膜分離是利用薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法的統(tǒng)稱。廢水處理中目前常用的方法有滲析法、電滲析法、反滲透法及超濾法等，其基本特性如表5-2。

膜分離技術(shù)有以下共同特點：①分離過程不發(fā)生相變，因此能量轉(zhuǎn)化效率高；②分離在常溫下進(jìn)行，特別適合于熱敏性物料，如果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮；③適用范圍廣，分離效率高；④裝置緊湊、占地省，操作簡單，易于自動化。

一、滲析法

人們很早就發(fā)現(xiàn)，一些動物膜，如膀胱膜、羊皮紙（一種把羊皮刮薄做成的紙），有分隔水溶液中某些溶質(zhì)的作用。例如，食鹽能透過羊皮紙，而糖、淀粉樹膠等則不能。這種具有選擇性的膜叫半透膜，而利用半透膜的選擇滲透性來分離或濃縮溶質(zhì)的方法就叫滲析法。

二、電滲析法

（一）電滲析原理

電滲析是在直流電場力作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇滲透性（與膜電荷相反的離子透過膜，相同的離子則被膜截留），使溶液中的離子作定向移動以達(dá)到脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。其中所用的離子交換膜有兩種，只允許陽離子通過的膜稱為陽膜，只允許陰離子通過的膜稱為陰膜。

在常規(guī)的電滲析器內(nèi)兩種膜成對交替平行排列，如圖５-29 所示，膜空間構(gòu)成一個個小室，兩端加上電極，施加電場，電場方向與膜平面垂直。

表5-2  幾種主要的膜分離過程

滲析

電滲析

超濾

反滲透

分離目的

大分子溶質(zhì)溶液脫小分子

水脫鹽、離子濃縮

脫除大分子

水脫鹽、溶質(zhì)濃縮

推動力

濃度差

電位差

壓力差0.1~1MPa

壓力差1~10MPa

分離機(jī)理

篩分微孔膜內(nèi)溶質(zhì)受阻擴(kuò)散

反離子經(jīng)離子交換膜定向移動

篩分及表面作用

溶劑的擴(kuò)散傳遞

透過組分

小分子溶質(zhì)

電解質(zhì)離子

小分子溶液

溶劑、中性小分子

截流組分

大分子和SS

非電解質(zhì)、大分子物質(zhì)

大分子溶質(zhì)

SS、大分子、鹽

膜類型

非對稱性膜、離子交換膜

離子交換膜

非對稱性膜

非對稱性膜或復(fù)合膜

簡圖

圖5-29 電滲析過程示意圖

含鹽料液均勻分布于各室中，水中的帶電離子在直流電場的作用下定向遷移。如在圖中２室中左邊為陽膜，右邊為陰膜，電場方向從左向右。此時，隔室中的陽離子便向陰極移動，遇到右邊的陰膜，被截留。陰離子向陽極移動，遇到左邊的陽膜也被截留。而其相鄰兩側(cè)室中，左室１內(nèi)陽離子可以通過陽膜進(jìn)入２室，右室３內(nèi)陰離子也可以通過陰膜進(jìn)入２室，這樣２室的離子濃度增加，故稱濃縮室。另一種隔室左邊為陰膜，右邊為陽膜。在此室內(nèi)的陰、陽離子都可以通過陰、陽膜進(jìn)入相鄰的室，而相鄰室內(nèi)的離子卻不能進(jìn)入此室。這樣室內(nèi)離子濃度降低，故稱為淡化室。

由于兩種膜交替排列，濃縮室和淡化室也是交替存在。若將兩股物流分別引出，就成為電滲析的兩種產(chǎn)品。

（二）電滲析的特點

１．電滲析只對電解質(zhì)的離子起選擇遷移作用，而對非電解質(zhì)不起作用；

２．電滲析除鹽過程中沒有物相的變化，因而能耗低：

３．電滲折過程中不需要從外界向工作液體中加入任何物質(zhì)．也不使用化學(xué)藥劑，因而

保證了工作液體原有的純凈程度，也沒有對環(huán)境的污染，屬于清潔工藝；

４．電滲析過程是在常溫常壓下進(jìn)行的。

（三）電滲析流程

 電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成（如圖5-30）。

 1．膜堆  位于電滲析器的中部，是由交替排列的濃、淡室隔板和陰膜及陽膜所組成，

是電滲析器除鹽的主要部位。  

 2．極區(qū)  位于膜堆兩側(cè)，包括電極和極水隔板。極水隔板供傳導(dǎo)電溫和排除廢氣、廢

濃之用，所以比較厚。

 3．夾緊裝置  電滲析器有兩種鎖緊方式：壓機(jī)鎖緊和螺桿鎖緊。大型電滲析器采用油

壓機(jī)鎖緊，中小型多采用螺桿鎖緊。

 4．組裝方式  有串聯(lián)、并聯(lián)及串 并聯(lián)。常用 級 和 段 來表示， 級 是指電級對

的數(shù)目。 段 是指水流方向，水流通過一個膜堆后，改變方向進(jìn)入后一個膜堆即增加一段。

各種電滲析器的組合方式如圖5 31所示。

圖5-30 電滲析器組裝示意圖

１－上壓板；２－墊板甲；３－電極托板；４－墊板乙；５－石墨電極；６－墊板丙；７－極框；８－陽膜；９－隔板甲；１０－陰膜；１１－隔板乙；１２－下壓板；１３－螺桿；１４－螺母；１５－共電極區(qū)

圖5-31  各種電滲析器的組合方式

三、超濾

（一）超濾過程

超濾是在壓力推動下的篩孔分離過程。超濾膜主要用于大分子、膠體、蛋白、微粒的分

離與濃縮。超濾膜對大分子溶質(zhì)的主要分離過程如下：

１．在膜表面及微孔內(nèi)吸附；

２．在膜面的機(jī)械截留；

３．在微孔中停留而被除去，

其基本原理如圖所示。超濾過程在對料掖施加一定的壓力后，高分子物質(zhì)、膠體等被半透膜所截留，而溶劑和低分子物質(zhì)、無機(jī)鹽透過膜。超濾膜具有選擇性表面層的主要作用是形成具有一定大小和形狀的孔，它的分離機(jī)理主要是靠物理的篩分作用。

（二）超濾膜

 超濾所用的膜為非對稱性膜，膜孔徑為1~20mm，能夠截留相對分子質(zhì)量500以上的大分子和膠體微粒，操作壓力一般為０.1一０.5MPa。目前，常用的膜材料有醋酸纖維、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。

  （三）超濾過程的工藝流程

超濾的操作方式可分為重過濾和錯流過濾兩大類。重過濾是靠料液的液柱壓力為推動力，但這樣操作濃差極化和膜污染嚴(yán)重，很少采用。而常采用的是錯流操作。錯流操作工藝流程又可分為間歇式和連續(xù)式。它們的特點和適用范圍見表5 3。

１．間歇操作  間歇操作適用于小規(guī)模生產(chǎn)，超濾工藝中工業(yè)污水處理及其溶液的濃縮過程多采用間歇工藝，間歇操作的主要持點是膜可以保持在一個濃度范圍內(nèi)運行，在低濃度時，可以得到膜水通量。

  ２．連續(xù)式操作  連續(xù)式操作常用于大規(guī)模生產(chǎn)，連續(xù)式超濾過程是指料液連續(xù)不斷加入貯槽和產(chǎn)品的不斷產(chǎn)出，可分為單級和多級。單級連續(xù)式操作過程的效率較低，一般采用如表5-3中所示的多級連續(xù)式操作。將幾個循環(huán)回路串聯(lián)起來，每一個回路即為一級，每一級都在一個固定的濃度下操作，從第1級到最后一級濃度逐漸增加。最后一級的濃度是最大的，即為濃縮產(chǎn)品。多級操作只有在最后一級的高濃度下操作，滲透通量最低，其他級操作濃度均較低，滲透通量相應(yīng)也較大，因此級效率高；而且多級操作所需的總膜面積較小。它適合在大規(guī)模生產(chǎn)中使用。