膜过程是一门新兴的多种学科交叉的新技术，已经成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产品和生化产品的分离与纯化的重要过程，广泛应用于食品、饮料加工、水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。
膜从广义上讲可以定义为两相之间的一个不连续区间，它可以是固相，液相，甚至气相的。从分离的意义上来讲，膜可以定义为： Membranes are thin barriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more components 。
大多数的分离膜都是固体膜，目前，无论是从产量、产值、品种、功能或是应用对象上来讲，固体膜都占 99%以上，其中尤以有机高分子聚合物材料制备成的膜和其过程为主。无机膜近年来发展迅速。液膜也有其特点，但尚待发展。
物质选择透过膜的推动力可分为两类：一是外界能量，物质发生由低位到高位的转移；二是化学位差，物质由高位向低位转移。
膜分离过程的特点：高效；能耗（功耗）低；膜分离设备操作维护方便，运行稳定；规模和处理能力范围很大。
二、膜材料与膜组件
１．膜材料及分类
具有分离功能的固体膜目前主要以有机高分子聚合物为膜材料。以无机膜为膜材料的分离膜近年来发展迅速。
膜的分类主要有四种方法：
膜的分类主要有四种方法
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| 膜的分类主要有四种方法 | 按膜的结构分类 | 按膜的用途分类 | 按膜的作用机理分类 |
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天然膜 |
多孔膜 |
气相系统中用膜 |
吸附性膜 |
| 合成膜 | 微孔介质 | 气 - 液系统中用膜 | 扩散性膜 |
| 无机膜 | 大孔膜 | 液 - 液系统用膜 | 离子交换膜 |
| 高分子膜 | 非多孔膜 | 气 - 固系统用膜 | 选择渗透膜 |
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无机膜 | 液 - 固系统用膜 | 非选择性膜 |
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聚合物膜 | 固 - 固系统用膜 |
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液膜 |
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２．膜组件
膜面积愈大，单位时间透过量愈多，因此，当膜分离技术实际应用时，要求开发在单位体积内具有最大膜面积的组件。目前主要有以下几种形式：
板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式－ 0.5~10.0mm ；中空纤维式<0.5mm>。
表：各种膜组件特性
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名称/项目 |
中空纤维式 |
毛细管式 |
螺旋卷式 |
平板式 |
圆管式 |
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价格（元 /m 3 ） |
40~150 |
150~800 |
250~800 |
800~2500 |
400~1500 |
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冲填密度 |
高 |
中 |
中 |
低 |
低 |
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清洗 |
难 |
易 |
中 |
易 |
易 |
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压力降 |
高 |
中 |
中 |
中 |
低 |
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可否高压操作 |
可 |
否 |
可 |
较难 |
较难 |
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膜形式限制 |
有 |
有 |
无 |
无 |
无 |
三、膜分离过程
典型的膜分离过程特性如下表所示：
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过程 |
主要功能 |
膜 |
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微滤（ MF ） Microfiltration |
滤除 ≥50nm 的颗粒 |
对称细孔高分子膜 孔径 0.03~10nm |
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超滤（ UF ）Ultrafiltration |
滤除 5~100nm 的颗粒 |
非对称结构的多孔膜 孔径 1~20nm(MW1000~1000000) |
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反渗透（ RO ）Reverse Osmosis |
水溶液中溶解盐类的脱除 |
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渗析（透析）（ D ）Dialysis |
水溶液中无机酸、盐的脱除 |
强碱性离子交换膜、聚乙烯醇中性膜 |
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电渗析（ ED ）Electrodialysis |
水溶液中酸、碱、盐的脱除 |
阴阳离子交换膜 |
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气体分离（ GP ）Gas Permeation |
混合气体的分离 |
硅橡胶、聚砜、聚酰亚胺等非对称膜 |
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渗透汽化（ PV ）Pervaporation |
水 - 有机物的分离 |
聚乙烯醇等由皮层和多孔支撑结构层构成的复合膜 |
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液膜（ L ） Liquid Membrane |
盐、生理活性物质的分离 |
液体保存在对称或者非对称多孔膜的孔中 |
四、膜技术应用领域
当前主要膜分离过程的一些应用领域如下表所示：
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膜过程 |
应用领域 |
用途举例 |
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离子交换膜电渗析 |
浓缩 |
海水浓缩制盐 |
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脱盐 |
从海水或咸水制饮用水和工业用水 |
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电解 |
食盐电解烧碱 |
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反渗透过程 |
制水 |
海水淡化 |
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化学工业 |
石化废水处理 |
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医药 |
无菌水制造 |
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农畜水产 |
蛋白质回收 |
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食品加工 |
鱼油废水处理等 |
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水处理 |
下水的脱氮、脱磷、脱盐，水回收利用 |
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超滤 |
化学工业 |
胶乳回收等 |
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生物化工 |
发酵产品分离浓缩精制 |
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医药 |
生理活性物质浓缩，分离，精制 |
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水处理 |
超纯水，无菌水制造 |
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废水处理 |
高浓度活性污泥处理水中取出悬浮物，细菌去除 |
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微滤过程 |
化学工业 |
水、溶剂、酸，碱等化学品过滤，澄清 |
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生物化工 |
菌体浓缩分离 |
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电子工业 |
超纯水制备 |
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医疗 |
无热源纯净水制备 |
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食品 |
饮料中酵母和霉菌去除 |
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水处理 |
水中悬浮物，微小粒子和细菌去除 |
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气体分离 |
富氧膜 |
提高燃烧效率而节能 |
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氢分离膜 |
含氢气体中浓缩分离氢气 |
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CO 2 分离膜 |
天然气和沼气中 CO ２ 分离 |
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氦分离膜 |
天然气中氦分离 |
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脱湿膜 |
空气去湿 |
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扩散渗析 |
碱性型膜 |
各种溶液、废液，副产品中硫酸、酸盐的去除，精制，回收 |
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其他膜 |
糖类、醇，有机酸等脱盐 |
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生物传感器 |
氧传感器 |
乙二醇等测定 |
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微生物传感器 |
甲醇、乙醇、氨ＢＯＤ， |
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标识免疫传感器 |
乙型肝炎疫苗微量激素 |
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非标识免疫传感器 |
糖，梅毒菌，血 |
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公 司：杭州恒滤膜技术工程有限公司
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