤膜分离（洋姜洋姜）溶液糖度和电导率随操作时间的变化 固含量固含量浓缩液浓缩液 /%渗透液渗透液 /%原料原料 12.4加水批次加水批次019.81.75119.51.16218.90.974318.40.864膜集成过程的研究根据实验考察以及过程优化的结果，设计了根据实验考察以及过程优化的结果，设计了4m3/hr膜集成膜集成工艺，包括陶瓷膜、纳滤膜和反渗透膜等分离技术。工艺，包括陶瓷膜、纳滤膜和反渗透膜等分离技术。
40、陶瓷膜分离、纳滤、反渗透集成新工艺的处理量达12000吨/年洋姜提取膜工艺膜技术在生物与制药工业中的应用 微生物发酵在生化行业中具有举足轻重的地位,终产物都是在发酵中形成。但发酵过程中存在许多制约因素，就分离而言，原料的预处理中除去蛋白，发酵中及时分离微生物代谢产物，发酵终了后所要求组分从发酵液中的分离、其它组分的回收利用，以及发酵废液的处理，都是发酵过程要解决的问题。涉及下游细胞回收、发酵液澄清、产品净化等诸多方面，另外酶膜反应器、膜传感器等也是研究热点。膜技术在生物与制药工业中的应用1、目的产物在初始物料中的含量低2、初始物料成分相当复杂3、生物活性物质稳定性差，易失活、降解4、产品种类繁
41、多5、应用面广，对纯度和含量要求高膜技术在生物与制药工业中的应用1、条件温和，能保持生物活性2、选择性好，分离系数高3、活性产物的量和具有较高的收率4、分离步骤明显减少5、分离快速，生产能力显著提高膜技术在生物与制药工业中的应用n发酵液澄清n细胞分离与收集n酶、蛋白质等大分子物质的浓缩与精制n抗生素的回收及纯化n氨基酸类制品的浓缩n除菌、除热源n反应分离耦合过程n高浓度有机废水的处理膜技术在生物与制药工业中的应用发酵液 菌种 菌体直径m 菌体含量 谷氨酸 杆菌 0.7 4 肌苷 杆菌 0.5 8 柠檬酸 黑曲菌 5 15 淀粉酶 杆菌 0.7 4 糖化酶 黑曲菌 5 15 酵母 酵母菌 5 5
42、 膜技术在生物与制药工业中的应用n谷氨酸发酵液中菌体直径大约为0.73微米，具有很强的亲水性，菌体分离十分困难；n目前味精厂基本都是不除菌直接等电提取；n谷氨酸得率为91.6%；n每生产1吨味精将产生废CODcr 1.14吨，废水量很大；n废液中的菌体高蛋白含量大约为60%左右；n用生物法无法处理到达标排放，对环境造成很大的破坏。膜技术在生物与制药工业中的应用污水处理发酵液等电分离等电母液谷氨酸阳离子交换柱低流分洗脱液高流分洗脱液洗脱液一般工艺流程膜技术在生物与制药工业中的应用发酵液膜除菌设备浓缩等电菌体蛋白谷氨酸四效蒸发冷凝水有机复合肥等电母液的膜分离发酵液的膜分离膜技术在生物与制药工业中的
43、应用 pHGlu（%）COD(mg/L)RG(%)Bacteria(%)等电母液3.02.52630930.601.2渗透液3.02.51443520.600.01 pH Glu（%）Viscosity（mPaS）OD RG(%)Bacteria(%)发酵液 6.7 10.2 3.2 1.2 0.35 1.3 渗透液 6.7 10.3 3.0 0.035 0.30 00.02 膜技术在生物与制药工业中的应用0.2725920.0580001055020.12000555020.3250清液含菌量 拟稳定通量L/m2.h 系统温度 膜面流速m/s 操作压差MPa 孔径nm 生化制药生化制药（工艺
44、比较）工艺比较）膜工艺膜工艺活性炭吸附 生物发酵液 酸化 离子交换 板框过滤 浓缩结晶 离心 产品板框过滤 浓缩结晶生物发酵液 酸化 离心 产品 膜过滤 离交吸附生化制药：生化制药：肌苷生产过程中的应用过程中的应用 工艺树脂/m3活性炭/t树脂洗脱液活性炭洗脱液树脂再生剂活性炭再生剂酸液/m30.5N 碱液/m30.1N 碱液/m3酸液/m3碱液/m3酸液/m3传统工艺20302 0 25203010202025253535451015膜 工艺5 10585.510465.587.51010.5122.43年生产年生产10001000吨肌苷吨肌苷所所需的辅助原材料需的辅助原材料q年处理肌苷发酵
45、液3万吨，生产肌苷1000多吨，收率提高5，产值一亿多元；q减少2/3的辅助原材料用量；减少酸碱用量60，废水排放减少2/3；回收了菌体蛋白，废水COD降低60。q人工及维修费用降低60；q生产成本降低：5000元/吨，年增产降耗产生千万元的经济效益。每处理每处理100100吨发酵吨发酵液所需的酸碱量液所需的酸碱量生化制药过程中的应用生化制药过程中的应用序号应用单位处理对象年处理量1广东肇庆星湖股份有限公司肌苷发酵液，茑苷产品精制6万吨 2浙江医药股份有限公司新昌制药厂抗生素发酵液4500吨3浙江升华拜克生物股份有限公司抗生素发酵液4500吨4安徽丰原生化股份有限公司赖氨酸发酵液等2万吨5浙江
46、海正药业股份有限公司抗生素发酵液5000吨6浙江海宁金潮实业有限公司硫酸连杆菌素发酵液6000吨7浙江东立生物发展有限公司生物发酵液1.2万吨8石家庄东华金农化工有限公司医药级甘氨酸5000吨9河北新东华氨基酸有限公司甘氨酸脱色3000吨q全国有74家生物医药的上市公司；q陶瓷膜已在5家上市公司应用。2003 2003年年8 8月月2929日一次性投产成功；日一次性投产成功；转化率和选择性均转化率和选择性均大于大于99.599.5；最终产品己内酰氨质量达到最终产品己内酰氨质量达到优级品优级品膜面积：膜面积：108m108m2 2;处理量：处理量：3535万吨万吨/年年 分离效果：渗透液中催化剂
47、含量小于分离效果：渗透液中催化剂含量小于1 1ppmppm悬浮态超细催化的膜反应器悬浮态超细催化的膜反应器年产年产7 7万吨万吨环己酮肟生产装置环己酮肟生产装置 纳米粉体制备（工艺比较）工艺比较）原工艺原工艺膜工艺膜工艺 板框过滤 反 应离心分离打浆洗涤干 燥 灼 烧 离心液回收 滤液回收反 应陶瓷膜洗涤、浓缩喷雾干燥灼 烧纳米粉体制备中的应用纳米粉体制备中的应用实例：实例：500吨/年纳米二氧化钛生产线（国家计委产业化示范项目），新工艺节约投资760万元，降低成本的年效益80万元以上，提高粉体收率5以上，总效益超千万元。国家高新技术产业化示范项目国家高新技术产业化示范项目“500t/a纳米纳米TiO2”生产线中的陶瓷膜分离装置生产线中的陶瓷膜分离装置谢 谢！
