谈谈水处理技术中的膜分离系统

谈谈水处理技术中的膜分离系统

目录

??膜分离技术...................................................................2

??膜分离技术的发展历史.........................................................2

????选择适合特定应用的膜分离技术需要考虑以下几个因素...........................4

????膜分离技术的发展趋势.........................................................5

????膜分离技术的优缺点包括.......................................................5

????膜分离技术常见的工艺路线包括................................................6

????膜分离技术广泛应用领域.......................................................7

????膜分离技术在食品和饮料行业..................................................8

????食品和饮料行业中的应用优势..................................................9

??膜分离技术对于膜的要求........................................................10

??常见的膜分离系统经合形式...................................................11

??盐湖提锂常用的几种膜分离技术..............................................12

12.1.电渗析膜分离技术.........................12

12.2.纳滤膜分离技术.........................................................12

12.3.反渗透膜分离技术.........................13

12.4.超滤膜分离技术...........................13

????盐湖提锂用膜分离吱术优缺点................................................13

????以下是几种常用的膜材料....................................................14

????膜分离材料〜陶瓷膜的特点..................................................15

????选择合适陶瓷膜需要考虑因素................................................17

????常用的陶瓷膜材料及其特点..................................................18

????陶瓷膜孔径大小主要影响因素................................................19

????膜分离系统的整个配件系统..................................................20

??膜分离清洗系统通常包括设备...................................................21

??常见的清洗药剂............................................................22

??膜分离系统清洗频丞........................................................23

????如何延长膜分离系统使用....................................................24

24.电渗析.......................................................................25

24.1.第一部分早期探索.......................25

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24.2.第二部分技术突破......................................................27

24.3.第三部分商业应用......................................................28

24.4.第四部分电渗析在中国..................................................29

24.5.第五部分小结与展望....................................................31

膜分离技术

是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分

离的技术。在膜分离过程中，利用膜的选择透过性，使混合物中的某些成分得

以分离、提纯和浓缩。

膜分离技术的核心是膜，膜材料的种类和性能直接影响膜分离的效果和成

本。常见的膜材料包括有机膜、无机膜和复合膜等。根据膜孔径的大小，可以

将膜分离技术分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等多种类型。

膜分离技术有分离效率高、操作简单、设备占地面积小、无二次污染等优

点，广泛应用水处理、食品饮料、生物医药、石油化工、环保领域。

膜分离技术的发展历史

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可以追溯到20世纪初期。最早的膜分离技术是透析，用于分离血液中的废

物和毒素。20世纪30年代，纤维素膜被开发出来，并被用于分离水和盐分。

20世纪50年代，反渗透膜被开发出来，并被用于海水淡化和水处理。

20世纪60年代，超滤和微滤技术被开发出来，并被广泛应用于生物制药、

食品饮料等领域。同时，膜分离技术也被应用于气体分离和膜反应器等领域。

20世纪70年代，膜分离技术得到了进一步的发展，开发出了各种新型膜

材料和膜组件，如聚硼、聚酰胺、聚偏叙乙烯等膜材料，以及平板膜、管式膜、

中空纤维膜等膜组件。

20世纪80年代，膜分离技术在工业领域得到了广泛应用，如海水淡化、

污水处理、生物制药、食品饮料等领域。同时，膜分离技术也被应用于环境保

护和能源开发等领域。

20世纪90年代至今，膜分离技术得到了进一步的发展和应用，如膜生物

反应器、膜蒸饰、膜吸收等新型膜分离技术被开发出来，并被广泛应用于各个

领域。

总之，膜分离技术的发展历史可以追溯到20世纪初期，随着膜材料和膜组

件的不断发展和改进，膜分离技术在工业领域得到了广泛应用，并不断推动着

膜分离技术的发展和进步。

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??.选择适合特定应用的膜分离技术需要考虑以下几个因素

1.分离目的：不同的膜分离技术适用于不同的分离目的，例如，微滤和超滤

适用于去除悬浮物和大分子有机物，纳滤和反渗透适用于去除溶解性有机物和

盐分等。

2.分离物质的性质：需要考虑待分离物质的大小、形状、电荷、极性等性质,

以选择适合的膜材料和分离技术。

3.膜的性质：需要考虑膜的孔径大小、化学稳定性、机械强度、耐污染性等

性质，以满足特定应用的要求。

4.操作条件：需要考虑操作温度、压力、流速等因素，以确保膜分离技术的

高效稳定运行。

5.成本效益：需要综合考虑膜分离技术的设备成本、运行成本、维护成本等

因素，以选择经济实用的膜分离技术。

因此，选择适合特定应用的膜分离技术需要综合考虑多种因素，并根据实

际情况进行权衡和选择。在选择膜分离技术时，建议咨询专业的膜分离技术供

应商或工程师，以获得更好的技术支持和解决方案。

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。?.膜分离技术的发展趋势

高通量膜分离技术：该技术可以提高膜分离过程的通量，降低能源消耗，

提高生产效率。

多功能膜分离技术：该技术可以将多个分离过程集成在一个膜系统内，实

现多相、多组分物质的分离、纯化和浓缩。

环保型膜分离技术：该技术可以降低能源消耗、减少废物产生，实现绿色

生产。

生物膜分离技术：该技术利用生物膜材料进行分离、纯化和浓缩，具有生

物相容性好、选择性高等优点。

?。.膜分离技术的优缺点包括

1.分离效率高：膜分离技术可以实现对不同粒径分子的高效分离，分离效率

高达90%以上。

2.操作简单：膜分离技术操作简单，无需复杂的设备和操作步骤，易于实现

自动化控制。

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3.设备占地面积小:膜分离设备占地面积小，不需要大量的空间和土地资源。

4.无二次污染：膜分离过程中不需要添加化学药剂，不会产生二次污染，对

环境友好。

5.适用范围广：膜分离技术适用于多种不同的分离场景，如水处理、食品饮

料、生物医药、石油化工等领域。

6.膜污染：膜分离过程中，膜表面会受到污染，导致膜通量下降，分离效率

降低。

7.膜寿命有限：膜分离技术的膜寿命有限，需要定期更换和维护。

8.投资成本较高：膜分离技术的设备和膜材料成本较高，需要较高的投资成

本。

9.对预处理要求较高：膜分离技术对预处理要求较高，需要对进料进行预处

理，以防止膜污染和损坏。

10.对某些物质的分离效果有限：膜分离技术对某些物质的分离效果有限，

需要与其他分离技术相结合使用。

??.膜分离技术常见的工艺路线包括

L微滤(MF)：微滤是一种利用微孔膜去除悬浮物和大分子有机物的分离技

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术。工艺路线为：原水一预处理一微滤f后处理。

2.超滤(UF)：超滤是一种利用超滤膜去除溶解性有机物和盐分等的分离技

术。工艺路线为：原水一预处理一超滤一后处理。

3.纳滤(NF)：纳滤是一种利用纳滤膜去除溶解性有机物和盐分等的分离技

术。工艺路线为：原水一预处理一纳滤一后处理。

4.反渗透(R0)：反渗透是一种利用反渗透膜去除溶解性有机物和盐分等的分

离技术。工艺路线为：原水一预处理一反渗透一后处理。

5.膜蒸僧(MD)：膜蒸储是一种利用膜蒸僧膜去除溶解性有机物和盐分等的

分离技术。工艺路线为：原水一预处理一膜蒸饰一后处理。

6.膜萃取(ME)：膜萃取是一种利用膜萃取膜去除溶解性有机物和盐分等的

分离技术。工艺路线为：原水一预处理一膜萃取一后处理。

以上工艺路线仅供参考，具体的工艺路线应艰据实际情况进行选择和优化。

同时，不同的膜分离技术可以组合使用，以实现更好的分离效果。

.膜分离技术广泛应用领域

1.水处理：膜分离技术可以用于海水淡化、苦咸水淡化、污水处理、中水回

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用等领域，去除水中的悬浮物、有机物、盐分等杂质。

2.食品和饮料工业：膜分离技术可以用于果汁、饮料、奶制品、酒类等的分

离、浓缩和纯化。

3.制药工业：膜分离技术可以用于药物的分离、浓缩、纯化和提取。

4.生物技术：膜分离技术可以用于生物制药、生物燃料、生物反应器等领域

的分离、浓缩和纯化。

5.化学工业：膜分离技术可以用于化工产品的分离、浓缩、纯化和回收。

6.环保领域：膜分离技术可以用于工业废水、生活污水、废气等的处理和同

收。

7.能源领域：膜分离技术可以用于天然气、石油、页岩气等的分离和纯化。

8.电子工业：膜分离技术可以用于电子废水的处理和回收。

总之，膜分离技术在各个领域都有广泛的应用，具有高效、节能、环保等

优点，是一种非常有前途的分离技术。

??.膜分离技术在食品和饮料行业

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1.果汁和饮料的澄清和浓缩：膜分离技术可以去除果汁和饮料中的悬浮物、

蛋白质、多糖等杂质，提高产品的澄清度和稳定性。同时，膜分离技术也可以

用于果汁和饮料的浓缩，提高产品的浓度和质量。

2.奶制品的分离和纯化：膜分离技术可以用于奶制品的分离和纯化，如脱脂

奶、乳清蛋白的分离等，提高产品的纯度和质量。

3.酒类的澄清和纯化：膜分离技术可以用于酒类的澄清和纯化，如啤酒、葡

萄酒;白酒等的澄清和纯化，提高产品的澄清度和口感。

4.食品和饮料的脱盐和除味：膜分离技术可以用于食品和饮料的脱盐和除

味，如海水淡化、咸水淡化、食品和饮料的除味等，提高产品的口感和质量。

5.食品和饮料的生产过程控制：膜分离技术可以用于食品和饮料的生产过程

控制，如发酵过程中的产物分离和纯化、生产过程中的废水处理等，提高生产

效率和产品质量。

总之，膜分离技术在食品和饮料行业中有广泛的应用，可以提高产品的质

量和口感，同时也可以提高生产效率和降低生产成本。

??.食品和饮料行业中的应用优势

1.提高产品质量：膜分离技术uj以去除食品和饮料中的悬浮物、蛋白质、多

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糖等杂质，提高产品的澄清度和稳定性，同时也可以去除异味、苦味等不良味

道，提高产品的口感和品质。

2.提高生产效率：膜分离技术可以实现连续生产，减少生产过程中的停工时

间，提高生产效率。同时，膜分离技术可以在常温下进行，避免了传统分离方

法中需要加热或冷却的过程，降低了能源消耗。

3.节约成本：膜分离技术可以在常温下进行，减少了能源消耗，降低了生产

成本。同时，膜分离技术可以实现连续生产，减少了生产过程中的人工和设备

成本。

4.保护环境：膜分离技术不需要使用化学药剂，减少了对环境的污染。同时,

膜分离技术可以处理高浓度的废水和废液，减少了废水和废液的排放，保护了

环境。

5.提高产品附加值：膜分离技术可以对食品和饮料进行分离和纯化，提高产

品的纯度和附加值，增加了产品的竞争力。

膜分离技术在食品和饮料行业中的应用优势包括提高产品质量、提高生产

效率、节约成本、保护环境和提高产品附加值方面，广泛的应用前景。

膜分离技术对于膜的要求

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1.选择性：膜分离技术需要具有选择性，能够分离不同分子量、电荷、极性

等性质的物质。

2.通量：膜分离技术需要具有高通量，能够在单位时间内处理大量的物质。

3.稳定性：膜分离技术需要具有良好的稳定性，能够在恶劣的环境下长期稳

定地运行。

4.耐污染性：膜分离技术需要具有良好的耐污染性，能够抵抗污垢、微生物

等污染物质的侵蚀。

5.经济性：膜分离技术需要具有经济性，能够在成本效益方面具有优势。

根据不同的应用场景和分离要求，需要选择不同种类的膜材料和膜结构。

常见的膜材料包括有机膜、无机膜和复合膜等，其中有机膜具有良好的选择性

和通量，但耐高温和耐化学性较差；无机膜具有良好的耐高温和耐化学性，但

选择性和通量较差；复合膜则结合了两者的优点，具有良好的选择性、通量、

耐高温和耐化学性等特点。

常见的膜分离系统组合形式

1.预处理+微滤/超滤：用于去除溶液中的悬浮物、大分子有机物等杂质。

2.预处理+纳滤/反渗透：用于去除溶液中的盐分、重金属等杂质。

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3,预处理+纳滤/反渗透+浓缩：用于对溶液进行浓缩，提高产品浓度。

生微滤/超滤+纳滤/反渗透：用于对溶液进行分级分离，分离不同分子量的

物质。

5.纳滤/反渗透+电渗析：用于对溶液进行脱盐和浓缩，同时去除盐分和有机

物。

6.膜分离+蒸发：用于对溶液进行浓缩，同时去除水分和有机物。

不同的膜分离系统组合形式适用于不同的应用场景和分离要求，需要根据

实际情况进行选择和设计，在实际应用中，还需要考虑到膜污染、膜寿命等问

题，以保证膜分离系统的正常运行。

盐湖提锂常用的几种膜分离技术

12.1.电渗析膜分离技术

电渗析膜分离技术是一种利用离子交换膜的选择性透过作用，将盐湖中的

锂离子和其他杂质离子分离的技术。该技术具有操作简单、分离效率高、成本

低等优点，适用于盐湖提锂的工业化生产。

12.2.纳滤膜分离技术

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纳滤膜分离技术是一种利用纳滤膜的选择性透过作用，将盐湖中的锂离子

和其他杂质离子分离的技术。该技术具有分离效率高、操作简单、成本低等优

点，适用于盐湖提锂的工业化生产。

12.3.反渗透膜分离技术

反渗透膜分离技术是一种利用反渗透膜的选择性透过作用，将盐湖中的锂

离子和其他杂盾离子分离的技术.该技术具有分离效率高、操作简单、成本低

等优点，适用于盐湖提锂的工业化生产。

12.4.超滤膜分离技术

超滤膜分离技术是一种利用超滤膜的选择性透过作用，将盐湖中的锂离子

和其他杂质离子分离的技术。该技术具有分离效率高、操作简单、成本低等优

点，适用于盐湖提锂的工业化生产。

以上是盐湖提锂中常用的膜分离技术，不同的膜分离技术适用于不同的盐

湖提锂工艺，需要根据具体的情况选择合适的膜分离技术。

盐湖提锂用膜分离技术优缺点

1.选择性好：膜分离技术可以根据盐湖卤水中锂元素和其他杂质元素的大

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小、电荷、极性等性质进行分离，从而提高锂元素的纯度。

2.分离效率高：膜分离技术可以在常温下进行，不需要加热或冷却，因比可

以节省能源和成本。

3.操作简单：膜分离技术操作简单，不需要复杂的设备和工艺流程，易于实

现工业化生产。

4.环境友好：膜分离技术不需要使用化学药剂，不会产生污染，对环境友好。

5.膜污染：膜分离技术在使用过程中会受到膜污染的影响，导致分离效率下

降，需要定期清洗和更换膜组件。

6.成本较高：膜分离技术的设备和膜组件成本较高，需要较大的投资。

7.对预处理要求高：盐湖卤水中含有大量的杂质，需要进行预处理，以防止

膜污染和提高分离效率。

因此，在盐湖提锂中，需要根据实际情况选择合适的膜分离技术，并采取

相应的措施来解决膜污染和成本问题。

以下是几种常用的膜材料

1.聚酰胺膜：聚酰胺膜是一种常用的膜材料，具有耐腐蚀性好、通量高、分

离效率高的特点，适用于盐湖提锂等分离过程。

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2.聚碉膜：聚碉膜是一种高性能的膜材料，具有耐高温、耐酸碱、分离效率

高的特点，适用于盐湖提锂等分离过程。

3.聚偏氟乙烯膜：聚偏氟乙烯膜是一种耐腐蚀性好、通量高、分离效率高的

膜材料，适用于盐湖提锂等分离过程。

4.陶瓷膜：陶瓷膜是一种耐高温、耐酸碱、分离效率高的膜材料，适用于盐

湖提锂等分离过程。

5.纤维素膜：纤维素膜是一种成本低廉、分离效率较高的膜材料，适用于盐

湖提锂等分离过程。

几种常用膜材料，不同的膜材料适用于不同的分离过程，需要根据实际情

况选择合适的膜材料。

膜分离材料〜陶瓷膜的特点

1.耐高温：陶瓷膜可以在高温条件下使用，最高使用温度可以达到800C以

上，适用于高温分离和反应过程。

2.耐腐蚀：陶瓷膜具有良好的耐腐蚀性，可以抵抗各种化学物质的侵蚀，适

用于处理强酸、强碱、有机溶剂等腐蚀性溶液。

3.高通量：陶瓷膜具有高通量的特点，可以在较高的压力卜实现高效率的分

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离，适用于处理高浓度、高黏度的溶液。

4.易清洗：陶瓷膜表面光滑，不易被污染，且可以采用物理清洗和化学清洗

等方式进行清洗，清洗效果好。

5.长寿命：陶瓷膜具有较长的使用寿命，可以在恶劣的环境下长期稳定地运

行。

6.成本较高：相比于传统的膜材料，如聚飒、聚酰胺等，陶兖膜的制造成本

较高，限制了其在一些低成本领域的应用。

7.易脆裂：陶瓷膜的机械强度相对较低，容易在使用过程中出现脆裂现象，

需要在使用过程中注意保护。

8.选择性较差：陶瓷膜的选择性相对较差，对于一些复杂的混合物分离效果

不如其他膜材料。

9.制备工艺复杂：陶瓷膜的制备工艺相对复杂，需要采用特殊的制备方法和

工艺，限制了其在大规模生产中的应

陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、高通量、易清洗、长寿命等优点，适用于处

理高温、高浓度、高翱度、腐蚀性溶液等特殊场合。在膜分离技术中，陶瓷膜

被广泛应用于水处理、生物制药、食品饮料、化工等领域。陶瓷膜虽然具有一

些优点，但也存在成本较高、易脆裂、选择性较差、制备工艺复杂等缺点，需

要在使用过程中根据实际情况进行选择和应用c

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选择合适陶瓷膜需要考虑因素

1.分离对象：根据需要分离的混合物的性质和特点，选择合适的陶瓷膜材料。

例如，对于分离有机物和无机物，可以选择聚飒、聚酰胺等膜材料；对于分离

微生物和细胞，可以选择陶瓷膜材料。

2.分离目的：根据分离目的选择合适的陶瓷膜材料。例如，对于需要高纯度

分离的场合，可以选择高通量、高选择性的陶瓷膜材料；对于需要分离大分子

物质的场合，可以选择孔径较大的陶瓷膜材料。

3.操作条件：根据操作条件选择合适的陶瓷膜材料。例如，对于高温、高压、

强酸、强碱等恶劣条件下的分离，可以选择耐高温、耐腐蚀的陶瓷膜材料

4.成本：根据成本选择合适的陶瓷膜材料。不同的陶瓷膜材料价格不同，需

要根据实际情况选择成本合适的陶瓷膜材料。

5.可靠性：根据可靠性选择合适的陶瓷膜材料。陶瓷膜材料的可靠性直接影

响分离效果和使用寿命，需要选择可靠性高的陶瓷膜材料

总之，选择合适的陶瓷膜材料需要综合考虑分离对象、分离目的、操作条

件、成本和可靠性等因素，根据实际情况进行选择。在选择过程中，可以咨询

专业的陶瓷膜材料生产厂家或技术人员，以获得更好的建议和指导。

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常用的陶瓷膜材料及其特点

1.氧化铝陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

2.氧化船陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，适用干处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

3.碳化硅陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐IR］温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

4.氮化硅陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

5.钛酸钢陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

6.氧化钛陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐同温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

7.氧化锌陶瓷膜：具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，适用于处

理高温、高压、高腐但性的液体和气体。

这些陶瓷膜材料都具有优异的物理和化学性能，适用于不同的分离和过滤

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场合。在选择陶瓷膜材料时，需要根据具体的分离和过滤要求，综合考虑其分

离效果、化学稳定性、物理稳定性、经济性和可靠性等因素，选择最合适的陶

瓷膜材料。

陶瓷膜孔径大小主要影响因素

1.膜材料的选择：不同的膜材料具有不同的孔径大小和孔径分布，因此选择

合适的膜材料是控制孔径大小的关键。

2.制备工艺：陶瓷膜的制备工艺包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、烧结法等，

不同的制备工艺会对膜的孔径大小和孔径分布产生影响。

3.烧结温度：烧结温度是影响陶瓷膜孔径大小的重要因素之一。随着烧结温

度的升高，膜孔会逐渐收缩，孔径变小。

4.添加剂的选择：在陶瓷膜的制备过程中，可以添加一些添加剂来调节膜的

孔径大小和孔径分布。

通过控制这些因素，可以制备出具有不同孔径大小和孔径分布的陶瓷膜，

以满足不同分离需求。

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膜分离系统的整个配件系统

1.膜组件：膜分离系统的核心部分，用于实现物质的分离和浓缩。

2.泵：用于输送溶液，提供膜分离系统所需的压力。

3.管道和阀门：用于连接膜组件、泵和其他设备，以及调节流量和压力。

4.预处理系统：用于去除溶液中的杂质和悬浮物，以保护膜组件。

5.控制系统：用于控制膜分离系统的运行，包括流量、压力、温度等参数的

控制。

6.清洗系统：用于清洗膜组件，以恢复膜的通量和分离效率。

7.检测系统：用于检测溶液的浓度、流量、压力等参数，以保证膜分离系统

的正常运行。

8.储液罐：用于储存溶液，以满足膜分离系统的连续运行需求。

膜分离系统可能需要不同的配件系统，需要艰据实际情况进行选择和配置。

同时，在膜分离系统的运行过程中，还需要注意膜污染、膜寿命等问题，以保

证膜分离系统的正常运行。

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膜分离清洗系统通常包括设备

1.清洗水箱：用于储存清洗溶液。

2.清洗泵：用于输送清洗溶液，提供清洗所需的压力。

3.管道和阀门：用于连接清洗水箱、清洗泵和膜组件，以及调节流量和压力。

4.过滤器：用于过滤清洗溶液中的杂质，以保护膜组件。

5.流量计：用于测量清洗溶液的流量，以保证清洗效果。

6.温度计：用于测量清洗溶液的温度，以保证清洗效果。

7.压力计：用于测量清洗系统的压力，以保证清洗效果。

8.自动控制系统：用于控制清洗系统的运行，包括清洗时间、清洗流量、清

洗压力等参数的控制。

清洗系统是膜分离系统的重要组成部分，它用于清洗膜组件，以恢复膜的

通量和分离效率。不同的膜分离系统可能需要不同的清洗设备，需要根据实际

情况进行选择和配置。同时，在清洗过程中，需要注意清洗溶液的浓度、温度、

流量等参数，以保证清洗效果。

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常见的清洗药剂

1.酸清洗剂：用于去除膜表面的金属离子、无机盐和有机物等污垢，常用的

酸清洗剂包括盐酸、硝酸、硫酸等。

2.碱清洗剂：用于去除膜表面的有机物、微生物和藻类等污垢，常用的减清

洗剂包括氢氧化钠、氢氧化钾等。

3.氧化剂：用于去除膜表面的有机物和微生物等污垢，常用的氧化剂包括过

氧化氢、次氯酸钠等。

4.酶清洗剂：用于去除膜表面的有机物和微生物等污垢，常用的前清洗剂包

括蛋白酶、淀粉酶等。

5.表面活性剂：用于去除膜表面的有机物和微生物等污垢，常用的表面活性

剂包括卜二烷基苯磺酸钠、脂肪醵聚氧乙烯酸等。

膜分离系统可能需要不同的清洗药剂，需要艰据实际情况进行选择和配置。

同时，在清洗过程中，需要注意清洗药剂的浓度、温度、流量等参数，以保证

清洗效果。

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膜分离系统清洗频率

取决于多种因素，包括膜分离系统的类型、膜组件的类型、运行条件、处

理的溶液性质等。

一般来说，膜分离系统的清洗频率取决于膜污染的程度。如果膜污染较轻,

可以适当延长清洗周期；如果膜污染较重，则需要缩短清洗周期。

对于一些容易受到污染的膜分离系统，如超滤、纳滤等，清洗频率可能较

高，一般建议每隔1-2周进行一次清洗。

对于一些不易受到污染的膜分离系统，如反渗透等，清洗频率可能较低，

一般建议每隔1・3个月进行一次清洗。

需要注意的是，清洗频率也受到操作条件的影响，如操作压力、温度、流

量等。如果操作条件较为恶劣，则需要适当增加清洗频率。

总之，清洗系统的清洗频率需要根据实际情况进行调整，以保证膜分离系

统的正常运行。

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如何延长膜分离系统使用

1.预处埋：在膜分离系统前进行预处理，如过滤、沉淀、絮凝等，可以有效

去除溶液中的杂质和悬浮物，减少膜污染，从而延长膜的使用寿命。

2.定期清洗：定期清洗膜组件，去除膜表面的污垢和杂质，可以恢复膜的通

量和分离效率，延长膜的使用寿命。

3.控制操作条件：控制膜分离系统的操作条件，如温度、压力、流量等，避

免过度操作，减少膜的疲劳和损坏。

4.选择合适的膜组件：根据实际情况选择合适的膜组件，如膜材料、孔径、

通量等，以满足不同的分离需求。

5.维护设备：定期检查膜分离系统的设备和管道，确保系统的正常运行，减

少设备故障和损坏。

6.优化操作流程：优化膜分离系统的操作流程，如减少停机时间、避免突然

停机等，可以减少膜的损伤和污染，延长膜的使用寿命。

第24页共32页

需要注意的是，延长膜分离系统的使用寿命需要综合考虑多个因素，需要

根据实际情况进行选择和调整。同时.，在使用过程中，需要定期检查和维护膜

分离系统，以确保系统的正常运行。

24.电渗析

电渗析(Electrodialysis,ED)可能是最巧妙的膜分离过程。它不仅巧妙地使

用两种功能完全相反的膜，还通过无形的电场巧妙地操控水中带电离子的迁移。

作为一种水处理和分离技术，它广泛应用于苦咸水淡化、海水浓缩、废水回用

和工艺分离等领域。电渗析技术130年的发展历史，既经历了突破与辉煌，也

充满着彷徨与期待。

24.1.第一部分早期探索

顾名思义，电渗析以渗析(Dialysis)过程为基础。渗析过程离不开渗析膜。

渗析膜的特性是，小分子溶质或电解质离子可以透过，而大分子或胶体物质不

能透过。如果将含有小分子电解质的胶体溶液通过渗析膜置于纯水中，小分子

电解质就会由于浓差扩散透过渗析膜进入到纯水中，胶体溶液因此得到纯化。

这就是渗析过程。

说到渗析，似乎不能不提渗透(Osmosis)。二者都是依赖于膜和浓差扩散发

生的分离过程，主要区别在于膜的选择透过性质不一样。与渗析膜不同，渗透

膜只有水分子可以透过，小分子溶质或电解质离子是不能透过的。渗析现象每

天都在我们身体内发生，它是人体肾脏发挥功能的主要原理之一。肾脏功能受

损的病人会出现尿毒症，需要接受血液透析治疗。血液透析主要运用的就是渗

析膜和渗析过程。

1748年，法国物理学家诺莱(Jean-AntoineNollet)采用猪膀胱作为半透膜，

发现低浓度酒精溶液中的水透过膜进入到了高浓度酒精溶液中，第一次通过实

验观察到了渗透现象。1854年，英国格拉斯哥大学(GlasgowUniversity)化学家

格雷厄姆(ThomasGraham)采用羊皮纸作为渗析膜，第一次通过实验描述了氯化

钠等物质的渗析现象。

最早的电渗析概念起源于德国。1890年，德国人迈格罗(E.Maigrot)和萨贝

茨(J.Sabates)采用碳材料电极，首次将电场引入渗析过程，利用高锦酸盐浸渍纸

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作为渗析膜，用于加速纯化糖浆。1902年，德国人肖日迈尔(G.Schollmeyer)在

描述类似过程的一件专利中首次使用了电渗析(Electrodialysis)一词。

1911年，英国化学家道南(FrederickG.Dorman)通过实验研究了由于不同

电解质的透过性差异引起的半透膜两侧不均匀的电荷分布现象，即所谓的道南

平衡(Donnanequilibrium)01914年,贝蒂(A.Bethe)和托洛帕夫(T.Toropoff)

首次发现火棉胶、高镒酸盐浸渍纸、明胶膜等渗析膜的孔壁上带有一定的固定

负电荷。

1929年，泡利(W.Pauli)和雅尔科(E.Yalko)首次描述了三室电渗析装置，

置于中间室的料液中的阴离子和阳离子在电场作用下分别进入正极室和负极

室。1935年，特奥雷尔(T.Teorell)建立了荷电膜理论，认识到阳离子选择性透

过膜含有带负电荷的固定离子，阴离子选择性透过膜含有带正电荷的固定离子。

1939年，马内戈尔德(E.Manegold)和卡劳奇(C.Kalauch)首次在三室电渗析装置

中同时使用阴离了•选择性透过膜和阳离子选择性透过膜。

1940年，迈尔(K.H.Meyer)和施特劳斯(W.Strauss)首次提出，通过在电渗

析装置中设置阴膜和阳膜交替排布的重复单元，在直流电场作用下就会产生交

替的浓室和淡室。这一设想奠定了现代电渗析膜堆的基本结构，具有里程碑意

义。

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图1Meyer-Strauss膜堆(图片来自文献)

要将迈尔和施特劳斯的天才设想转变成现实，需要一个前提条件，那就是

所用的阴膜和阳膜具有足够优异的离子选择性。但当时最好的渗析膜，电导率

只有0.15mS/cm,离子交换容量只有0.03mmol/g,远远不能满足要求。然而,

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这一设想就像一盏明灯，为后来的研究者指出了明确的技术方向。

24.2.第二部分技术突破

1949年，离子选择性透过膜的制备技术取得了重大突破。这年7月，美国

科学家犹大(WalterJuda)和他的同事麦克雷(WayneA.McRae1首次制备出了现

代意义上的离子交换膜，并申请了第一件专利(US2636851)。他们首先闪现了采

用高电荷密度的离子交换树脂材料制备电渗析膜的智慧之光◎

离子交换树脂在当时也是个新鲜事物。尽管人们很早就观察到一些天然无

机材料具有离子交换能力，但直到1935年，英国化学家亚当斯(BasilA.Adams)

和福尔摩斯(EricL.Holmes)才首次发明了有机离子交换材料，即酚醛型离子交

换树脂。1947年前后，日后成为主流离子交换材料的苯乙烯系离子交换树指也

被发明。

接下来的问题是，如何制备具有离子交换树脂材料的电渗析膜呢？具有材

料基础的研究人员不难想到两条大的路线：一是从商品离子交换树脂出发，加

入粘接剂并以一定方式压制成薄膜；二是从单体出发，通过聚合反应和功能化

直接制成薄膜。前者得到的是异相膜，后者得到的是均相膜。

犹大和麦克雷对上述两种路线都进行了尝试。他们不但采用罗门哈斯

(RohmandHass)和陶氏化学(DowChemical)的商品离子交换树脂分别制成三种

异相离子交换膜，还通过聚合反应制成了两种均相膜，分别为酚醛型阳离子交

换膜和三聚鼠胺型阴离子交换膜。

犹大和麦克雷制备的离子交换膜，在0.1M氯化钾溶液中测得的电导率均超

过了25mS/cm,干基离子交换容量均超过了0.8mmol/g。这表明，他们将电渗

析膜的性能直接提升了两个数量级！

1949年7月，也就是在他们申请专利的当月，犹大就在戈登会议(Gordon

Conference)上公开「这一技术突破，并很快引起广泛注意和跟随研究。1952年

2月，纽约时报还用封面故事的形式，报道了犹大和麦克雷发明的离子交换膜。

作为发明现代离子交换膜的关键人物，犹大的经历值得多说几句。1916年,

犹大出生于德国柏林的一个犹太人家庭。1933年，也就是希特勒成为德国元首

的那一年，17岁的他以难民身份逃往瑞士。

1939年，犹大在法国取得物理化学博士学位。同年，他在恋人的帮助下获

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得一个美国学生签证，并进入哈佛大学读书。1944年，他从哈佛大学毕业并留

校开展研究工作。1946年前后，犹大开始涉足离子交换过程研究。

1948年，32岁的犹大从哈佛大学化学系转入麻省理工大学工业合作部，并

与吉利兰(EdwinR.Gilliland)教授等人共同创办了日后大名鼎鼎的Ionics公司。

犹大出任执行副总裁和技术总监，比他年长7岁、影响力更大的吉利兰则担任

CEOo

1956年，犹大和麦克雷还申请了第一件采用倒极模式的电渗析专利

(US2863813)。1960年，44岁的犹大离开了Ionics公司，将兴趣转向了燃料电

池和新能源方向。他又先后成功创办两家公司，是一位受人尊敬的创新者，95

岁时去世。

24.3.第三部分商业应用

成立于1948年的Ionics公司，既是现代离子交换膜的发明者，更是电渗析

技术商业应用的领导者。公司早期尝试了一些海水淡化应用，之后将市场聚焦

在更具经济性的苦咸水脱盐上，后来又拓展到乳清脱盐、废水回用等领域。

1953年12月，Ionics向沙特石油公司销售了第一台电渗析装置，正式开

启了电渗析技术商业应用的序幕。1957年,Ionics在加利福尼亚科林加(Coalinga)

小镇安装了美国国内第一台电渗析装置。到1970年，Ionics已经安装了208个

电渗析单元,总规模达到24,000吨/天。1974年，爱克拉荷马州的FossReservior

建成11,000吨/天的电渗析装置，成为当时世界上规模最大的膜脱盐工厂。

电渗析技术也在不断进步和发展。1974年,Ionics正式推出倒极电渗析(EDR)

装置，并成为苦咸水电渗析新的标配。1987年，美国Millipore公司制造出世界

上第一套商用电去离子(EDI)产品。

与此同时，反渗透技术也在不断成熟，对电渗析构成了激烈的竞争。到了

1980年代中后期，电渗析在苦咸水淡化市场中逐渐处于守势，开始专注于那些

结垢倾向大、回收率要求高和仅要求部分脱盐的应用。

1995年，美国最大的EDR装置在弗罗里达萨拉索塔(Sarasota)县建成，产

水规模达到45,000吨/天，回收率达到85%。2005年，GE以11亿美元的价格

收购了Ionics公司。2009年，GE承建的世界上最大的EDR淡化厂在西班牙阿

夫雷拉(Abrera)正式投运。该厂将河水部分脱盐后作为饮用水源，产水规模达到

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200,000吨/天，共用576个EDR膜堆，每个膜堆600对膜。这可能会成为电

渗析技术发展史上难以突破的辉煌记忆。2017年，GE电渗析业务随GE水处理

以34亿美元的价格整体卖给了苏伊士(SUEZ)水务。

离子交换膜和电渗析技术也在欧洲得到了发展。1949年11月，也就是在

犹大发布技术突破仅仅四个月后，来自伦敦沸石公司(ThePermutitCompany)

的科学家科瑞斯曼(T.R.E.Kressman)就向Nature投稿，并于1950年4月吩发

表了类似的研究成果。

1975年前后，捷克斯洛伐克铀工业部成立了中央实验室，开始研究铀开采

与下游加工过程中的环境问题。其中一个研究组由LubosNovak博士带领，主

攻膜技术在水处理和工业过程的应用。1985年，他们生产了第一张异相离子交

换膜。1992年年底，羞克斯洛伐克解体，LubosNovak博士及其团队基于前期

研究成果，成立了一家公司。这就是MEGA。

日本的离子交换膜和电渗析技术是一个独特的存在。它的主要目标是浓缩

海水以制取食盐。早在1950年，德山苏打(TokuyamaSoda)公司就开始在日本

研究离子交换膜。

1961年，旭化成(Asahikasei)公司建成了年产50,000吨盐的电渗析海水浓

缩工厂，将海水浓缩至15%以上。1969年，日本采用电渗析法生产的食盐达到

油万吨，约占30%c由于电渗析浓缩法制盐占地面积小且成本相对较低，1972

年日本法定废除了盐田法制盐，全部改为电渗析-蒸发法制盐。

时至今日，日本每年生产的食盐仍维持在100万吨左右，其余700万吨依

靠进口。日本制盐业规模多年保持平稳，电渗析产业也趋于饱和。1995年，德

山苏打与旭化成的离子交换膜业务合并，成立了亚斯通(Astom)公司。日本另一

家知名的离子交换膜供应商是旭硝子(AGC)公司，2018年更名为AGC株式会社。

除了上面提到的这几家知名公司，目前市场上的国外离子交换膜和电渗析

技术公司还包括德国的Fumatech公司、日本的Fujifilm公司等。

24.4.第四部分电渗析在中国

1958年，中科院化学所朱秀昌先生在《高分子通讯》杂志上，发表题为《离

子交换膜的制造及电渗析法溶液脱盐与浓缩》的论文，介绍离子交换膜的原理、

制备方法和电渗析原理，并报道了他们试制离子交换膜和电渗析隔板的初步成

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果。参与这一研究的还有海军后勤部的石松助理研究员。这是我国学者开展电

渗析技术研究的起点。

1960年，他们研制成功聚乙烯醇离子交换膜。1965年，以尼龙网聚氯乙

烯隔板、聚乙烯醉异相离子交换膜组成的第一代电渗析海水淡化器投入现场试

验，并应用于成昆西线铁路建设工地。1966年后，开始试生产聚乙烯异相离子

交换膜。

1967年，国家科委和国家海洋局组织了全国性的海水淡化会战。上海主要

负责电渗析技术研发，石松研究员担任技术负责人。同年，异相离子交换膜在

上海化工厂正式投产。这也标志着中国膜工业的起步。

上海化工厂主要生产苯乙烯磺酸型阳离子交换膜和苯乙烯季胺型阴离子交

换膜。制备方法是将阴、阳离子交换树脂烘干磨成细粉，加入聚乙烯粘合剂