表2
膜过程 推动力
微滤 超滤 压力差
几种主要分离膜的分离过程
透过物 截留物 膜类型
纤维多孔膜 非对称性膜
传递机理
颗粒大小形状
水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 胶体和超过截留 分子量的分子
压力差 分子特性大小形状 水、溶剂小分子
纳滤
压力差
离子大小及电荷 溶剂的扩散传递
水、一价离子、 有机物 多价离子 水、溶剂 溶质、盐
Advantages - Resistance for fouling - Easy to cleaning
Disadvantages
- Low packing density (300m2/m3) - Expensive
Reverse osmosis, ultrafiltration
MEMBRANE MODULES
分析：自来水如果消毒不严，则可能会含少量细菌及 相对较多的病毒；如果消毒严格，则会含较多余氯。
微生物分类及其个体大小
微生物按个体大小分为9类： 名称 酵母菌 霉菌 螺旋体 细菌 支原体 个体大小 5-150m 2-10m 5-10m 0.5-5m 0.2-0.25m 梅毒/回归热 痢疾等 胸膜炎/肺炎 病名
Plate-and-frame module
Advantages - High allowable work pressure (high viscosity liquids) - Easy to clean - Easy to replace membranes Disadvantages - Low membrane area per volume (100-400 m2/m3)
将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具中
流涎成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸
发，经过相转化就形成了由液相转化为固相的膜，
其工艺框图可表示如下：
聚合物
溶剂
均质制膜液
添加剂
流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂 凝固液浸渍 水洗 后处理
非对称膜 图2 L-S 法制备分离膜工艺流程
水处理中膜的分类 电渗析 反渗透 其他膜分离类型
纳滤
超滤 微滤
离子交换膜
各种分离膜的特征
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物 质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择 性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。
目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的
是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。
2. 相转化制膜工艺
相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或 向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固 相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是L—S 型制膜法。它是由加拿大人劳勃（S. Leob）和索里 拉金（S. Sourirajan）发明的，并首先用于制造醋 酸纤维素膜。
用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙 烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、 聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、 聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚 乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用
作膜材料。
常见材料的最高允许使用温度
名 称 温度（℃）
CA（Cellulose Acetate） 聚酰胺 聚苯并咪唑 聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮
被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类 膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其 他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。
1. 纤维素酯类膜材料
纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4-β-
甙链连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：
H O H H OH H
冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。
2.膜分离装置
平板膜（板框式） 卷式膜（螺旋卷式） 管式膜 毛细管膜 中空纤维膜
MEMBRANE MODULES
Plate-and-frame module
PLATE-AND-FRAME MODULE
The number of sets needed for a given membrane area furnished with sealing ring and two end plates then builds up to a plate-and-framestack
多孔支持膜
形成超薄膜的溶液
涂覆
交联
交联剂
加热
形成超薄膜
亲水性高分子溶液的涂覆
复合膜
图3
复合制膜工艺流程框图
膜的保存
分离膜的保存对其性能极为重要。主要应防止
微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。
微生物的破坏主要发生在醋酸纤维素膜；
水解和冷冻破坏则对任何膜都可能发生。温度、
pH值不适当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。
膜分离技术及其在 水处理中的应用
内 容
膜技术概述 膜分离装置 MBR及设计方法 相关研究热点
1.膜技术概述
1.1基本概念
膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相 之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不 相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作 用。 膜的特性： 不管膜多薄，它必须有两个界面。这两个界面 分别于两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或 几种物质透过，而不允许其他物质透过。
CH2OH
H
CH2OH
H OH OH H
O H
OH H O H O
H
CH2OH
H OH H
O H H
H O H
n_ 2 2
OH H H
OH H
CH2OH
OH
OH
O OH
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂
（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行 酯化反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
复合膜 非对称性膜 复合膜
反渗透 压力差
膜过程 渗析 电渗析
推动力
传递机理
透过物
Hale Waihona Puke 截留物续上表 膜类型 非对称性膜
浓度差 溶质的扩散传递
低分子量物、 大分子物 离子 电解质离子
电解质离子的 电位差 选择传递
非电解质， 大分子物 离子交换膜 质
难渗透性 气体或蒸 汽 难渗透性 溶质或溶 剂 待分离物 均相膜、复 合膜，非对 称膜 均相膜、复 合膜，非对 称膜
Capillary module
MEMBRANE MODULES
Hollow-fiber module
C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH
醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸纤维素性能 稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。 纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不 耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类 （合成高分子类）膜。
气体和蒸汽的 气体分离 压力差 扩散渗透
气体或蒸汽
渗透蒸发 压力差 选择传递
易渗溶质或 溶剂 杂质
反应促进和 液膜分离 浓度差 扩散传递
乳状液膜、 支撑液膜
电渗析运行时可能发生的过程
RO、 NF、UF、MF的区别
项目
孔径(nm) 截留粒径
RO
0.3-0.7 >0.06nm
NF
1-2
UF
1-100
35 35 90 70 70 120 160
无机膜多以金属及其氧化物、多孔玻璃、
陶瓷为材料。从结构上可分为致密膜、多
孔膜和复合非对称修正膜三种。
膜的制备
1. 分离膜制备工艺类型
膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样 的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能 差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性 能分离膜的重要保证。
ml/cm2· h。
以后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜，
pH适用范围为3～11，分离率可达99.5％（对盐水）， 透水速率为0.6 ml/cm2· h。长期使用稳定性好。由于 酰胺基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离氯有 较高要求。
聚酰亚胺具有很好的热稳定性和耐有机溶剂
能力，因此是一类较好的膜材料。例如，下列结
The feed solution always flows through the centre of the tubes while the permeate flows through supporting tube into the module housing .
管 式 膜
Tubular module
聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性，
强度也很高，pH值适应范围为1～13，最高使用温度
达120℃，抗氧化性和抗氯性都十分优良。因此已成
为重要的膜材料之一。
早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙-4、
尼龙-66等制成的中空纤维膜。这类产品对盐水的分
离率在80％～90％之间，但透水率很低，仅0.076
3. 复合制膜工艺
由L-S法制的膜，起分离作用的仅是接触空气 的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.25～ 1 m ，相当于总厚度的1/100左右。理论研究表明可 知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用L-S法 制备表面层小于0.1 m的膜极为困难。为此，发展 了复合制膜工艺，其方框图如图3所示。
大肠杆菌 (个/L) 细菌 (cfu/ml)
原水含量
700-1600 100-4000