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摘要：本文分析膜滤技术发展的限制因素，并总结了膜滤强化方法，对今后强化膜过滤的发展方向提出了自己的看法。
关键词：强化膜过滤附加场浓差极化
膜分离技术由于具有常温下操作，无相态变化，高效节能，在生产过程不产生污染等特点，因此在饮用水净化、工业用水处理、食品与饮料用水除菌，生物活性物质回收与精制等方面得到应用，井迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构，在环境保护和水资源再生方面异军突起。在环境工程，特别是水处理方面有着广泛的应用前景。在中国，膜技术主要应用在水资源领域，在水处理中的应用己经占其所有应用的70%—80%。由于其突出的优点，膜技术已经成为在水处理领域最先进、最有发展前途的技术之一。
膜分离技术是当前人类解决所面临的能源、资源、环境等重大问题的一项崭新的高科技工程技术。但是在实际工艺应用中，浓差极化和膜污染两大因素制约了膜滤技术的推广与应用。对膜滤过程的强化是膜技术应用中的重要一环。由于各种流体成分的复杂性及膜材料性能各异性，至今对膜滤强化尚未提出一种普适性的措施。
1 分析
综合分析各种膜滤强化方法，加入添加物和膜表面的改性强化，由于受分离物料或膜材料限制，实际应用范围有限。而且当膜表面一旦形成沉积层后，膜表面改性将不会任何作用。附加场或附加装置强化，虽然强化效果较好，但由于附加场这种方法适用的物料比较狭窄，组分应具有相同的电性，物料的导电率要低，工业放大困难。而附加装置强化如促进器会使系统的轴向压降增加，而且拆洗困难。脉动流方法由于部分流体反向流动，使过滤能力有所下降，而且必须在膜组件安装一套脉动发生装置。动态膜虽使主体流可以非常好的混合，有高的壁面剪切速度，但旋转装置将消耗大量的能量，组件难以密封和维修，膜的反冲和更换困难，亦难以工业放大。可见，附加场或附加装置各种强化措施虽有明显的效果，但往往结构复杂、流动阻力较大，压力损失多，能耗较高，难以工业放大等、因而其实际应用受到一定限制。
2 总结
与前述几种强化方法相比，改变膜结构的化学强化作用、旋转横流强化以及组合强化等强化方法则具有十分诱人的前景。
2.1 旋转横流强化膜滤
旋转横流强化膜滤由于结构简单，流动阻力不大，能耗较低，不必增设附加装置，强化效果明显，已越来越受到人们的广泛重视。
2.2 化学作用强化的膜分离过程理论基础研究
许多实验研究结果都证实了在膜内引入可逆化学作用确实能改善膜的通量和选择性，所研究的体系包括金属离子(如铜、铀等)的分离、气体(如N2—O2)的分离、烷—烯烃分离、酸性气脱除、生化制品(如抗菌素、蛋白质等)的分离。但从总体来看，利用化学作用强化的膜过程研究还处于实验室水平，距实际应用还有较大距离。目前的研究重点主要是稳定的活性膜制备及膜内传递机理的研究，有关膜器设计及优化等问题的进一步研究尚未提到议事日程，有关利用化学作用强化膜分离过程的理论研究还有待深入。由于利用化学作用的影响必须考虑待分离体系的特殊性，必须与待分离体系的具体工艺条件相结合，这就决定了化学作用强化的膜过程研究的多样性。膜内化学反应的引入为膜性能的改善提供了前景，也为各国研究者提供了新的研究课题。从本质上讲，化学作用强化的膜过程是利用多个过程间的藕合而实现过程强化的目的。深入研究有关多个过程之间藕合的有关理论问题对开发新型高效的活性膜过程将有直接的指导意义。总之，有关活性膜内传递机理的研究，特别是固定载体膜内传递机理的研究还有待于进一步深入。目前有关反应—扩散模型的研究基本上均限于一步机理，即膜内反应过程以一步表征，没有更多地考虑反应机理。为了更好地表征活性膜过程，有必要更细致地考虑动力学因素的影响。另一方面，有关传递机理的研究基本上还局限于单一反应体系。从实际应用角度出发，有必要进一步研究多组分体系。对于多组分体系，即使没有化学反应的存在也会发生各组分传质问的藕合，活性载体的存在使多组分传质过程更复杂。
2.3 固体活性膜的制备及机理研究
从实际应用的角度出发，制备分离性能好且具有良好的稳定性和寿命的活性膜是目前急需解决的问题。由于液膜存在稳定性、寿命等问题，固体活性膜过程应是今后的主要研究方问。 在固体活性膜的制备上，目前文献报道的有关研究幕本上属于单一活性载体。生物膜内的传递通常包括复杂的酶反应过程，能实现高效传递。因此，在膜内引人多种活性载体有可能为膜性能的改善提供更大的可能性。另一方面，目前只考虑了活性组分在膜内的均匀分布。如前所述，对于同时存在反应和扩散的体系，如体系是各向同性的，则由于Currie-Prigogine空间对称性原理限制，反应与扩散之间只能发生定态藕合。反之，如果使活性载体在膜内非均匀分布，则有可能更大幅度地改善膜的性能。
总之，透彻的研究膜滤强化机理，消除膜污染，降低浓差极化对膜过滤的不良影响，同时，研制耐磨、耐温、不污染、易清洗和低成本的新型膜器将是近期乃至下个世纪膜滤技术发展的优先课题。总结前人的研究成果，进一步开展膜滤强化技术的研究，尽快解决前人尚未解决的问题，丰富膜分离理论基础，推广其应用是非常迫切的，有利于提高我国膜分离技术水平。
参考文献
[1] Cussler E L. Facilitated Transport, Membrane Separation System, RecentDevelopment and Future Direction, Ed by Baker R W, Koros W J,Cussler E L. W. New Jersey; Noyes Uata Corporation,1991:242-275.
[2] Way J D, Nobte R D. J Mem Sci: 1989,46;309-324.
关键词：强化膜过滤附加场浓差极化
膜分离技术由于具有常温下操作，无相态变化，高效节能，在生产过程不产生污染等特点，因此在饮用水净化、工业用水处理、食品与饮料用水除菌，生物活性物质回收与精制等方面得到应用，井迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构，在环境保护和水资源再生方面异军突起。在环境工程，特别是水处理方面有着广泛的应用前景。在中国，膜技术主要应用在水资源领域，在水处理中的应用己经占其所有应用的70%—80%。由于其突出的优点，膜技术已经成为在水处理领域最先进、最有发展前途的技术之一。
膜分离技术是当前人类解决所面临的能源、资源、环境等重大问题的一项崭新的高科技工程技术。但是在实际工艺应用中，浓差极化和膜污染两大因素制约了膜滤技术的推广与应用。对膜滤过程的强化是膜技术应用中的重要一环。由于各种流体成分的复杂性及膜材料性能各异性，至今对膜滤强化尚未提出一种普适性的措施。
1 分析
综合分析各种膜滤强化方法，加入添加物和膜表面的改性强化，由于受分离物料或膜材料限制，实际应用范围有限。而且当膜表面一旦形成沉积层后，膜表面改性将不会任何作用。附加场或附加装置强化，虽然强化效果较好，但由于附加场这种方法适用的物料比较狭窄，组分应具有相同的电性，物料的导电率要低，工业放大困难。而附加装置强化如促进器会使系统的轴向压降增加，而且拆洗困难。脉动流方法由于部分流体反向流动，使过滤能力有所下降，而且必须在膜组件安装一套脉动发生装置。动态膜虽使主体流可以非常好的混合，有高的壁面剪切速度，但旋转装置将消耗大量的能量，组件难以密封和维修，膜的反冲和更换困难，亦难以工业放大。可见，附加场或附加装置各种强化措施虽有明显的效果，但往往结构复杂、流动阻力较大，压力损失多，能耗较高，难以工业放大等、因而其实际应用受到一定限制。
2 总结
与前述几种强化方法相比，改变膜结构的化学强化作用、旋转横流强化以及组合强化等强化方法则具有十分诱人的前景。
2.1 旋转横流强化膜滤
旋转横流强化膜滤由于结构简单，流动阻力不大，能耗较低，不必增设附加装置，强化效果明显，已越来越受到人们的广泛重视。
2.2 化学作用强化的膜分离过程理论基础研究
许多实验研究结果都证实了在膜内引入可逆化学作用确实能改善膜的通量和选择性，所研究的体系包括金属离子(如铜、铀等)的分离、气体(如N2—O2)的分离、烷—烯烃分离、酸性气脱除、生化制品(如抗菌素、蛋白质等)的分离。但从总体来看，利用化学作用强化的膜过程研究还处于实验室水平，距实际应用还有较大距离。目前的研究重点主要是稳定的活性膜制备及膜内传递机理的研究，有关膜器设计及优化等问题的进一步研究尚未提到议事日程，有关利用化学作用强化膜分离过程的理论研究还有待深入。由于利用化学作用的影响必须考虑待分离体系的特殊性，必须与待分离体系的具体工艺条件相结合，这就决定了化学作用强化的膜过程研究的多样性。膜内化学反应的引入为膜性能的改善提供了前景，也为各国研究者提供了新的研究课题。从本质上讲，化学作用强化的膜过程是利用多个过程间的藕合而实现过程强化的目的。深入研究有关多个过程之间藕合的有关理论问题对开发新型高效的活性膜过程将有直接的指导意义。总之，有关活性膜内传递机理的研究，特别是固定载体膜内传递机理的研究还有待于进一步深入。目前有关反应—扩散模型的研究基本上均限于一步机理，即膜内反应过程以一步表征，没有更多地考虑反应机理。为了更好地表征活性膜过程，有必要更细致地考虑动力学因素的影响。另一方面，有关传递机理的研究基本上还局限于单一反应体系。从实际应用角度出发，有必要进一步研究多组分体系。对于多组分体系，即使没有化学反应的存在也会发生各组分传质问的藕合，活性载体的存在使多组分传质过程更复杂。
2.3 固体活性膜的制备及机理研究
从实际应用的角度出发，制备分离性能好且具有良好的稳定性和寿命的活性膜是目前急需解决的问题。由于液膜存在稳定性、寿命等问题，固体活性膜过程应是今后的主要研究方问。 在固体活性膜的制备上，目前文献报道的有关研究幕本上属于单一活性载体。生物膜内的传递通常包括复杂的酶反应过程，能实现高效传递。因此，在膜内引人多种活性载体有可能为膜性能的改善提供更大的可能性。另一方面，目前只考虑了活性组分在膜内的均匀分布。如前所述，对于同时存在反应和扩散的体系，如体系是各向同性的，则由于Currie-Prigogine空间对称性原理限制，反应与扩散之间只能发生定态藕合。反之，如果使活性载体在膜内非均匀分布，则有可能更大幅度地改善膜的性能。
总之，透彻的研究膜滤强化机理，消除膜污染，降低浓差极化对膜过滤的不良影响，同时，研制耐磨、耐温、不污染、易清洗和低成本的新型膜器将是近期乃至下个世纪膜滤技术发展的优先课题。总结前人的研究成果，进一步开展膜滤强化技术的研究，尽快解决前人尚未解决的问题，丰富膜分离理论基础，推广其应用是非常迫切的，有利于提高我国膜分离技术水平。
参考文献
[1] Cussler E L. Facilitated Transport, Membrane Separation System, RecentDevelopment and Future Direction, Ed by Baker R W, Koros W J,Cussler E L. W. New Jersey; Noyes Uata Corporation,1991:242-275.
[2] Way J D, Nobte R D. J Mem Sci: 1989,46;309-324.