生物膜过滤技术

生物膜过滤技术（精选9篇）

生物膜过滤技术 第1篇

本文在分析嗜热菌特点及优势的基础上,详细介绍了嗜热菌生物过滤塔对目前高温废气中常见的几种污染物的去除性能,并对嗜热菌生物过滤塔在有机废气处理中的发展方向进行了分析和展望。

1 嗜热菌的特点及其潜在优势

嗜热菌是一种嗜热型微生物,这类微生物适宜在高温条件下(55℃以上)生长并降解有机物。将嗜热菌接种于生物过滤装置处理中高温有机气体,具有以下几方面的优势:(1)高温条件下气体的传质效率和微生物的活性均较高,这有利于VOCs的去除;(2)绝大多数嗜热菌具有较强的耐热性,能够抵抗温度的突然变化对处理系统运行性能的影响;(3)高温条件下,生物过滤塔中的部分微生物细胞将发生自溶,可以避免生物量的过快积累,延缓填料层堵塞现象的发生;(4)嗜热菌对化学物质具有较高的耐受性,因此在成分复杂的有机气体中,嗜热菌仍可保持较高的活性。

2 嗜热菌生物过滤技术现状

目前,国内外已经有部分研究者就嗜热菌处理高温气体进行了尝试性的研究工作[6,7,8],嗜热菌生物过滤塔的温度范围及处理的目标污染物见表1。由表1可见,嗜热菌生物过滤塔运行的主要温度范围为50～70℃,处理的污染物主要是硫化氢、芳香族VOCs(如甲苯、苯等)和脂肪族VOCs(如乙醇等)。

2.1 嗜热菌生物过滤技术对硫化氢气体的处理性能

生物过滤技术最早应用于硫化氢等恶臭气体的处理。近年来,一些研究者开始关注生物过滤技术在高温条件下对硫化氢的去除效果。Ryu等[11]以堆肥作为嗜热菌接种源,系统考察了生物过滤塔在60℃条件下对硫化氢气体的去除性能,研究结果表明:在空塔气速为50 h-1(空塔停留时间为1.2min)、进口硫化氢质量浓度为32.3 g/m3的条件下,生物过滤塔对硫化氢的去除率可以达到95%以上,最大去除速率为56.6 g/(m3·h)。在此基础上,研究者进一步对生物过滤塔中的微生物进行了分离筛选,获得了一株属于Bacillus菌属的硫氧化菌(命名为TS03)。Bacillus sp.菌是一类典型的嗜热菌,已被证明可在高温条件下降解污染物[14]。

Indrani等[10]进一步比较了处理硫化氢的常温生物过滤塔和高温生物过滤塔中微生物对不同碳源的代谢特性。该研究小组以温泉底泥作为接种微生物,构建了3套生物过滤装置:对照组生物过滤塔温度维持为40℃(喷淋液温度),高温生物过滤塔温度分别控制为60℃和70℃(喷淋液温度);过滤塔的其他运行条件为营养液pH 4～5,硫化氢进口质量浓度1.7～56.1 g/m3,气体空塔停留时间15～60 s。3套生物过滤装置平行运行了9个月,在运行的前22天,由于缺乏碳源,所有生物过滤塔对硫化氢的去除率极低;第23天,在营养液中加入了质量分数为1%的葡萄糖,对照组生物过滤塔的硫化氢去除率得到明显提高(最大H2S去除速率为50 g/(m3·h),而高温生物过滤塔的去除率仍较低;第37天,向营养液中又加入质量分数为3%的谷氨酸一钠,此时高温生物过滤塔的去除率有明显提高(最大H2S去除速率为50 g/(m3·h))。

上述结果表明,在不同温度条件下运行的生物过滤塔中的微生物表现出不同的碳源代谢特性。产生这种差异的原因主要是由于温度改变了生物过滤塔中微生物的群落结构。在高温条件下运行的生物过滤塔中,成为优势菌的嗜热菌与常温菌在生理生化特性上存在明显差异,因此表现出不同的代行特性,进而表现出不同的硫化氢去除性能。

2.2 嗜热菌生物过滤技术对芳香族VOCs的处理性能

嗜热菌生物过滤技术处理芳香族VOCs的研究在国内外都已有报道。嗜热菌生物过滤塔处理芳香族VOCs的主要参数见表2。

王娟等[9]从某石化公司污水处理厂的曝气池中采集活性污泥,利用甲苯气体驯化30 d后接种至生物过滤塔中,在气体空塔停留时间为2.5 min条件下,逐渐升高进气温度,考察了过滤塔对30～60℃气体中甲苯的去除率,结果表明:过滤塔对30,40,50,60℃气体中甲苯的平均去除率分别为74.8%,82.7%,59.5%,55.9%;40℃时去除率最高,随着气体温度上升,去除率逐渐降低,但当气体温度为60℃时仍有明显的去除能力;镜检结果发现,随着温度的升高,过滤塔中短杆菌减少的数量远多于球形菌,表明球形菌可能更适应高温环境。

Cho等[13]考察了嗜热菌生物过滤塔(填料层温度为60℃)对苯与甲苯混合气体的处理性能,当向填料层只加入无机盐营养液时,过滤塔对VOCs的最大去除速率仅为470 g/(m3·h)(体积空速30 h-1,进口负荷约为2 000 g/(m3·h));当在无机盐营养液中加入5 g/L的酵母浸膏后,在相同的条件下,过滤塔对VOCs的最大去除速率增加至1 650 g/(m3·h)。上述结果表明,在无机盐营养液中加入酵母浸膏有助于提高嗜热菌生物过滤塔的运行性能。此外,该研究还对生物过滤塔中的微生物群落进行了DNA分析,从中分离获得了两株优势菌,分别为Rubrobbacter sp.和Mycobacterium sp.,均为嗜热菌。进一步的研究还发现,上述两类嗜热菌对混合气体中苯的去除率高于甲苯,这与传统常温生物过滤塔的处理结果相反[16]。类似的结果在其他的研究中也有报道,如Mohammad等[15]比较了生物过滤塔在常温(20℃)和高温(50℃)条件下对苯、甲苯、乙基苯和二甲苯的去除性能,结果表明,在较高的进口负荷下(213 g/(m3·h)),高温生物过滤塔对苯的去除率接近100%,而常温生物过滤塔对苯的去除率只有10%。上述结果说明,对于一些常温菌难处理的污染物,可以考虑采用嗜热菌进行处理。

2.3 嗜热菌生物过滤技术对脂肪类VOCs的处理性能

Cox等[12]比较了生物过滤塔在常温(22℃)和高温(53℃)条件下对乙醇气体的处理性能,当进气中乙醇质量浓度为5 g/m3、空塔停留时间为57 s时,两个生物过滤塔的乙醇去除性能相当,最大去除速率均超过220 g/(m3·h);当温度升至62℃时,高温生物过滤塔的处理性能明显下降,最佳的运行温度范围为20～60℃。对微生物的分析结果表明,高温生物过滤塔中的优势菌包括嗜热菌和嗜温菌,多为杆型菌。高温生物过滤塔1%～10%的优势菌群可在常温下存活,而常温生物过滤塔中的菌种只有约0.001%～0.010%可在高温下存活,由此推断高温生物过滤塔的微生物群落的生物多样性较常温生物过滤塔更为丰富[12];数据表明,乙醇在高温生物过滤塔中转化为二氧化碳的转化率(60%)明显高于常温生物过滤塔(46%)。与之相应,高温生物过滤塔中的生物累积量相对较低,其原因可能是嗜热菌微生物生长速率较低,或是微生物在高温条件下发生了自溶[12]。

3 嗜热菌生物过滤塔处理高温废气的研究方向

目前,已有少数报道介绍了嗜热菌处理高温废气的可行性和运行性能方面的研究,已有的研究结果也证明了该研究方向具有较好的研究价值和应用前景。但是,目前国内外的研究工作仍属于起步阶段,其中一些关键的科学技术问题还有待进一步深入研究,例如:适合嗜热菌生物特性的生物过滤塔快速启动方法的建立;嗜热菌生物过滤塔在不同操作条件(尤其是在特殊操作条件,如冲击负荷等)下的去除特性和系统的优化运行方案;嗜热菌细胞在高温条件下的生长和自溶过程以及嗜热菌在长期运行中的增殖规律与生物量调控技术;生物过滤塔中微生物群落在高温条件下的演变规律;以及嗜热菌生物过滤塔运行性能的数学模拟等。这些问题都是嗜热菌生物过滤技术应用过程中的关键和难点,也是该领域未来重要的研究方向[17,18,19,20]。

4 结语

生物过滤除臭填料挂膜驯化试验研究 第2篇

生物过滤除臭填料挂膜驯化试验研究

摘要：将填料装入生物滤塔之前,对其进行挂膜驯化培养,待其成功后即可装填使用.试验结果表明,第12 d后,发现树皮表面长有生物膜.在没有营养盐供应的.情况下,微生物依然可以利用有机填料作为碳源进行代谢反应.42 d后,从生物膜的镜检和混合液的pH值变化可知,用于除臭的优势微生物驯化成功.作 者：富立鹏 FU Li-peng 作者单位：武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉,430070期 刊：工业安全与环保 PKU Journal：INDUSTRIAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION年，卷(期)：,33(12)分类号：X7关键词：臭气 填料 挂膜 驯化

陶瓷膜死端过滤研究新进展 第3篇

关键词：陶瓷膜,死端过滤,回收率

目前在水处理领域有着广阔的应用前景的膜技术被认为是“二十一世纪的水处理技术”, 既可用于给水处理, 也可用于废水处理。无机陶瓷膜作为一种新型的膜材料, 与传统的有机膜相比, 无机陶瓷过滤膜具有机械强度高、化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐高温高压、使用寿命长并且冲洗条件要求低等优点, 随着对无机陶瓷膜技术研究的不断深入, 无机陶瓷膜市场以每年30%的速度增长, 被广泛的应用于食品、饮料、医药、化工、环保等方面, 而且开始将陶瓷膜分离技术应用于水处理、中水回用等领域。

目前国内外对于陶瓷膜的应用主要有两种技术:

1) 错流过滤。

在错流过滤时, 液体从一端进入膜通道内从另外一端流出, 因为膜通道内流体的流速很高, 在过滤的同时浓缩液体可以扫流一部分附着在膜表面的附着物一同流出, 膜通道内表面附着的截留物较少, 因此错流过滤反冲洗频率较低, 但是由于错流过滤液体从一端进入膜通道内从另外一端流出, 流体在膜通道内基本上是水平方向的推动力, 垂直作用于膜表面的推动力 (压力) 很小, 原料液向膜外渗透力较弱, 单位时间获得的过滤液量较少, 回收率较低 (30%～40%) , 错流过滤反冲洗频率较低, 操作较简单, 特别适合需长期运行的大型过滤设备, 国内普遍采用这种过滤技术。

2) 死端过滤。

死端过滤时因为一端封闭, 原料液由一端进入膜通道内后呈静止受压状态, 原料液以一定的推动力 (静压力) 向膜外渗透, 过滤速度快, 出水回收率高可达95%, 但在过滤过程中, 膜内表面上不断有悬浊粒子被截流, 不断被截流的固形悬浮粒子增厚形成滤饼层, 使过滤膜阻力增大, 过滤速度减小, 为了减少过滤阻力恢复膜过滤状态, 需要对过滤膜洗涤, 因此死端过滤反冲洗频率较高, 操作较繁琐, 不适合长期运行的大型过滤设备, 因此国内很少使用这种过滤技术。

但陶瓷膜死端过滤较错流过滤, 有过滤速度快、回收率高、设备体积小等优点, 特别适合用在野外作业时携带的小型净水设备, 随着环境污染的日趋严峻, 而人们对饮水的要求越来越高, 野外作业时的便携式净水设备逐渐走进了人们的生活。陶瓷膜死端过滤的技术应用的研究势在必行, 本文总结了几种死端过滤的应用类型。

1 管式陶瓷膜死端过滤组件

管式陶瓷膜组件由于其易加工, 安装方便, 目前大多应用此类型。管式陶瓷膜, 顾名思义, 就是将陶瓷基体浇筑成管状, 在管内壁或外壁挂膜, 原料液流入管内, 在静压力的作用下原料液向外渗透, 达到去除杂质的目的。管式陶瓷膜组件使用时, 可单管使用, 也可组合起来形成类似于列管换热器的形式。便携式净水设备, 一般采用单管形式, 例如, 隋贤栋发明的笔式陶瓷膜净水器均采用管式死端过滤形式。此法有效的增大了膜过滤面积, 提高了过滤速度, 而且操作简单、安装方便、易于维护, 不失为一种有效的陶瓷膜过滤手段。但由于无机陶瓷过滤管属脆性元件, 在使用过程中, 受疲劳和其他不确定因素的影响, 极易破碎, 成为了制约其使用的重要因素。

2 平板式陶瓷膜过滤组件

由于有效过滤面小, 且过滤面承受能力, 尤其是大尺寸平板制作难度大等问题, 导致平板式陶瓷膜不能大量应用于工业生产中, 但平板式陶瓷膜过滤装置构造简单 (见图1) , 条件易控制, 膜面形状规则, 普遍应用于实验, 对膜性质的评估与操作条件的调试。随着对实验要求的越来越高, 对平板式陶瓷膜的要求也越来越高, 为提高其性能出现了金属支撑平板陶瓷膜, 无支撑多孔陶瓷平板膜等新型平板式陶瓷膜, 大大提高了平板式陶瓷膜的性能, 极大的扩大了其应用范围。

3 旋转圆筒型过滤膜组件

旋转圆筒型过滤膜组件是由阿不都瓦依提·玉素甫设计的一种由马达带动旋转的陶瓷过滤膜筒为核心的封闭式过滤装置 (见图2) 。在工作过程中, 原料液注满高速旋转的过滤筒, 过滤液透过陶瓷膜由出水口流出, 与此同时, 原料液在压力作用下注入过滤筒, 一部分原料液由过滤筒流出, 形成循环。在过滤筒高速旋转过程中, 过滤膜表面生成的滤饼不断被扫流 (即利用料液对过滤膜表面的剪切力) , 使过滤膜表面始终保持暴露状态或保持很薄的滤饼层厚度, 能使过滤操作始终保持连续稳定的 (平衡) 过滤状态, 从而提高过滤效果。笔者认为, 此过滤形式虽不是传统的死端过滤, 但其原料液始终在一个密闭系统中循环, 其过滤原理与死端一致, 因此为死端过滤的一种形式。旋转圆筒型过滤是一种新型的过滤形式, 既解决了错流过滤的回收率, 同时又解决了死端过滤的膜污染问题。

4 结语

1) 陶瓷膜死端过滤由于其易污染, 不易清洗等问题, 很少应用于实际工程中。但陶瓷膜死端过滤, 回收率高, 单位产水能耗少, 装置集成性高, 有很高的实用价值。

2) 传统的死端过滤工艺易污染, 清洗困难, 不能保持连续稳定的过滤状态。

3) 旋转圆筒型过滤工艺, 集错流过滤和死端过滤优势于一身, 解决了错流过滤的回收率的同时又解决了死端过滤的膜污染问题。

生物膜过滤技术 第4篇

针对膜生物反应器对难生化降解物质去除率不高,出水中仍残留部分污染物,对水安全和回用造成一定影响这一不足,综述了膜生物反应器出水深度处理及回用技术,并指出了今后的发展方向.

作 者：冯美丽 陆继来 张利民 王为木 王小平夏明芳 吴志超 FENG Mei-li LU Ji-lai ZHANG Li-min WANG Wei-mu WANG Xiao-ping XIA Ming-fang WU Zhi-chao 作者单位：冯美丽,王为木,FENG Mei-li,WANG Wei-mu(河海大学农业工程学院,南京,210098)

陆继来,张利民,王小平,夏明芳,LU Ji-lai,ZHANG Li-min,WANG Xiao-ping,XIA Ming-fang(江苏省环境科学研究院,南京,210036)

吴志超,WU Zhi-chao(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)

生物化工及膜分离技术研究进展 第5篇

关键词：生物化工,膜分离,膜处理技术

生物化工的分离技术属于整个生物技术的重要组成部分, 通常称之为生物技术的下游加工技术。生物化工分离技术成败, 直接关系着产品是否具有实用价值和市场竞争力。膜分离技术具有效率高、设备简单、节约能源、适合生物产品处理等优点, 膜分离技术在生物化工领域发挥了巨大作用。

1 生物化工技术研究进展

生物化工是一门以实验研究作为理论基础, 融入工程研究, 综合工程技术理论、酶工程、细胞工程和遗传工程理论, 采用工程研究、过程设计和操作控制, 最终产生目标产物。生物化工具有重要地位, 产出的产品具有成本低、实用价值高等特点, 在人类解决健康、食品、能源、环境和资源问题上做出了巨大贡献。

生物化工技术的发展以抗生素的发酵和大规模生产为标志, 产生于第二次世界大战时期。弗莱明在1928年发现青霉素后, 抗生素就呈现快速发展趋势。第二次世界大战之后, 生物化工逐渐从动植物细胞培养、生物催化、转基因等传统和新型生物技术中脱离分化出来, 形成独立的科学体系。味精的调味使用、酒精的医药用途、氨基酸的发酵、激素的生物转化, 这就是生物化工发展的历史见证。在发展过程中, 生物化工逐渐成为工业、农业、饮食、医学的重要科学技术。目前, 生物化工已经渗透至化妆品、人造皮革、医用药物、农业生产、污水处理、中医药提取等方面。

2 膜分离技术及研究进展

2.1 渗析式膜分离

渗析式膜分离技术通过将被处理溶液放置在固体膜一侧, 在膜的另一侧放置接纳渗析组分的溶剂或溶液, 通过浓度和电位差等将料液中的溶质或离子推动穿透膜进入到接受液中, 从而实现分离。

2.2 过滤式膜分离

过滤式膜分离技术是在分离器一侧放置待处理溶液, 通过自身形成的压力和额外增加的压力差的推动, 让部分物质通过膜进行过滤, 从而形成渗滤液, 没有通过膜的部分溶液形成滤余液。采用混合气体, 可以形成渗滤气和滤余气。由于待处理的混合物质在组分上存在差异, 分子大小的差异也较大, 使得此类物质通过膜的速率存在差别, 因而导致残留部分和透过部分的组分有所差异。目前, 过滤式膜分离技术主要包括渗滤、气体渗透、超滤、微滤等方面。

2.3 液膜分离

液膜分离技术是在分离过程中, 第一液相、第二液相和第三液相分别是料液、接受液、液膜, 在接受液和料液之间放置液膜, 三个液相相互独立。液膜分离过程属于萃取和反萃取的有机结合, 液膜按照操作方式和构型, 可以分成支撑液膜技术和乳化液膜技术。

2.4 膜分离技术在生物化工实际应用中存在的主要问题

尽管膜分离技术具有较多优点, 属于较为理想的分离技术, 但在实际应用过程中, 却发现依然存在各类问题。在膜分离过程中, 膜面容易受到污染, 在膜面形成附着层, 附着层的产生降低了膜的透水率、降低了膜的使用性能, 同时也形成了浓差极化现象。为了能够降低浓差极化现象的影响, 通常采用错流流程进行规避, 错流流程为过滤液主体水平流过膜面, 而并非是将滤液垂直通过膜面。在膜分离技术中, 还容易产生膜污染问题, 随着运行时间的增加, 膜的透水率逐渐下降, 通常需要及时清洗膜内和膜面的污染物, 从而提高透水率。一般多采用化学清洗剂或高速水流清洗。虽然膜分离原理较为简单, 在生物化工领域的应用较为广泛, 但是由于生物化工产品的性质各异、品类繁多, 采用膜分离技术会产生不同的影响。比如, 吸附容易堵塞膜孔等问题, 如果想要科学利用膜分离技术, 必须要针对实际过程和操作方法进行改进。

2.5膜分离技术在生物化工中的应用进展

膜分离技术具有效率高、防止热敏性物质失活等优势, 因此在生物化工领域的应用非常广泛。通过采用反渗透和超滤方式可以除去医药用水中的热源, 采用超滤法在氨基酸生产中可以除去热源, 同时具有除菌作用。采用超滤技术可以处理粗酶液, 使低分子和水、盐类从膜孔渗出, 形成精制酶和浓缩酶。膜分离技术具有设备简单、分离效率高、适合生物产品处理等优势, 为国民经济发展和科学进步作出了突出贡献。随着研究的不断深入, 膜分离技术的应用范围将越来越广泛。膜分离技术的最大发展障碍就是膜分离性能的降低, 通过解决该问题, 必将促进膜分离技术在生物化工领域发挥更大作用。

3 结语

膜分离技术在生物化工领域具有重要作用, 通过采用合理的膜分离方式, 产生不同的化工产品, 从而更好地为各行各业服务。通过妥善处理膜分离性能下降的问题, 能够更加深入得促进膜分离技术的发展, 为生物化工技术应用范围的扩大, 贡献积极作用。

参考文献

[1]郑建东, 马君昌.生物化工及膜分离技术研究进展[J].化学与生物工程, 2005, 22 (12) :8-10.

[2]李继香.膜分离技术在生物化工领域的应用[J].上海化工, 2012, 37 (3) :21-23.

[3]刘军.膜分离技术在生物化工中的应用[J].科技信息 (学术版) , 2007, (9) :84-85.

生物膜过滤技术 第6篇

传统的过滤设备中过滤液体垂直于过滤介质, 是利用泵送葡萄酒产生压力, 在过滤层的一面与另一面形成压力差, 使葡萄酒在压力的作用下从过滤介质中通过, 利用过滤介质的、筛选和吸附作用过滤去酒液中的杂质, 达到澄清酒液、除菌的目的。

错流膜过滤设备打破了传统过滤机制, 液体的流向和滤膜相切, 使得滤膜的孔隙不容易堵塞。错流过滤时待过滤的葡萄酒在泵压力推动下, 带着混浊的微粒, 高速在管状滤膜的内壁流动, 部分滤液通过半渗透膜流到管外, 部分带有混浊微粒的葡萄酒尚滞留在管中, 在毛细管中的滤膜里循环, 并被不断地浓缩, 最大限度地滤出澄清的酒液, 全自动封闭式设计最大限度地保持了葡萄酒的特征, 降低了葡萄酒中的溶氧量。

错流膜过滤设备在应用中有许多优于硅藻土过滤设备的地方:

1) 错流膜过滤设备在过滤酒液时, 由于酒液流向和滤膜相切, 使附着在滤膜上的残留物质很薄, 其过滤阻力增加不大, 能长时间内保持稳定不变的过滤速度。而硅藻土过滤设备的过滤速度受滤液的粘度和温度、过滤介质的厚度、过滤面积和过滤压力的影响, 很难在长时间内保持稳定不变的过滤速度。

2) 错流膜过滤设备具有自动反冲先功能, 当滤膜的孔隙堵塞时, 过滤速度会降低, 错流膜过滤设备就会使用高速的小量的滤出液从滤膜管外进行反冲, 把固体的堵塞物推入滤膜管内, 随待过滤的葡萄酒快速地移走, 使半渗透膜不容易被堵塞, 延长滤膜的使用寿命。反冲洗大约能提高20~25%的过滤能力, 而硅藻土过滤设备不能对过滤介质进行反冲洗, 从而降低了过滤介质的过滤能力。

3) 错流膜过滤设备反冲洗功能提高了过滤滤膜的使用寿命, 不必经常更换滤膜, 而硅藻土过滤设备需经常更换过滤介质, 要不断地添加涂层, 废弃的硅藻土不容易降解, 对环境造成的污染大, 排放的污水量也大。

4) 错流膜过滤设备的自动化程度比较高, 操作简便运行过程中具有过载保护, 安全可靠, 不需要人监视操作, 减少了劳动力的费用支出。而且膜分离系固定孔径纯物理截流, 出液指标不受滤料、人员操作能力的影响, 相当稳定, 产成品质量高。不需要对操作员工进行特殊的培训, 因此在生产费用上, 错流膜的过滤费用要远远低于硅藻土和纸板的费用支出。

5) 葡萄酒中的氧气是葡萄酒氧化主要原因, 氧化后的葡萄酒的色泽、口感和气味都会产生很大的变化。错流膜过滤设备在生产过程中采用的是全封闭式的生产, 因此用错流膜过滤设备生产出的葡萄酒的含氧量要明显低于传统过滤设备生产的葡萄酒, 很大程度地提高了葡萄酒的品质。

6) 采用错流膜过滤设备滤出的葡萄酒的浊度要远远低于传统过滤设备滤出的葡萄酒, 错流过滤设备能显著提高产品的过滤质量, 采用错流膜过滤的葡萄酒澄清度高, 更富光泽感, 并截留酒液中99%以上的微生物, 使葡萄酒的卫生指标符合国家标准。并且膜过滤对葡萄酒中有效的醇类、酸类和干浸出物等理化指标基本无影响。最大程度的保留了葡萄酒的原有香气和口感。

综合来看, 错流膜过滤设备的过滤面积大, 工作周期长, 过滤速度快, 消耗辅料少, 自动化程度高, 节省时间、人力、物力:在一定浊度范围内, 错流过滤速度受酒液浊度影响少, 酒损耗少;两种过滤方法所得的酒的理化指标、外观、口感无明显差别, 错流过滤的酒样香气要略好些。

但是如果从经济的角度考虑, 单纯的用错流膜过滤设备来取代其他一切过滤操作也是不可取的。如果酒液过度浑浊, 没有经过预处理, 就对含有大量固体微粒的葡萄酒进行错流过滤, 不仅会降低半渗透膜的过滤能力, 也增加了反冲和碱清洗的次数, 会缩短滤膜的使用寿命, 而更换滤膜的费用很昂贵, 这样其节约的过滤材料和清洗剂, 难以补偿其经济损失。这样就达不到我们要降低生产成本, 提高资金利用率和劳动生产率的目的, 不利于公司的长远发展。因此我们应在对葡萄酒进行错流过滤前先进行下胶澄清和硅藻土粗滤处理, 这样既可以减少硅藻土的使用量, 又可以延长错流膜的使用寿命。减少了日渐枯竭的硅藻土的使用, 减少了废弃硅藻土对环境造成的污染, 减少了污水的排放量, 同时还减少了更换错流膜的次数, 降低了生产费用。这既符合环保发展的要求, 又为生产出高品质的葡萄酒提供了有力的保证。

错流过滤技术应用于葡萄酒生产是葡萄酒生产技术的重大变革。把错流过滤技术和传统过滤技术相结合使用不仅可以过滤出质量优越的葡萄酒, 还可以简化生产流程提高生产效率, 形成规模化生产, 降低生产成本, 同是做到节能减排, 达到国家的环保要求。对于公司的长远发展具有重要意义。

参考文献

[1]吴军, 张军等.错流过滤技术在干红葡萄酒冷稳定环节中的应用.中国科学院上海冶金研究所, 材料物理与化学专业博士论文, 2000.

[2]关于错流过滤及其应用.

生物膜过滤技术 第7篇

从环境监测的角度来讲,油烟可作为挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)处理和控制[3,4]。根据经典过滤理论,在过滤的稳定阶段,油烟微粒的捕集受拦截效应、惯性沉积、扩散效应、重力效应、静电效应5种主要机理作用[5]。低温等离子体(Non-thermal Plasma,NTP)主要是由气体放电产生,其内部富含电子、离子、自由基和激发态分子,为一些需要很大活化能的反应提供了一条理想途径,在清除VOCs、NOx、SO2等大气污染治理方面已频繁使用[6,7]。

现有的抽排油烟设备(抽油烟机、排风扇等)仅将厨房操作间内产生的油烟直接排到大气中,虽然解决了厨房内的空气污染,但所排放的油烟会严重污染室外环境。目前国内外油烟治理技术主要有机械法(过滤、吸附、旋风等)、高压静电法、湿式处理法等几种,但都有一定的不足和局限[8]。从油烟净化效率来看,在今后一段时期内国内油烟净化市场将以机械-静电、湿式-静电等复合式处理方法的主流[9]。本文采用低温等离子体技术复合改性过滤膜对厨房油烟进行净化,取得了良好的净化效果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

(1)高温回流标准油:按照GB 18483-2001《饮食业油烟排放标准(试行)》对市售大豆油于300 ℃回流2 h获得。

(2)改性过滤膜:采用浸渍法,以AG-710为整理剂,对熔喷聚丙烯非织造布(50 g/m2)进行拒水拒油后整理。后整理工艺条件为:整理液浓度5%,pH值6,浸泡时间20 min,培烘温度85 ℃,培烘时间2.5 min。

(3)ϕ50 mm针头过滤器,上海医药工业研究院;ϕ47mm定性滤纸(PM10、PM2.5颗粒切割采样膜),英国Whatman;AR1140电子天平,美国奥豪斯通用型;JNB-208B电子变压器,珠海金波科创电子有限公司。

1.2 装置与流程

实验采用尾部抽气法,装置如图1所示。用针头过滤器夹持改性过滤膜;其后接一段式线—筒式低温等离子体发生反应器[10],反应器以外径ϕ30 mm壁厚2 mm的石英玻璃管作为介质,管外包裹铝网作为阴极接地,轴心用电缆铜丝作为阳极接可控高压电;用粒径切割滤膜截留经过滤-NTP复合净化的油烟排放物;用活性炭管吸附油烟排放物中的挥发性有机物。

1.油烟发生器;2.改性过滤膜;3.接高压电源装置;4.NTP净化器;5.接地保护装置;6.排放物颗粒分级捕集装置

2 结果与讨论

2.1 改性过滤膜的油烟去除效率

改变空气流量和采集时间,测试了改性过滤膜的油烟去除效率,结果如图2所示。

由图2发现,该改性过滤膜在实验条件下油烟去除效率均高于70%,平均油烟去除效率为86.57%。分别对油烟去除效率与空气流量、采集时间的单因素方差分析知,空气流量对油烟去除效率有影响,而采集时间的影响不显著。

2.2 NTP放电控制参数对油烟净化效果的影响

2.2.1 放电电压

放电电压直接影响到NTP的产生,并影响到油烟排放浓度,应对其重点考察。由于瞬时放电电压较难直接测量,而其受输入电压影响。故实验控制输入电压6 kV、8 kV、10 kV、12 kV、14 kV、16 kV,在恒定阴极铝网轴向长度50 mm,阳极铜芯横截面积4 mm2条件下,测试了颗粒物沉积质量分配比,如图3所示。

由图3可知,随着控制电压的增大,在石英管上的油烟质量比率增加,且逐渐呈增量减缓趋势;PM10颗粒物质量比率先降低,在控制电压12 kV时达到最低,而后小幅增加;危害性更大的PM2.5颗粒物质量比率总体呈下降趋势。

2.2.2 放电空间

实验通过改变阴阳极的重叠区域改变放电空间,由于保持阳极贯穿NTP净化器,通过改变阴极铝网轴向长度为20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm、70 mm,实现放电空间改变。恒定输入电压12 kV,阳极铜芯横截面积4 mm2,测得颗粒物沉积质量分配比如图4所示。

由图4可知,随着放电空间的增大,在石英管上的油烟质量比率显著增加;PM10颗粒物质量比率趋于降低,而PM2.5颗粒物质量比率在轴向长度大于50 mm后呈现下降趋势,显现出低温等离子体的空间效应。

2.3 油烟分级排放浓度

通过对油烟排放物分级计重以及对空气体积流量计量,计算了排放物分级排放浓度,如图5所示,图中U1～U6号实验条件同2.2.1,L1～L6号实验条件同2.2.2,A1～A4号实验为恒定输入电压12 kV,阴极铝网轴向长度50 mm,阳极铜芯横截面积依次为1.5 mm2、2.5 mm2、4 mm2、6 mm2。

由图5可知,通过NTP复合改性过滤膜技术可满足现行油烟排放要求,不同NTP控制参数对油烟分级排放浓度的影响程度各不相同。选取适当的参数可以显著降低油烟中PM10和PM2.5的排放浓度,达到环保和健康的目的。

3 结 论

(1)采用NTP复合过滤技术净化油烟,其油烟去除效率和油烟排放浓度可满足现行餐饮和家居生活的环保要求,其中改性过滤膜在实验条件下的油烟去除效率高于70%,平均值86.57%。

(2)低温等离子体技术可改变油烟排放物中颗粒物分级结构,在大气环境治理方面,尤其对PM10、PM2.5的治理具有现实意义,相对于目前广泛采用的活性炭吸附,具有节能、维护成本低的特点。

(3)高电压、低空速是低温等离子体净化油烟的关键,选择合理经济的工艺参数,是该技术工业化应用的关键。

(4)现行GB 18483-2001仅对饮食业单位的油烟最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率进行了限制,与现阶段大气污染治理和检测已存在一定的差距。现有绝大多数油烟净化设备中并未考虑油烟排放物中PM10和PM2.5的测定指标,尤其是2012年《环境空气质量标准》的实施,使此方面的产品面临新的技术挑战。

参考文献

[1]国家环境保护总局.GB 18483-2001饮食业油烟排放标准(试行)[S].2001.

[2]崔明珍.饭店厨房空气中的化学成分分析[J].中国公共卫生,1994,10(1):21-22.

[3]Yu B F,Hu Z B,Liu M,et al.Review of research on air-conditioningsystems and indoor air quality control for human health[J].InternationalJournal of Refrigeration,2009,32(1):3-20.

[4]梁衍魁.餐饮业烹调油烟气的组成与危害及其净化方法探讨[J].能源与环境,2004(1):43-44.

[5]李永祥.高效空气滤纸过滤性能测试方法的研究[D].天津:天津大学,2003.

[6]Kohno H,Berezin A A,Jen-Shih C,et al.Destruction of volatile organ-ic compounds used in a semiconductor industry by a capillary tube dis-charge reactor[J].Industry Applications,IEEE Transactions on,1998,34(5):953-966.

[7]Vandenbroucke A M,Morent R,De Geyter N,et al.Non-thermal plas-mas for non-catalytic and catalytic VOC abatement[J].Journal ofHazardous Materials,2011,195:30-54.

[8]张楷,马永亮,徐康富.油烟净化设备的应用现状及其市场分析[J].环境保护,2002(1):43-45.

[9]邓九兰,韩国君,张文俊.复合式油烟及有害气体净化设备的研制[J].环境保护科学,1999,25(3):6-8.

生物膜过滤技术 第8篇

关键词：膜生物反应器,工业污水,治理

膜生物反应器简称MBR (Membrane Bioreactor) , 是一种以膜分离技术结合生物处理技术产生的新型污水处理系统。这种系统摒弃了传统的生物处理技术, 利用膜组件在生物反应器中保持高浓度的活性污泥, 增加有机负荷, 从而利用保持低污泥负荷来保持污泥量。MBR技术早在20世纪60年代就有所应用, 我国在20世纪90年代引进。目前, MBR技术已经被广泛应用于我国污水、尤其是工业污水处理上, 这种技术对于石油化工废水、生活污水以及难降解、浓度高的工业废水处理有着至关重要的作用。

1 MBR技术的工作原理

传统污水处理中, 多使用二沉池方式进行固液分离, MBR生物处理技术取代了二沉池, 克服传统处理过程中污泥易膨胀、水质不稳定的不足, 进行高效的固液分离。

接下来, 笔者将简要介绍MBR的工作流程:首先, 污水经过除砂处理与一级过滤后, 进入到厌氧区, 这个流程提升了污水的可生化性, 并且让活性污泥增加了与污水的接触时间, 提高降解力度;接下来污水回流入缺氧区, 在缺氧区内, 大分子有机物将被分解为小分子有机物, 便于生化;随后污水流入好氧区, 干物在这里被降解, 同时完成硝化生物反应;接着污水回流至厌氧区进行反消化反应, 这是的污水会脱氮;接下来, 膜组件就能将这些经过处理的混合液进行泥水分离。泥水分离分为两种情况, 能够通过膜组件的被定义为清水, 会流入清水池, 而不能通过的污水会流入生物选择池。

组成膜组件的中空纤维膜的孔径极小, 可以将曝气池中的游离细菌与细菌胶团保留在膜内不流入清水池, 有效实现泥水分离。同时在净化的过程中能够去除各种藻类、悬浮颗粒、COD、细菌以及有机物, 保障了水质的优良。

2 MBR技术的优点

2.1 处理后水质好

经过MBR处理过后的水, COD含量在50 mg/L以下, BOD含量在5 mg/L以下, 水的浊度可达到0.1NTU以下, 可以直接作为再生水来使用, 有效减少了污水的排放, 提高了水资源的利用率。

2.2 抗冲击能力强

MBR技术的微生物量能够保持在一个很高的程度, MLSS浓度能够达到8000~20000 mg/L, 由于这种高浓度, 膜生物技术的负荷率远远高于传统技术, 高密度使得抗冲击能力也很强。

2.3 占地面积小

之前提到, 膜生物技术的中空纤维膜的孔径极小, 能够有效截留游离细菌与细菌胶团, 更有效的进行泥水分离。由于这种模式已经能够泥水分离, 故传统占地面积较大的二沉池可以省略掉, 节省了土地使用面积。

2.4 排污效果强

由于容积负荷率较高, 污水在最后一步之前已经能够得到有效除污, 因此可以大量减少后续的污水处理费用, 减少了对环境的二次污染。

2.5 处理规模大

由于膜生物反应器技术的模块化特征较强, 因此在生物构筑物内, 提高污泥浓度与增加模组数量这些手段能够轻易实现扩容效果, 十分便捷的加强污水处理能力。

2.6 自动化程度高

膜生物反应器处理技术比较容易实现自动化的控制方式, 主要是由于其主处理的单元较少。若是配合使用在线仪表以及必要数据库及软件程序, 便可实现对MBR的智能化控制了。

2.7 控制运行灵活

膜生物的高密度高截留功效能够将微生物完全截留下来, 保存在生物反应器之中, 这时膜生物反应器的水力停留时间与污泥泥龄是完全分离的, 从而让控制运行更加的稳定、灵活。

3 MBR在工业污水中的处理方案

3.1 对污水的机械性预处理

任何污水的处理都离不开将大型污物分离开来这一步骤, 对于膜生物反应器来讲, 将污水中较大固体杂物取出对机械性预警的要求很高。超滤膜分为不同类型对处理的要求也不尽相同。相对于板式过滤器来说, 内部中空纤维处理器对于毛发类物质较为敏感, 这要求对污水进行很仔细的过滤, 其过滤的筛网空隙要求达到1 mm以内, 才能让毛发物质在膜内生成辩物质;而对于板式膜来说, 筛网空隙通常在1~3 mm之间, 不需要用到非常精细的处理。

3.2 对污水进行化学处理

在工业污水的处理上, 污水中的油脂会在生化处理之前被去除。若油脂已经是乳化液形式, 则会添加一些化学药剂来提高气浮装置的去污效率。通过去除污水中含有的大量油脂, 能够有效降低后续程序的生化处理负荷。从构筑物角度来看, 化学处理有以下几点好处。

(1) 通过用化学药剂去除了难以分解的油脂, 降低了污水的污染浓度, 减少了生化曝气池的体积以及曝气装置的使用量, 在设备购买上也可以降低曝气鼓风机的规格。

(2) 化学药品能够快速分解油脂, 加快气浮装置的使用效率, 在一定程度上减少设备的费用投资。同时由于设备运行时间减少, 也能够降低曝气处理的操作费用。

(3) 在生化曝气池内, 膜过滤装置与曝气搅拌装置由于不需要再进行油脂处理其性能也受到了一定保护。

然而, 化学处理也有一些缺陷:化学药剂的投放若是遇到大面积油脂需加大剂量;气浮装置有时需要单独机房来进行存放;保养工作量相应增加。通过分析化学处理的优缺点, 在现实处理中必须考虑项目的具体情况, 分析方案的经济性与可行性, 综合考虑, 看看消费哪些操作物质能够既有效有经济的达到处理目的。

3.3 膜生物反应器

膜生物反应器由两部分组成:一是通过活性污泥降解有害污染物质;二是采用超膜组件达到固液分离。为了给活性污泥絮凝块提供充足的氧气, 必须在曝气池下面安装多个曝气装置, 来保证细泡的均匀分布。

膜组件通常是直接安放在曝气池中, 也可单独安装在分隔的过滤箱内。一般情况下, 若是膜组件被安放在生化曝气池中, 池顶需要配置天车来吊出需保养的膜装置。真空旋转模装置属于板式的膜处理, 板式膜的环形部分安装在旋转中轴上面, 通过驱动电机缓慢转动来达到工作的目的。

在装置转动工作期间, 水渠通过超滤膜来吸收渗滤液, 渗滤液被抽取后将会收集在特定的集液管内, 通过轴承离开装置。由于负压状态下的抽吸会在反应膜表面形成累积层, 因此必须定期采用冲刷方式进行清理。由于膜板是转动工作, 可以将冲洗棒置于膜板的二分之一处进行冲洗, 这样既能有效冲洗到全部位置, 又能大量减少冲洗空气量。

3.4 剩余污泥处理

无论何种污水处理方式, 最后都会剩下污泥, 必须进行后处理。膜生物反应器技术在设计之前就应充分考虑对污泥的处理方式与处置方式, 就我国目前污水处理大环境而言, 一般采取以下两种途径。

(1) 采用机械脱水与机械浓缩, 在污水处理厂内将剩余的污泥进行脱水浓缩处理。将处理之后的污泥发酵后填埋处理或是用于农业肥料。但是在多数处理厂内, 只是将污泥脱水压缩, 并没有进行后续填埋工作, 只处理、不处置的工作态度需要及时纠正。

(2) 少部分污水处理厂内装有整套的处理装置。污泥在高度浓缩之后进行厌氧式的发酵, 并通过沼气池来产电。在产电过程中, 废热可以用于热干化脱水污泥, 是一套循环的处理系统。这种处理系统虽然能够有效解决污泥的处理与处置, 但过程过于复杂, 所需要的资金投入量也比较大, 因此只用于大型污水处理厂。

4 结语

随着人们生态意识的增强, 膜生物反应器技术已经成功应用于多个污水处理领域。相较于传统污水处理技术, MBR最明显的优势就在于处理能力强、占地面积小、处理后的污水可二次回收利用。

膜生物处理只是整套工业污水处理中的一个流程、环节, 对于整套工业污水处理系统来说, 除了气浮装置与机械过滤装置进行预处理外, 污泥的后续处理与处置也是工业污水处理的内容之一。只有全盘考虑、精密规划设计, 充分利用膜生反应器技术, 才能达到污水处理的有效性, 从而达到保护环境的目的。

参考文献

[1]徐中华.膜生物反应器技术在综合污水处理中的应用[J].石油规划设计, 2009 (3) .

[2]胡政波.膜生物反应器污水处理技术[J].北方环境, 2010 (1) .

[3]李立.膜生物反应器技术在工业污水处理中的应用进展[J].给水排水动态, 2009 (6) .

[4]宋万召, 杨云军.膜生物反应器在我国工业污水处理中的发展进程[J].北方环境, 2012 (1) .

生物膜过滤技术 第9篇

1.1 膜分离技术的简介

膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离,分级,提纯和富集。根据膜材质和孔径大小的不同,我们可以将膜分离技术分为一般微滤(MF),超滤(UF),反渗透(RO),纳滤(NF)等等。

膜分离技术自从20世纪60年代被用于工业生产以来,经历了膜材质从大孔径到小孔径,推动力从重力场到多种电化学作用共同作用的发展模式。自从上世纪90年到之后TFC膜(低压聚酰胺复合膜)的成功研制之后,膜分离技术在现代化工和生物工程的各个方面都得到了广泛的应用。

1.2 膜分离技术的独特优势

而在这些现代分离技术中,膜分离技术的基本原理是利用高分子薄膜的选择透过性为分离的基本原理,以压力差,电势差,电渗差等为动力,以达到物质在薄膜间的传质而达到分离的目的。因此在经历了:微孔过滤,渗析,电渗析,反渗透,超滤,气体分离,渗透气化等发展过程后[1],现代膜分离技术具有反应条件要求低(常温下即可发生);是一个物理过程,不发生化学变化所以损耗较小;膜分离过程中多以压力差为动力(渗透压也包括在内);膜的性质稳定的情况下膜分离系统可以有极大的分离范围;膜分离过程的研究比较透彻,分离的流程控制比较容易控制从而得到更高纯度的分离产物[2]。这些优点都使得它在实际运用中都具有很高的价值,而被广泛使用在工业和科研中。

1.3 膜分离技术与生命科学的结合

近些年来生物领域飞速发展,一系列系统理论的建立使得生物科学向更精细更严谨的方向发展,人们对于生物制品需求扩大的同时对其的安全性可靠性的要求也越来越高。尤其是分子生物学的建立使得生命科学的范畴更加靠近生命的本质。而随着分子生物学的发展,它对与物质的分离与鉴定的要求也越来越高,传统的分离手段已经无法满足,但膜分离技术等为代表的现代分离技术(其特点前文已述)却很好的迎合了他的需求,因此被广泛的运用于科研与实际生产过程中。

2 现代膜分离技术的基本过程与原理详细

2.1 膜分离技术的基本原理以及其分类

以压力差为推动力的液体膜分离过程通常可根据分离对象的大小和膜的不同分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。根据待分离样品的性质以及分离所选用薄膜的性质尤其是薄膜的孔径的大小还有分离纯度,分离时间,分离速率等方面的要求可以有针对性的选取合适的分离方法,以达到分离预期结果[3]。

2.2 膜分离技术的不同操作模式

膜分离技术原理简单,因此它的工艺流程也便于标准化。由于待分离物质中我们想要的目的产物的分子量各有不同,我们的目标产物最终出现的位置也不同:小分子物质一般会通过薄膜最终在滤过液中富集。而大分子物质会在膜的另一侧由于无法滤过被截留在浓缩液中。为了使膜分离过程中的损耗尽可能的小,时间尽可能的短,我们会在料液中添加渗滤溶剂,它可以和小分子组分互相作用和小分子物质一同穿过薄膜从而加速小分子物质过膜速率,使大分子与小分子物质的分离加速,从而解决了高浓度的溶液过膜速率过慢的问题。收集浓缩液得到其中被截留的大分子称为浓缩。与此不同,利用渗滤溶剂进行的膜分离过程称为渗滤。

在实际工作中二者往往搭配使用,操作过程由预浓缩、恒容渗滤和后浓缩三个阶段组成:利用浓缩模式使料液的浓度上升,在过膜速率出现了明显下降的时候转化为渗滤模式,从而达到克服高浓度料液透过速率低,减少浓差极化与膜污染的目的,加快分离速率以免影响物质活性的目的。有时为使纯度达到要求还可以采用多级分离的方法从而使物质分离的更加彻底。

在选择具体的膜分离方式时,我们要考虑的因素有:与上下操作间的衔接,对于膜使用寿命的影响,分离效果的好坏等等。

2.3 膜分离的计算模型以及效果衡量

膜分离的传质原理有两个主流理论:双模理论和溶质穿透理论。

双模理论认为,气液界面间存在的气膜和液膜集中了主要的传质阻力,溶质分子在这两个膜层内梯度扩散,按照Fick第一定律进行计算。

其中,J为扩散速率,D为扩散系数,dC/dX为浓度梯度。

溶质穿透理论认为,气液两相在接触前都是均一的,接触后开始互相扩散。靠近界面处溶质浓度大。在一定时间后,液体达到均一饱和状态,此时两相处于动态平衡状态。可以按照Fick第二定率计算。

其中C为浓度,t为时间,D为传质系数,x为离界面的间距。其中D与浓度无关,否则要修正为:

衡量膜的好坏时主要看膜的分离性能与透过性能,主要是指截留率,分离系数,浓差极化,压密,膜污染速率等系数。但是在工艺上来说膜分离效果的衡量主要包括两个主要参数:分离时间与分离效果(主要用小分子去除效果来衡量)。

2.3.1 分离效果,以小分子去除效果为例

公式右端是大分子物质浓度除以小分子物质浓度,可以用来表示小分子物质的去除效果。

公式左端表示的过程是料液稀释后,再浓缩至原体积,重复n次。S1与S2分别表示经过膜前后溶液中小分子物质的浓度。

其中:V0一物料初始体积,L

VP—总透过液或补加的渗滤溶剂量,L

R—膜对小分子物质的截留率

2.3.2 分离时间

其中:t过程时间、

A膜面积

VP渗滤溶剂量

3 膜分离技术在生物科技领域使用的具体实例

3.1 膜分离技术在小分子有机物分离过程中的应用

常常使用膜分离技术进行分离的小分子物质包括:多肽,氨基酸,抗生素,乳酸,低聚糖等。此处以氨基酸为例进行分析。

氨基酸的膜分离:由于氨基酸本身是两性物质,有自己的等电点,因此我们在分离氨基酸时往往还会调节料液的PH值,而且大多采用纳滤膜以利用纳滤膜的带电性质以达到最大分离截留效果[4]。对氨基酸分离用纳滤膜分为高分子复合膜和无机陶瓷膜,其分离性能与氨基酸混合体系和操作条件有。关有人用ZrO2膜表面接枝交联PEI的有机-无机复合纳滤膜(膜的等电点为1018),进行了9种氨基酸(其中酸性2种,碱性3种,中性4种)混合物的膜分离实验。在pH=2时,带正电的碱性氨基酸被膜截留(透过率小于25%),而中性和酸性氨基酸的膜透过率大于85%;在pH=12时,带负电的酸性氨基酸被膜截留(透过率小于30%),而中性和碱性氨基酸的膜透过率大于80%,由此可以看出通过改变膜电性与料液的PH值可以分离大多数的氨基酸[5]。

3.2 膜分离技术在蛋白质分离中的应用

蛋白质是一类以复杂的混合物形式存在的生物大分子,传统的蛋白质分离方法主要有萃取法、沉淀法等,这些工艺往往操作繁杂、耗时长、蛋白质易变质,且产品的回收率低、二次污染严重。膜分离技术则可以很好地克服传统蛋白质分离技术的缺点,有效改善产品质量,还可以大大提高蛋白质的回收率,实现蛋白质的分离和纯化。一般蛋白质的膜分离会用两张膜:一个膜孔较小,能使需要的蛋白质全部截住,而让小的蛋白质透出,然后再将截留在第一张膜内的蛋白质转移到孔径较大的膜内,截住较大的蛋白质使所需的蛋白质流过微孔透出,这样使蛋白质得到了提纯,如果还有杂蛋白还可以再接着进行类似流程。比如说美国农业部利用膜技术分离精制了霍霍巴榨油后残渣中的蛋白质、纤维素等成分,分离后各组分分别作为动物饲料及调节剂;还有Muller等采用ZrO2/Al2O3无机超滤膜从酸性酪蛋白乳清中分离α-乳清蛋白,显著提高了α-乳清蛋白的纯度和产量[6]。

3.3 膜分离技术与膜生物反应器

膜生物反应器是一种近些年来膜技术与生物技术结合研究应用于生产的热门方向,主要是将微生物与膜结合控制料液在膜中的流动利用微生物的各类生化作用来起到去除料液中某些杂质而且可以得到并分离产物的目的。现阶段主要运用于污水高效处理,已经有部分进入工厂使用。这里选择性介绍无泡曝气膜生物反应器与萃取膜生物反应器[7]。

3.3.1 无泡曝气膜生物反应器。

生物反应器在作用中由于大量污泥(就是大量具有强分解作用的微生物的载体)的存在其过大的需氧量一直是限制其应用的主要原因。而无泡膜生物反应器能很好地解决这一问题。它一般采用的是中空纤维膜,膜的一端封住,空气或O2在膜的内腔里流动,在浓差作用下向膜外侧的活性污泥传递。气体进入污水中不产生气泡,而且氧的传递效率高达100%,可以满足各种微生物生化反应的需氧要求。

3.3.2 萃取膜生物反应器。

当废水中含有对微生物有毒害作用的成分(很高浓度的盐、很大的酸碱度或者是生物难降解的有毒有机物等)时,直接用生化法是不适宜的。

而萃取膜生物反应器能很好处理这些废水。萃取膜生物反应器中,污泥与废水并不直接接触,废水在膜腔内流动,而活性污泥则在膜外流动。活性污泥中的微生物一般是针对废水培养出来的专性细菌。采用的膜一般是疏水性的硅橡胶膜,且有选择透过性,能允许挥发性有机物透过而水及无机成分则无法透过。首先污染物在膜中溶解扩散,再以气态形式离开膜进入膜另侧的混合液中,在混合液中由专性菌分解成CO2、H2O等无机小分子[8]。

3.4

膜分离技术在医药有效成分提取中的应用

3.5 膜分离技术在酿酒中的应用

白酒酿造过程中,如果使用传统固态发酵方法,不可避免的会产生甲醇,油性脂肪酸,醇油等杂质,它们会影响产品口感,外观,其中甲醇对人体有极大危害。因此这些物质的分离会对白酒品质产生极大影响。

有人研究发现,超滤和微滤是有效的分离此类杂质的手段。在低酒精度下进行膜分离,可以有效的延长产品的保质期,改善口感,却对其其他理化指标并不产生太大的不良影响(总酸总酯会有所下降)。对于清香型白酒,一般稀释到28到30度之间过非对称的活性炭吸附膜,之后再于低温下保存(18摄氏度),可以有效避免失光,浑浊等现象,同时降低苦味辛辣味,和蒸馏产生的蒸煮味。

除此之外,在啤酒的发酵过程中由于采用了代谢控制发酵的方法,往往会有较高的残糖,而使用反渗透过滤之后,也将将有效降低残糖,达到改良口感的效果。

3.6 其他

膜分离技术还广泛的运用于其他产业:高品质饮用水的过滤,发酵废液的再利用。

4 总结

膜分离技术从产生到现在已获得巨大的成功,但仍属于一门发展中的年轻综合性学科。理论和应用上都有大量的问题有待解决。比如说:膜寿命过短,易污染;料液粘度大,往往流动性较差;料液固体含量高,膜通量衰减快;膜类型不足,工艺经验不足等等[3]。

总的来说膜分离技术与生物技术的结合无疑是成功的而且还是潜力巨大的,可以想象在解决了这些问题后这项技术的前景将会多么诱人。

摘要：膜分离技术作为现代分离技术中的核心技术之一与现代科技已经紧密的联系在了一起。而它与生命科技的结合更是使它“英雄有用武之地”,推动了生命科学的一系列进展:小分子有机物的分离纯化,人工器官尤其是人工肾脏的制造和完善,用于污水处理的膜生物反应器等等都离不开膜分离技术的发展。本文将就膜分离技术与现代生命科学的结合为切入点,粗浅的介绍一下膜技术的一些基本特点与基本方法和我个人对于这项潜力巨大的技术的展望。

关键词：膜分离,生物科技,小分子有机物分离,蛋白质分离,膜生物反应器

参考文献

[1]吕璟慧,温哲.膜分离技术的发展状况及工业应用[J].科技传播,2010(15):185-191.

[2]李继香.膜分离技术在生物化工领域的应用[J].上海化工,2012(03):28-30.

[3]王华,刘艳飞,彭东明.膜分离技术研究进展及应用展望[J].应用化工,2013(03):532-534.

[4]姚红娟,王晓琳.膜分离技术在低分子量生物产品分离纯化中的应用[J].化工进展,2003(02):43-49.

[5]岳志新,马东祝,赵丽娜,等.膜分离技术的应用及发展趋势[J].云南地理环境研究,2006(05):54-59.

[6]王银珍.膜分离技术在蛋白质类生物产品分离领域的应用展望[J].山东化工,2006(02):15-17.

[7]张再利,朱宛华,江荣.膜分离技术及膜生物反应器的发展和展望[J].安徽化工,2001(02):24-27.