陶瓷滤膜最适合对滤渣中的固体物质进行浓缩

具有选择性的分子层级的膜过滤分离技术比传统分离工艺更加节能、经济和环保。本文对这一技术进行了市场调查，列举了一些应用实例，并介绍了新的研发情况。

在化工和制药生产领域中，分离工序对生产成本的控制方面往往具有决定性意义。传统的分离工艺技术，如蒸馏分离法、精馏法、结晶法或吸附、吸收法等的生产成本约占整个生产的一半左右。与这些分离技术相比，膜过滤技术要经济得多，性能也有明显提升。它可以与传统分离技术结合使用（复合分离技术），或者完全代替传统分离技术。霍伦霍夫IGB研究所对膜过滤技术的优点总结如下：

较低的生产成本：在生物技术产品、天然原材料或者化工产品的提纯过滤中，与热分离技术相比，膜过滤技术所需的能源较少。

有利于生产：在膜过滤分离技术中，其工作条件如温度、机械负荷等都比热分离技术好，也适宜生产对温度、剪切力敏感的原材料。

很高的纯净度和高产量：膜过滤技术的高选择性，决定了产量的高纯净度和高产量。

图1 液体颜料生产过程中使用的膜过滤设备：利用渗滤技术清除液体颜料中的盐类物质并对液体颜料进行浓缩

基于这些优点，FuMA技术公司看到了膜过滤技术在化工和医药产品生产领域的良好前景，如对颜料进行脱盐，有机酸和电有机合成，对诊断液等产品进行渗滤和纳滤以及抗菌素和医药中间产品的浓缩。

在复合分离中，既有热分离也有膜过滤分离。Buss-SMS-Canzler公司分裂精馏和蒸发渗透相结合的复合分离技术提高了从化工污物或者流程介质中提取、回收水和稀释剂的效率，典型的应用产品是水-稀释剂混合共沸液。聚合物或者陶瓷材料制造的滤膜可以在150℃的高温下工作使用，使得蒸气加热与冷却或多级高温蒸发过程中的热能回收利用成为可能。

PS流程工艺技术公司在其一份利用反渗透工艺提取甲醇溶液的报告中写道，溶液的提取过程中往往产生大量的提取副产品——甲醇和水，以前，这些含水甲醇都被白白地烧掉。工程技术人员根据用户要求设计了一套多级反渗透设备，利用这一设备能够把溶液中粒度在100ppm以下的悬浮物提取出80%、浓度260 g/l的浓缩悬浮物分离出20%。这一方面节约了大量的成本，省略了废弃物的燃烧；另一方面也节约了原材料，能在几个月内收回对技术改造的投资。

GEA Westfalia分离设备公司生产销售陶瓷滤膜，例如在果汁生产过程中用于滤除果渣，果渣是果汁生产过程中交叉过滤而产生的副产品，他们不能通过过滤膜，也不能生产出果汁。通常情况下，处理这些果渣需要昂贵的费用。膜过滤技术可把这些固体成分的体积浓缩90%，从而大大地节约了废弃物处理的成本。

图2 利用蒸发渗透和渗透气化技术实现稀释剂的回收和脱水

生物可燃气生产

膜过滤分离技术在生物可燃气的提纯过程中也得到应用。二氧化碳和甲醇具有不同的分子大小，利用两种气态成分不同的渗透性，可在高压下把二氧化碳提取分离出来。由于二氧化碳在滤膜中的渗透速度明显快于甲醇，没有来得及滤除的气态介质（甲醇）被继续输送出去。在湿式分离过程中，这些二氧化碳被滤膜所滤出，在后续工序中被吸附液吸收；在干式分离过程中，这些二氧化碳则被吸附在滤膜上。两级膜过滤设备的产量很高，但其投资也很高。

Air Liquide公司在气体生产过程中也采用了膜过滤分离技术：模块式的空心纤维组合膜片允许空气通过，氧气、水蒸汽和二氧化碳经滤膜滤出，作为残留气体被排出。在过滤模块的出口处，干燥的氮气成为膜过滤分离出来的产品。通过调整过滤模块的压力可获得不同纯度的氮气。

这种膜过滤系统每小时可生产氮气40~1000m3，纯度为90%~99.5%。Air Liquide公司在德国的生产厂中就有90多台膜过滤氮气生产设备，据介绍，这一技术能够对氮气市场需求的变化做出快速反应。

强化流程工艺

Giessen-Friedberg高等院校的IBPT生物医药技术研究所，技术人员在逆转录病毒的集成式生物工程中，从天然资源中获取医药产品以及食品添加剂合成酶的创新性反应器研发过程中，利用膜过滤技术来提纯病毒和清除病毒。除此以外，IBPT研究所也利用膜过滤技术进行医用水的准备、分离难以降解的有机悬浮物等。当前，那里正在进行的研发项目有：

生物催化膜反应系统：能够连续合成生产低聚半乳糖GOS和低聚果糖FOS。

利用膜过滤技术高效节能地生产微米乳液和纳米乳液以及固体脂质纳米粒SLN。

利用膜过滤分离和细胞膜细菌分离技术对清除病毒和病毒浓缩的特性和有效性进行测定。

研发连续生产有机酸的浸渍式陶瓷膜片的膜生物反应系统。

结语

膜过滤分离技术具有低能源消耗、有利的生产条件、高纯净度以及高产量的优势，此外，膜过滤分离设备还以其紧凑的模块化结构广受好评。膜过滤分离技术在水处理、污水净化等领域，同时在生物工程技术中也非常适用。

水处理设备集成的潜力

Envirochemie公司提供水处理、污水净化的专业解决方案，过去的30多年他们共生产了25000台套水处理、污水净化设备。本刊记者就膜过滤设备的市场前景采访了Envirochemie公司销售经理Volker Oles博士。

PROCESS：您认为目前在膜过滤技术领域有哪些发展趋势？

Volker Oles博士：这种发展趋势主要体现为两个方面：一个是小型综合利用的水处理设备，集成化是发展趋势，以提高水处理能力和尽可能减少资源消耗；另一个是大型水处理设备，包括逆向渗透的水处理设备、超滤水处理设备等。采用膜过滤设备的优点是：能够很好地管理、控制输入到膜过滤设备中的液体流量。由于膜过滤技术是一项对环境条件要求非常高的敏感技术，因此只有在较好的流程工艺条件才能充分发挥其优势。例如，在高温颜料生产过程中，使用纳米级膜过滤技术需有陶瓷材料的过滤设备才能承受这样的高温。

PROCESS：膜过滤技术在化工、石化和制药领域中的应用情况如何？

Volker Oles博士：在表面处理技术中，流程工艺集成时所用的水是通过膜过滤技术提供，供工业化应用。化工生产领域的部分水循环系统可使用膜过滤技术。近几年来，膜生物反应器（MBR）在水处理领域中占据了一席之地，医药产品生产领域也是如此，由于极佳的卫生清洁能力，膜过滤技术也运用到了医药纯净水的反渗透循环利用过程中。