8月18日,，以膜產(chǎn)業(yè)著稱的山東省桓臺(tái)縣被中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)授予“中國(guó)膜谷”的稱號(hào)。據(jù)了解,，桓臺(tái)縣多種膜產(chǎn)品處于世界領(lǐng)先水平,，如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯產(chǎn)能居國(guó)內(nèi)第一,，氯堿離子膜,、燃料電池膜兩大產(chǎn)品均屬國(guó)內(nèi)唯一、世界前列,。預(yù)計(jì)到2025年,，桓臺(tái)縣膜及相關(guān)產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值將達(dá)到1200億元。

膜技術(shù)作為一種新興分離技術(shù)已在化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。常規(guī)的膜分離過(guò)程包括微濾,、超濾、納濾和反滲透等,，這幾種分離過(guò)程均以壓力差作為組分分離的推動(dòng)力,，但分離特性各有不同。

微濾技術(shù)

微孔膜過(guò)濾技術(shù)是以靜壓差為推動(dòng)力,，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程,。實(shí)施微孔過(guò)濾的膜稱為微孔膜,。微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在90～150μm,，過(guò)濾粒徑在0.1～10μm,，操作壓力為0.01～0.2MPa。一般微孔膜的孔密度為10⁷孔/cm²,，微孔體積占膜總體積的70％～80％,。由于膜很薄，阻力小,，其過(guò)濾速度是常規(guī)介質(zhì)的幾十倍,。到目前為止，國(guó)內(nèi)外已商品化的微孔膜約有13類,，總計(jì)400多種,。

微濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括：

01 | 微粒和細(xì)菌的過(guò)濾

可用于水的高度凈化、食品和飲料的除菌,、藥液的過(guò)濾,、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。

02 | 氣體,、溶液和水的凈化

大氣中懸浮的塵埃,、纖維、花粉,、細(xì)菌等,，以及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。

03 | 食糖與酒類的精制

微孔膜可以對(duì)食糖溶液和啤酒,、黃酒等酒類進(jìn)行過(guò)濾,，去除食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母,、霉菌和其他微生物,。

04 | 藥物的除菌和除微粒

經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌被截留,，使藥物中無(wú)細(xì)菌尸體殘留（相對(duì)于熱壓法而言）,。同時(shí)，微濾的常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性,。

超濾技術(shù)

超濾截留粒徑介于微濾和納濾之間,，約10～100nm。在0.05～0.5MPa的靜壓差推動(dòng)下,，超濾膜可截留各種可溶性大分子,，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于1000的大分子及膠體,，達(dá)到溶液凈化,、分離及濃縮的目的。

超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜,，分離截留的原理是篩分機(jī)理,，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過(guò)膜的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留,。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率,。超濾膜均為不對(duì)稱膜，可分為平板式,、卷式,、管式和中空纖維式等。超濾膜一般由三層結(jié)構(gòu)組成,，最上層是表面活性層，致密而光滑,，厚度為0.1～1.5μm,，其中細(xì)孔孔徑可達(dá)10nm；中間是過(guò)渡層,，厚度為1～10μm,，具有大于10nm的細(xì)孔；最下面是支撐層,，厚度為50～250μm,，具有50nm以上的孔。其中,，支撐層起支撐作用,，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。截留分子量是超濾膜最重要的分離參數(shù),，是指截留率達(dá)到90%時(shí)對(duì)應(yīng)高分子化合物的分子量,。

超濾技術(shù)主要用于含分子量1000～500000的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣泛的膜分離過(guò)程之一,，在反滲透預(yù)處理,、飲用水制備、制藥,、色素提取,、電泳漆的生產(chǎn)、再生水回用等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,。

納濾技術(shù)

納濾膜是20世紀(jì)80年代在反滲透復(fù)合膜的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的,，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前,，納濾技術(shù)已從反滲透技術(shù)中分離出來(lái),，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。

納濾膜的孔徑為納米級(jí),，介于反滲透膜和超濾膜之間,，因此得名。納濾膜的表層較反滲透膜的表層要疏松得多,，但較超濾膜的表層要致密得多,。納濾膜的制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，形成大量具有納米級(jí)的表層孔,。納濾過(guò)程具有較小的操作壓力（0.5～1MPa）,，主要用于截留粒徑在1～100nm、分子量為200～1000的物質(zhì),；對(duì)單價(jià)離子鹽的截留率低,，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)部分透過(guò)，對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子鹽的截留率高(＞90%),。

納濾技術(shù)最早應(yīng)用于海水及苦咸水淡化,。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高的水處理中得到了廣泛應(yīng)用,；在氯堿行業(yè)用于脫硝,，減少鹽泥廢渣；在食品行業(yè)用于果汁生產(chǎn),，能大大節(jié)省能源,；在醫(yī)藥行業(yè)用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等,；在石化工業(yè)中用于催化劑分離回收等,。

反滲透技術(shù)

反滲透膜截留物質(zhì)的分子量一般小于350，操作壓力一般為1～8MPa,。反滲透膜一般為不對(duì)稱膜或復(fù)合膜,，孔徑小于1nm，可截留溶質(zhì)分子,。制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素,、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑,、磺化聚苯醚,、聚芳砜、聚醚酮,、聚芳醚酮,、聚四氟乙烯等,。

反滲透技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括：

01 | 海水、苦咸水淡化制取生活用水,，硬水軟化制備鍋爐用水,，以及制備高純水。

近年來(lái),，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用體現(xiàn)出其優(yōu)越性,。

02 | 在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液,、果汁等,。

與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝相比，反滲透法脫水濃縮成本較低,，而且產(chǎn)品的療效,、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味等均不受影響。

03 | 在染料,、食品,、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢液中的有用物質(zhì)等,。

反滲透（納濾屬于低壓反滲透）,、超濾和微孔過(guò)濾都是以壓力差為推動(dòng)力使溶劑通過(guò)膜的分離過(guò)程，表1比較了反滲透,、超濾和微濾技術(shù)在原理,、分離物質(zhì),、操作上的不同,。

表1 反滲透、超濾,、微濾過(guò)程特性比較

膜法水處理工藝

作為一種高效分離技術(shù),，膜分離過(guò)程因具有操作簡(jiǎn)單、分離效率高,、無(wú)相變,、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，已在水處理,、化工,、制藥、食品等許多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)不斷交叉滲透,，形成了一門新型的交叉學(xué)科——膜法水處理技術(shù)，其應(yīng)用多集中在給水處理,、市政污水處理,、工業(yè)廢水處理、凈水、純水制備等領(lǐng)域,。

01 | 給水處理

在給水處理領(lǐng)域,，膜分離技術(shù)常與砂濾、活性炭過(guò)濾等技術(shù)結(jié)合用于受污染地下水,、河水的深度凈化,，優(yōu)質(zhì)工業(yè)水的制備等工藝過(guò)程,。圖1是受污染地下水活性炭—納濾膜凈化工藝過(guò)程流程圖,。

地下水，尤其是淺層地下水中的污染物以懸浮物,、有機(jī)物,、細(xì)菌為主,，高價(jià)鹽含量往往也比較高。懸浮物可通過(guò)砂濾去除,，有機(jī)物可通過(guò)活性炭去除,，細(xì)菌、高價(jià)鹽和部分一價(jià)鹽可通過(guò)納濾過(guò)程去除,。采用膜分離技術(shù)處理受污染的地下水,、河流等淡水，可減少消耗化學(xué)藥劑,，能耗低,，運(yùn)行費(fèi)用低，得到的凈化水水質(zhì)優(yōu)良,、穩(wěn)定,。原水濁度在5～20 NTU之間，經(jīng)石英砂過(guò)濾和活性炭吸附后可降至1.0 NTU以下,。原水COD約5mg/L時(shí),，通過(guò)活性炭可脫除70%左右，后經(jīng)納濾分離后可降至0.5 mg/L以下,。原水中一般含有SO₄^2-,、Ca²⁺、Mg²⁺及重金屬離子,，通過(guò)納濾過(guò)程可基本脫除這些離子（納濾膜對(duì)離子團(tuán)和多價(jià)離子的脫除率可達(dá)90%以上）,。原水中的細(xì)菌和病毒通常可分別通過(guò)微濾和超濾過(guò)程去除,，納濾膜的孔徑范圍比超濾更小,，足以徹底截留原水中的細(xì)菌和病毒。

02 | 市政污水處理

城市生活廢水多為洗滌廢水,，處理量大,，其中的污染物主要以懸浮物,、有機(jī)物、細(xì)菌為主,，經(jīng)雙膜法處理后可作為中水用于沖廁,、綠化、鍋爐等對(duì)水質(zhì)要求不高的場(chǎng)合,。膜分離技術(shù)于2000年以后開(kāi)始較大規(guī)模應(yīng)用于城市污水的深度及再生處理,。目前許多城市都已建立了中水處理站和中水管道系統(tǒng)，其來(lái)水多為城市生活污水經(jīng)膜法深度處理后的產(chǎn)水,。圖2為典型的市政污水雙膜法處理回用技術(shù)的工藝流程圖,。

原水經(jīng)沉淀處理后主要污染指標(biāo)：COD為50～150 mg/L、濁度為5～50NTU,、陰離子洗滌劑（LAS）為1～5 mg/L,、總硬度為100～1000 mg/L。經(jīng)自清洗過(guò)濾器,、機(jī)械過(guò)濾器后,，出水濁度可控制在3NTU以下，滿足超濾膜的進(jìn)水水質(zhì)要求,。超濾膜對(duì)原水中COD的去除率可達(dá)30%以上,。保安過(guò)濾器出水經(jīng)高通量反滲透膜處理后，各種污染含量均可降至較低水平,，滿足我國(guó)城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18920—2002）的要求,。

03 | 工業(yè)物料分離及廢水處理

工業(yè)廢水量大、水質(zhì)差,，不同廢水的成分差別大,，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，必須處理后才可以排放或回用,。近年來(lái),，膜分離技術(shù)已在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,。圖3為膜技術(shù)處理工業(yè)大豆乳清廢液的工藝流程圖,。

大豆乳清廢液是大豆分離蛋白的過(guò)程中產(chǎn)生的富含乳清蛋白、大豆低聚糖,、異黃酮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的廢水,，營(yíng)養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，直接排放會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染,。采用上述工藝過(guò)程不僅可以回收廢水中有價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并實(shí)現(xiàn)不同成分的分離提取,，還可回用產(chǎn)水。