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今天在这开贴，隆重推出膜分离相关的系列文章，这些文章是一位从事膜分离行业近20年的老膜人对膜分离点点滴滴、方方面面的心得和体会，我想膜分离在各发酵领域越来越普及的今天，这些文章会对各位发酵人或多或少都会有些帮助！所以经他首肯，将他的这些心得转到我们论坛上来，与大家分享！

[ 本帖最后由 zwraul 于 2008-8-29 15:58 编辑 ]

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从事膜分离技术已近20年了，但与人们聊起膜分离技术这一学科时，大家对它还是非常的陌生，这主要还是缘于它不像电脑那样能够进入千家万户，廉价的盗版软件让电脑迅速普及。
    其实人们已经充分享受着膜分离技术带来的好处，现在人们出门基本不用带饮用水，渴了随便到一个小店都能够买到廉价的瓶装纯净水或矿泉水。这在过去出门是不可想像的，瓶装纯净水过去被称为太空水，不是老百姓能够消费得起的。正是由于膜分离技术的发展，使纯净水的制造成本不断地下降，直至进入了老百姓的生活当中。
    膜分离技术的发展已经给各个工业领域带来了新的发展手段，加速了发展的步伐。在人们不断追求生活品质和追求环境改善的今天，人们必将认识膜分离技术，利用膜分离技术，从而给自己和社会带来期望的经济效益和社会效益。
膜分离技术就是极为精细的分离技术，尺寸精度从微米到纳米，物质结构从分子到离子，我们常说的细菌、蛋白到气体液体成分，都可以按照我们的期望进行分离，从而与其他分离技术形成互补。
    一瓶水溶解一些食盐，如果要把水与食盐分开，除了将水蒸发可能再无它方法，而膜分离技术可以直接将食盐与水过滤分离，它没有改变水的形态，因此它是高效的，成本是低廉的。

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膜分离技术是一门新兴的高新技术，也是一门多学科交叉的科学技术，这已为行业内所共识，但是膜至今还没有一个精准、完整的定义。它可为气相、液相和固相，或是它们的组合。简单地说，“膜”是分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质的阻档层。它可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，中性的或荷电的，其厚度为微米级。  
现在工业化应用的膜主要是固相的，膜要有高的截留率，高的通量，强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能，好的柔韧性，足够的机械强度，长的使用寿命，广的pH值范围和合理的成本，成熟的制备工艺，不同的制膜材料都具备了上述的要求，而膜只有微米级的厚度，为满足足够的机械强度要求，膜需要由支撑层和加强层作为依托，起分离作用的表面层称为皮层，也称为活性层。在应用中为承受很高的压力，还需要将膜安装在相应的高强度支撑体上。
膜在物料分离应用中的传递阻力有膜的自身阻力、截留物吸附污染、物料浓差极化和离子渗透压等因素，而在膜制造上，为满足高的通量，就要尽可能地降低膜的阻力，在材料确定的前提下就要尽可能地减少膜的厚度。因此，在制膜中膜的皮层越薄其通量性能越好。
微米的尺寸对于我们日常生活中来讲已经是极小的尺寸了，但作为分子级分离的膜来讲依然是非常厚的，就以分离精度为0.1微米的微滤膜来讲，即使膜的厚度为0.1微米，也就相当于在10毫米的板上钻一个10毫米的孔，更何况分离精度更高的超滤等等。膜皮层的厚度控制是制膜关键工艺之一。

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分离膜能够进行极精细物质间的分离，我们传统的过滤思维已经不能进行解释，也就不能很好地理解膜的工作原理。因此，从新认识膜分离的原理是必要的。我们知道，生活中我们淘米洗菜，都会用带孔的框将洗净的米和菜中的水沥干，这时带孔的框就将米菜和水分离了，当框中的孔比较密时，你会发现网上会布满一层水，这就是水的表面张力起了作用。随着孔径进一步缩小，影响的因素越来越多，物理化学方面的阻力也越来越大，没有压力等推动力，就无法进行分离了，根据不同的分离精度和特性我们分别给它是起了不同的名字，根据主要分离机理归纳如下。
   
膜过程          
分离相          
推动力          
分离机理
渗透物
截留物          
膜结构
   
微滤
固液 液液          
压力差          
筛分          
水、溶剂溶解物          
悬浮物、颗粒、纤维和细菌          
对称或不对称多孔膜
   
超滤          
液液          
压力差          
筛分          
水、溶剂、离子和小分子          
生化制品、胶体和大分子          
具有皮层的多孔膜
   
纳滤          
液液          
压力差          
筛分＋溶解/扩散          
水和溶剂          
溶质、二价盐、糖和染料          
致密不对称膜和复合膜
   
反渗透          
液液          
压力差          
溶解/扩散          
水和溶剂          
全部悬浮物、溶质和盐          
致密不对称膜和复合膜
根据膜的材料分为无机膜和有机膜，无机膜的品种有陶瓷(氧化铝、氧化硅、氧化锆) 、玻璃(硼酸盐玻璃) 和金属(不锈钢、铝、钯、银等) 等，有机膜比较发达，有纤维素类、聚酰胺类、聚砜类、聚烯烃类、含氟聚合物类、芳香杂环类、硅橡胶类和其他等，每一类下面还分若干品种，众多的膜材料很好地满足了不同工业应用的需求。
膜的性能有分离性能(截留率、通量) 、理化性能(耐热性、耐酸碱性、抗氧化性、抗微生物分解性、表面荷电性、亲水性等) 和经济性，在工业领域应用中不同的环境都有不同的要求，由于膜的不同性能相互制约，因此选择合适的膜性能是应用的基础工作。
根据制膜的型式有平板膜、管式膜和中空纤维膜三种，根据市场的需求，在这三种基本形式上又衍生出若干品种。

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科学家发现了膜的分离现象，发现这种分离现象可以解决许多其他分离技术不能分离或者分离经济性极差的情况，就开始进行膜的分离机理研究和应用研究，最早研制的有机膜是平板膜，但是像纸张一样的平板膜直接进行过滤分离（称为死端过滤），由于其过滤精度极高，很快就被堵塞。于是，针对去除堵塞物的研究和开发，一种新的分离机理出现了，那就是让被分离混合溶液沿着膜面流动，两端施以压力，溶剂通过膜，而截留下来的溶质被后来的被分离混合溶液带离膜面，从而减缓了膜面的堵塞现象，这就是目前膜系统普遍采用的错流过滤。
    将一张张平板膜如同板框过滤机的滤布一样进行叠加，平板膜组件出现了，但平板膜组件在应用中依然存在着浓差极化现象而使通量迅速衰减，无法大规模生产应用，为了缓解和消除浓差极化，组件内部出现了窄沟流道和强制湍流两种型式；为提高膜系统的能力，在确定的装置内要尽可能多地装填膜面积，降低投资，将平板膜卷绕在中心收集管上形成组件，这就是卷式膜组件，卷式膜组件从制水开始，目前已在各个行业大量采用。人们在研究膜的制备机理时，利用纺丝拉伸原理制造出了高孔隙率的中空纤维膜，将许多中空纤维膜丝束在一起，形式组件，它产生了中空纤维膜组件，低的生产成本和高的膜面积迅速成为市场应用的主力军。而在研究平板膜组件的同时，利用特殊的制膜装置在管状支撑体上制造出了管式膜，它对预处理要求极低，将多支管式膜根据应用的要求进行并联或串联，形成管式膜组件，解决了特定对象的分离要求。

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没有绿叶提供养份，就没有红花的艳丽，有了绿叶的衬托，红花就更加显得美丽，红花与绿叶是一个整体，一种和谐。膜系统也是一样，膜组件就是红花，它需要其他装置提供能量，有了其他装置提供恰到好处的能量，膜组件就能以最佳的状态分离被分离物料，满足人们的设计意图。  
    膜系统的组成是以膜组件的技术参数为基础，动力装置提供能够满足膜组件需要的流量和压力指标，检测装置显示或传递膜组件即时的压力、流量、温度、pH值等需要检测的值或信号，指挥调节控制装置进行调节，满足组件控制流量、压力和温度等参数，以适应不同的工作负荷，储液装置为膜组件提供或缓冲被分离料液的浓缩循环或流量波动，和储存已经分离出来的料液，管道将各装置连接起来形成料液的闭路循环。
    各个装置以管道为纽带恰到好处地为膜组件提供最佳的技术参数，膜组件就能够欢唱地为人们的期望作出自己的贡献，这时他们就成为了一个有机的整体-----膜系统。