關于強化膜過濾技術展望

摘要：本文分析膜濾技術發展的限制因素，并總結了膜濾強化方法，對今后強化膜過濾的發展方向提出了自己的看法。

關鍵詞：強化膜過濾附加場濃差極化

膜分離技術由于具有常溫下操作，無相態變化，高效節能，在生產過程不產生污染等特點，因此在飲用水凈化、工業用水處理、食品與飲料用水除菌，生物活性物質回收與精制等方面得到應用，井迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機械、生物、制藥、發酵等各個領域。分離膜因其獨特的結構，在環境保護和水資源再生方面異軍突起。在環境工程，特別是水處理方面有著廣泛的應用前景。在中國，膜技術主要應用在水資源領域，在水處理中的應用己經占其所有應用的70%—80%。由于其突出的優點，膜技術已經成為在水處理領域最先進、最有發展前途的技術之一。

膜分離技術是當前人類解決所面臨的能源、資源、環境等重大問題的一項嶄新的高科技工程技術。但是在實際工藝應用中，濃差極化和膜污染兩大因素制約了膜濾技術的推廣與應用。對膜濾過程的強化是膜技術應用中的重要一環。由于各種流體成分的復雜性及膜材料性能各異性，至今對膜濾強化尚未提出一種普適性的措施。

1 分析

綜合分析各種膜濾強化方法，加入添加物和膜表面的改性強化，由于受分離物料或膜材料限制，實際應用范圍有限。而且當膜表面一旦形成沉積層后，膜表面改性將不會任何作用。附加場或附加裝置強化，雖然強化效果較好，但由于附加場這種方法適用的物料比較狹窄，組分應具有相同的電性，物料的導電率要低，工業放大困難。而附加裝置強化如促進器會使系統的軸向壓降增加，而且拆洗困難。脈動流方法由于部分流體反向流動，使過濾能力有所下降，而且必須在膜組件安裝一套脈動發生裝置。動態膜雖使主體流可以非常好的混合，有高的壁面剪切速度，但旋轉裝置將消耗大量的能量，組件難以密封和維修，膜的反沖和更換困難，亦難以工業放大。可見，附加場或附加裝置各種強化措施雖有明顯的效果，但往往結構復雜、流動阻力較大，壓力損失多，能耗較高，難以工業放大等、因而其實際應用受到一定限制。

2 總結

與前述幾種強化方法相比，改變膜結構的化學強化作用、旋轉橫流強化以及組合強化等強化方法則具有十分誘人的前景。

2.1 旋轉橫流強化膜濾

旋轉橫流強化膜濾由于結構簡單，流動阻力不大，能耗較低，不必增設附加裝置，強化效果明顯，已越來越受到人們的廣泛重視。

2.2 化學作用強化的膜分離過程理論基礎研究

許多實驗研究結果都證實了在膜內引入可逆化學作用確實能改善膜的通量和選擇性，所研究的體系包括金屬離子(如銅、鈾等)的分離、氣體(如N2—O2)的分離、烷—烯烴分離、酸性氣脫除、生化制品(如抗菌素、蛋白質等)的分離。但從總體來看，利用化學作用強化的膜過程研究還處于實驗室水平，距實際應用還有較大距離。目前的研究重點主要是穩定的活性膜制備及膜內傳遞機理的研究，有關膜器設計及優化等問題的進一步研究尚未提到議事日程，有關利用化學作用強化膜分離過程的理論研究還有待深入。由于利用化學作用的影響必須考慮待分離體系的特殊性，必須與待分離體系的具體工藝條件相結合，這就決定了化學作用強化的膜過程研究的多樣性。膜內化學反應的引入為膜性能的改善提供了前景，也為各國研究者提供了新的研究課題。從本質上講，化學作用強化的膜過程是利用多個過程間的藕合而實現過程強化的目的。深入研究有關多個過程之間藕合的有關理論問題對開發新型高效的活性膜過程將有直接的指導意義。總之，有關活性膜內傳遞機理的研究，特別是固定載體膜內傳遞機理的研究還有待于進一步深入。目前有關反應—擴散模型的研究基本上均限于一步機理，即膜內反應過程以一步表征，沒有更多地考慮反應機理。為了更好地表征活性膜過程，有必要更細致地考慮動力學因素的影響。另一方面，有關傳遞機理的研究基本上還局限于單一反應體系。從實際應用角度出發，有必要進一步研究多組分體系。對于多組分體系，即使沒有化學反應的存在也會發生各組分傳質問的藕合，活性載體的存在使多組分傳質過程更復雜。

2.3 固體活性膜的制備及機理研究

從實際應用的角度出發，制備分離性能好且具有良好的穩定性和壽命的活性膜是目前急需解決的問題。由于液膜存在穩定性、壽命等問題，固體活性膜過程應是今后的主要研究方問。 在固體活性膜的制備上，目前文獻報道的有關研究幕本上屬于單一活性載體。生物膜內的傳遞通常包括復雜的酶反應過程，能實現高效傳遞。因此，在膜內引人多種活性載體有可能為膜性能的改善提供更大的可能性。另一方面，目前只考慮了活性組分在膜內的均勻分布。如前所述，對于同時存在反應和擴散的體系，如體系是各向同性的，則由于Currie-Prigogine空間對稱性原理限制，反應與擴散之間只能發生定態藕合。反之，如果使活性載體在膜內非均勻分布，則有可能更大幅度地改善膜的性能。

總之，透徹的研究膜濾強化機理，消除膜污染，降低濃差極化對膜過濾的不良影響，同時，研制耐磨、耐溫、不污染、易清洗和低成本的新型膜器將是近期乃至下個世紀膜濾技術發展的優先課題。總結前人的研究成果，進一步開展膜濾強化技術的研究，盡快解決前人尚未解決的問題，豐富膜分離理論基礎，推廣其應用是非常迫切的，有利于提高我國膜分離技術水平。

參考文獻

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