在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。

分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

根据推动力的不同，膜分离有下列几种：

浓度差：扩散渗析

电位差：电渗析

压力差：反渗透(RO, reverse osmosis)：MW＜100, 0.2-0.3nm, 2 – 3 A0

纳滤(NF, nanofiltration)：MW: 100-1000, 0.5-5 nm

超滤(UF, ultrafiltration)：MW: 1000—百万, 5 nm-0.2 μm

微滤(MF, microfiltration)：0.2-1 μm

(1A0=10-8 cm, 1m =10^2cm, 1nm=10-7cm)

膜分离的特点：

1、可在一般温度下操作，没有相变；

2、浓缩分离同时进行；

3、不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；

4、适应性强，运行稳定。

经过50多年的发展，我国膜产业已经步入快速成长期。超滤、微滤、反渗透等膜技术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意义的大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近400亿元。

随着国家节能减排要求和居民对饮水质量要求的不断提高，国内对水处理尤其是深度水处理的需求越来越迫切，作为水处理的核心元件——膜的应用将越来越广泛，市场总量也将越来越大。

国家环保总局环境规划院预测，我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达1.05万亿元和1.39万亿元，其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达4355亿元和4590亿元。在此背景下，广泛应用于污水处理的膜技术在未来十年间将迎来大发展。

此外，“十一五”以来，我国不断加大分离膜的研发和产业化推进力度，在开发分离膜新膜种和膜制造技术创新以及膜技术的工程应用方面走在了世界前列。2010年来，国家发改委、科技部和工信部等部委已将膜技术列入“十二五”重大产业技术予以专项支持。

在市场需求及产业政策的双重推动下，我国膜技术产业将迎来产值可观的“黄金十年”，预计这十年内我国膜法水处理工程将以40%的年增长率高速发展，膜产品产值年增长率也将达到20%以上，远远高于国际平均水平，届时中国膜市场将占全球膜市场总需求量的15%-20%。

水质直接影响着人们的健康。膜技术以其原理简单，操作方便，超强的净化效果被用于苦咸水淡化处理和软化水处理行业中。因此膜技术在水处理行业得到了广泛的应用和推崇。下面我们来了解一下膜技术的发展。

膜技术的发展：

1.低污染膜：

膜污染是反渗透膜技术应用中的最大危害。目前已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜在膜技术领域问世。

2.超低压膜：

由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点，自1999年以来超低压膜在膜技术领域应用比重日益增大，这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出，大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势。

3.带正电荷的反渗透膜：

现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酸胺，其膜表面均带有负电荷，膜技术的发展带来了表面带正电荷的低压复合膜，这种膜目前主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。

4.耐高温、食品级、卫生级反渗透膜：

普通水处理膜技术采用反渗透膜的使用温度均为0~45℃，但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合，可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外，各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜技术也开始在国内应用。

在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过性，分离溶质和水。

阴膜只让阴离子通过；阳膜只让阳离子通过。

阴极：

还原反应：2H+ +2e → H2↑

阴极室溶液呈碱性，结垢

阳极：

氧化反应：4OH－ → O2↑+2H2O +4e

或 2Cl-→Cl2↑+2e

阳极室溶液呈酸性，腐蚀

特点：只能将电解质从溶液中分离出去。不能去除有机物等。

离子交换树脂：树脂与离子之间发生交换反应

离子交换膜：对溶液中的离子具有选择透过的特性★按其结构分为：异相膜、均相膜。

异相膜：离子交换树脂磨成粉末，加入粘合剂，滚压在纤维网上。

均相膜：离子及交换树脂的母体材料制成连续的膜状物，作为底膜，然后在上面嵌接上活性基团。

★按离子选择性分：

阳离子交换膜（一般为聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中电离后，呈负电性

阴离子交换膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2 N（CH3）3OH，电离后，呈正电性

★离子交换膜选择透过性主要是由于：

（1）膜的孔隙结构；（2）活性交换基团的作用。

★离子交换膜是电渗析的关键部分，良好的电渗析应在于：

（1）高的离子选择性；（2）渗水性差；（3）导电性好；（4）化学稳定性和机械强度。

膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。膜技术是环境保护和环境治理的首选技术。在食品工业中也正在发挥着重要的作用。

膜是膜技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。

⑴ 按材料来源分：天然膜和合成膜，合成膜又分为有机膜与无机膜。

⑵ 按结构分有七类：

a.均质膜或致密膜，为结构均匀的致密膜。

b.对称微孔膜，平均孔径为0.02~10μm。按成膜方法不同，有三种类型的微孔膜，即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜。

c.非对称膜。膜断面为不对称结构，是工业上应用最多的膜。

d.复合膜。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。

e.离子交换膜。

f.荷电膜。

g.液膜。包括支撑液膜和乳状液膜。

⑶ 按形状分：平板膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜

膜技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。自从人们发现自来水含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及自来水管、水塔的二次污染后，就开始用反渗透膜制备纯净水。但是由于纯净水制作成本较高，而且在去除水中有害物质的同时，也把对人体有益的无机盐剔除掉了。于是，人们又用纯膜装置生产出具有矿泉水和纯净水两者优点的、具有生物活性的、可直接生饮的过滤水。

膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别，下图简单示意了四种不同的膜分离过程：（箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）：

微滤（MF） 又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05μm至1000μm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质，又可透析对人体有益的无机盐，已广泛应用于牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯 、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中，而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点，且具有生物活性，所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。

富氧膜以其分离气体的特殊功能，产生富氧空气，目前广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所，尤其在高山缺氧地区特别需要。 膜技术正在把我们的生活带入一个更新的时代。

浓缩提纯技术---纳滤膜技术。纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。

浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100~1000Dal的纳滤膜。纳滤膜对二价离子，功能性糖类，小分子色素，多肽，头孢菌素等物质的截留性高于98%，而对一些单价离子，小分子酸碱，醇等有30-50%的透过性能，常用于溶质的分级，溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整，溶液体系的浓缩等流体物质的分离、精制、浓缩、脱盐等工艺过程中。比如结晶母液的回收，树脂解析液的浓缩，热敏性物质的浓缩纯化等。

纳滤膜分离技术常被用于取代传统的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。

浓缩提出技术可采用的膜组件主要有：卷式膜，管式膜，中空纤维膜。

采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点：

1. 浓缩纯化过程在常温下进行，无相变，无化学反应，不带入其他杂质及造成产品的分解变性，特别适合于热敏性物质。

2. 可脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产品纯度，相对于溶剂脱盐，不仅产品品质更好，且收率还能有所提高。

3. 工艺过程收率高，损失少4. 可回收溶液中的酸，碱，醇等有效物质，实现资源的循环利用

5. 设备结构简介紧凑，占地面积小，能耗低

6. 操作简便，可实现自动化作业，稳定性好，维护方便。

反渗透（RO） 是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。

膜分离的基本工艺原理是较为简单的（参见下图）。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流出的量（L）称为膜通量（LMH），即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量（TDS）、离子浓度、黏度等。

基本流程

由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。

饮用水新的国家标准对微生物、重金属以及有机污染物提出了多项新的控制指标，而目前自来水厂采用的絮凝、沉淀和化学消毒方法只能适用于以优质水源为原水的情况，要消除重金属、有机污染物、高盐度、高硬度、毒素及部分致病微生物的影响，必须依靠超滤和反渗透膜技术。目前我国采用了膜技术的自来水厂的比例还不到1%。新版《生活饮用水卫生标准》的实施，给膜技术打开了更加广阔的市场空间，对膜技术的应用推广起到积极的促进作用。另外，通过膜技术的应用以减少水体污染，是从根本上解决饮水安全的必由之路。

提高饮用水安全标准，只是保障水安全的一个方面。我国人均水资源占有量只有世界人均水平的1/4，居世界第109位，严重缺水的现实对我国的经济发展已经形成了制约。过去10年间，我国再生水的用量大幅度提高。一方面，由于我国政府加大了对废水的治理力度，从外部环境上提高了防治水污染的要求；另一方面，水资源的紧缺成为化工企业新建扩建项目的瓶颈，加大工业废水的再生力度，实现水的循环利用和零排放也成为企业的内在需求。提高再生水的利用率将成为未来我国化工行业乃至整个国民经济可持续发展的必然选择，膜技术已经成为再生水用量提升的重要支撑。

除了工业用再生水，我国也加强了民用再生水设施的建设力度。今年4月19日，国务院办公厅正式转发《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，提出“十二五”期间，全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划投资近4300亿元，其中再生水利用设施建设投资达304亿元，目标是到“十二五”末,将我国城镇再生水利用率由目前的8.5%提高到15%以上。

目前膜技术在水处理领域推广应用存在两大瓶颈：一是设备投资和运营成本高，以饮用水为例，采用膜技术处理的饮用水成本会提高15%~30%；二是决策机构对民族品牌膜产品不够信任。要解决高成本问题，最主要的还是要通过技术创新手段。比如，采用复合热致相分离制膜技术制备聚偏氟乙烯（PVDF）毛细管膜、通过技术创新改变制膜方法降低膜成本，采用组件中增加爆气装置、气提内循环和重力过滤等新技术大幅度降低运营成本。此外，产品本地化也是降低成本的重要途径。

事实上，技术创新和技术进步是一个长期的过程，从原始技术研发，到生产出产品，到市场应用，到客户反馈，再到技术修正，这个过程至少需要3～5年。中国的膜技术要想在水处理市场上赢得信任，还需要市场考验和锤炼。但是，未来有关水再生和饮水安全方面的先进的膜技术一定会诞生在中国，因为这些技术的最大市场在中国。

随着膜技术的不断发展，膜技术在很多发面得到广泛的应用：

近年来，随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高，“回归自然”、“沐浴自然之温馨”已是现代建筑环境学发展的主流。室内外的视线越来越模糊，出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间，如：大厅装饰、天井、四季厅、动植物园、公园广场、观景台、舞台、体育场馆、体育看台、文化娱乐场所等。由于膜材的光透性，白天阳光可以透过膜材形成慢射光，使膜覆盖空间内达到和室外几乎一样的自然效果，因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。

一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情，同时，也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏，既有超凡脱俗的艺术价值，又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。膜结构以其轻盈飘逸的造型、柔美并带有力量的曲线和大跨度和大空间的鲜明个性和标识性，应用于城市小品设计中。

近年来，在人口密集的大城市，在居住区周边配置绿色空间并有人行步道。居民可以在不受车辆的影响下，在居住区附近的街心地带轻松愉快地散步、休憩，而感到十分惬意。在绿色空间中构造一座膜小品或者走廊、亭台水榭、休憩遮阳伞等，不仅生动地美化了环境（如同广阔绿洲中的点点白帆），又有很强的功能性（人们可以在行走之暇小憩一会儿），而且增加了空间的参差感。

商业街在城市中占有相当大的比重。商业街的建筑与环境是城市文明的窗口，代表着物质文明和精神文明的水平，同时，也是景观环境的重要组成部分。膜结构轻巧别致极具现代化风格，且表现形式多样易于安装移动，在商业街设计中得以广泛应用。

建筑入口使城市公共空间与建筑空间相邻的界面，成为城市空间的组成部分。它是人们视觉最先接触的部分，因此，除了功能以外，还应有很强的标识性，并能体现建筑的个性，是建筑环境和城市景观的重要组成部分。由于膜结构自然的曲线美是其他结构类型无法比拟的，故成为近来建筑入口及屋顶经常采用的形式。

利用膜结构轻巧，别致的造型建造各种半封闭，全封闭的不行空间，使其形成全天候的建筑空间，提供防风雨，防日晒等人工环境，并有较好的广告标识效果，因此是步行街改造和新建的绝佳选择。

随着都市现代化步伐的加快 , 汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。我国由于汽车工业高速发展，城市的汽车拥有量成倍上升，但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求，常常是车无停放之地。所以在建设群规划时就应充分考虑停车场的问题，把停车场的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分，变得越来越重要。同样，膜结构在停车场建设中也以其优美的造型和实在的功能担当重要角色。

在城市的入口处，设计拥有自己城市鲜明特色和文化韵味的建筑形式乃是每个城市发展的首选之作，而张拉膜以自己多变的特性，柔美的造型以及夜晚配合彩灯的照射所显示出特有的柔和的氛围更让过往着记忆深刻，同时极具现代感张拉膜又展现了一个城市的发展理念和思路。

1. 电力；

2.电子；

3.化工医药；

4.轻工；

5.生物；

6.食品饮料；

7.市政；

8.环保等行业。

它的应用范围广、产业关联度大。

PF超滤膜与微滤膜分离范围比较

在水处理领域中，超滤技术可以除去水中的细菌、病毒、热源和其它胶体物质，因此用于制取电子工业超纯水、医药工业中的注射剂、各种工业用水的净化以及饮用水的净化。在食品工业中，乳制品、果汁、酒、调味品等生产中逐步采用超滤技术，如牛奶或乳清中蛋白和低分子量的乳糖与水的分离，果汁澄清和去菌消毒，酒中有色蛋白、多糖及其它胶体杂质的去除等，酱油、醋中细菌的脱除，较传统方法显示出经济、可靠、保证质量等优点。

在医药和生物化工生产中，常需要对热敏性物质进行分离提纯，超滤技术对此显示其突出的优点。用超滤来分离浓缩生物活性物(如酶、病毒、核酸、特殊蛋白等)是相当合适的从动、植物中提取的药物(如生物碱、荷尔蒙等)，其提取液中常有大分子或固体物质，很多情况下可以用超滤来分离，使产品质量得到提高。

在废水处理领域，超滤技术用于电镀过程淋洗水的处理是成功的例子之一。在汽车和家具等金属制品的生产过程中，用电泳法将涂料沉积到金属表面上后，必需用清水将产品上吸着的电镀液洗掉。洗涤得到含涂料1～2%的淋洗废水，用超滤装置分离出清水，涂料得到浓缩后可以重新用于电涂，所得清水也可以直接用于清洗，即可实现水的循环使用。目前国内外大多数汽车工厂使用此法处理电涂淋洗水。

超滤技术也可用于纺织厂废水处理。纺织厂退浆液中含有聚乙烯醇(PVA)，用超滤装置回收PVA，清水回收使用，而浓缩后的PVA浓缩液可重新上浆使用。

随着新型膜材料(功能高分子、无机材料)的开发，膜的耐温、耐压、耐溶剂性能得以大幅度提高，超滤技术在石油化工、化学工业以及更多的领域应用将更为广泛。

微滤的应用

微滤主要用于除去溶液中大于0.05μm 左右的超细粒子，其应用十分广泛，在目前膜过程面业销售额中占首位。

在水的精制过程中，微滤技术可以除去细菌和固体杂质，可用于医药、饮料用水的生产。在电子工业超纯水制备中，微滤可用于超滤和反渗透过程的预处理和产品的终端保安过滤。微滤技术亦可用于啤酒、黄酒等各种酒类的过滤，以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物，使产品澄清，并延长存放期。微滤技术在药物除菌、生物检测等领域也有广泛的应用。