曹恒霞，彭文博，項 娟，王肖虎

（江蘇久吾高科技股份有限公司，江蘇 南京 211800）

膜分離技術是一種新型高效、精密分離技術，由材料科學與介質分離技術交叉結合而形成，對許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著關鍵作用，甚至有人預言“誰掌握了膜技術，誰就掌握了化學工業(yè)的未來”。目前，膜產(chǎn)品的世界年銷售額已經(jīng)超過100億美元，而且年增長率為20%左右。膜分離技術作為一種新興的高效分離技術，已被廣泛應用于化工、環(huán)保、電子、輕工、紡織、石油、食品、醫(yī)藥、生物技術、能源工程等。國外有關專家甚至把膜分離技術的發(fā)展稱 “第三次工業(yè)革命”[1]。

1 膜分離技術

1.1 原理

膜分離技術是一種使用半透膜的分離方法，在常溫下以膜兩側壓力差或電位差為動力，對溶質和溶劑進行分離、濃縮、純化。膜分離技術主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分流質和溶劑進行分離、分級、提純和富集操作。

1.2 特點

膜分離技術具有如下特點。（1）膜分離過程是典型的物理分離過程，不發(fā)生相變化，因此，膜分離技術是一種節(jié)能技術；（2）膜分離技術使用分離的范圍極廣，從微粒級到微生物菌體，甚至離子級，關鍵在于選擇不同的膜類型；（3）膜分離技術以壓力差作為驅動力，因此，采用裝置簡單，操作方便。

1.3 分類

微濾是最早使用的膜技術，是以多孔薄膜為過濾介質，使不溶物濃縮過濾的操作，截留離子的范圍為0.01～10.00 μm，目前常見的微濾膜有金屬膜、無機陶瓷膜和高分子膜等。在工業(yè)中，微濾膜主要應用于截留顆粒物，液體的澄清以及大部分細菌的去除，并可作為超濾、反滲透過程的前處理。由于微濾孔徑相對較大，單位膜面積透水率高，而且制備成本最低，適用范圍非常廣，其銷售額居于各類膜的首位。

超濾是20世紀六七十年代發(fā)展起來的一種膜分離技術，以微孔濾膜為過濾介質，在常溫下，依靠一定的壓力和流速，使料液流經(jīng)膜面，迫使低分子物質透膜，高分子雜質被截留。超濾膜能截留分子量在上千至數(shù)十萬的大分子，除能完成微濾的除顆粒、除菌和澄清作用外，還能除去微濾膜不能除去的病菌和熱原、膠體、蛋白等大分子化合物。超濾技術在生化產(chǎn)品分離中應用最早、最為成熟，現(xiàn)已廣泛應用于各種生物制品的分離、濃縮。

納濾介于反滲透與超濾之間，能分離除去分子量為300～1000的小分子物質，能使溶劑、有機小分子和無機鹽通過。納濾膜集濃縮與透析為一體，可使溶質的損失達到最小[2]。該技術是一種新興的膜分離技術，在食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理等領域應用廣泛。

反滲透是從水溶液中除去無機鹽及小分子物質的膜分離技術。反滲透膜所用的材料為有機膜，其分離特點是膜僅能透過水等小分子溶劑，而截留各種無機鹽、金屬離子和分子。其應用領域已從早期脫鹽發(fā)展到化工、食品、醫(yī)藥、造紙工業(yè)中一些有機物及無機物的分離。

微濾、超濾、納濾、反滲透各有特點，因而各有其特定的場合。微濾可單獨使用，進行殺菌、除顆粒，也可作為其他膜過程的前處理；超濾則主要用于截留包括病毒、熱原及蛋白質、明膠等大分子，并將其濃縮，此前可使用微濾進行預處理；納濾和反滲透主要用于處理分子級的物質，但反滲透過程前也需要用微濾進行預處理，以保證膜的壽命。

適用于鹽化工的膜分離技術有微濾、納濾等。

2 膜分離技術在鹽化工的應用

通常意義的“鹽化工”是指利用氯化鈉（固體鹽或鹵水）為主要原料，通過化學方法生產(chǎn)碳酸鈉（純堿）、氫氧化鈉（燒堿）、氯酸鈉等含鈉化學品以及氯加工產(chǎn)品的過程。制鹽業(yè)是鹽化工的基礎，氯堿工業(yè)和純堿工業(yè)是鹽化工的主體，而精細化工則是鹽化工的發(fā)展方向。

2.1 膜分離技術在離子膜燒堿生產(chǎn)中脫硝過程的應用

在燒堿生產(chǎn)過程中，鹽水精制是主要工序之一，為保障電解工序乃至整個燒堿的正常生產(chǎn)，必須保證鹽水質量達到規(guī)定的工藝指標。鹽水中的過高，會增加電解過程中的副反應，導致電流效率下降，嚴重影響離子膜燒堿的正常生產(chǎn)，為此，大多生產(chǎn)廠家規(guī)定其濃度不得超過5 g/L[3]。在離子膜電解生產(chǎn)燒堿的流程中，通過淡鹽水的回用，原鹽（或鹵水）中所含的和加入亞硫酸鈉等產(chǎn)生的會富集在系統(tǒng)中循環(huán)。因此，必須對鹽水中的進行去除，俗稱脫硝。

目前，國內淡鹽水脫硝的成熟技術主要有氯化鋇法和納濾膜法。氯化鋇法脫硝是投加二水氯化鋇，將硫酸根以硫酸鋇的形式除去，其優(yōu)點是設備投資少、流程短，缺點是運行費用高，氯化鋇有劇毒，廢渣產(chǎn)生二次污染。納濾膜法是利用在高壓下納濾膜的“Donnan”效應，在高濃度氯化鈉鹽水中（NaCl質量濃度約為200g/L）納濾膜對二價硫酸根離子有高效的截留作用，將硫酸根濃縮富集后進入冷凍，硫酸根以十水芒硝形式除去并可做為副產(chǎn)品出售，其優(yōu)點是避免使用有毒的氯化鋇，沒有硫酸鋇鹽泥排放，運行費用低于氯化鋇法，缺點是投資較高，流程相對較長[4]。

楊國穩(wěn)闡述了反滲透膜法除硝的設計原理、除硝生產(chǎn)工藝及其在離子膜燒堿裝置中的應用情況。膜法除硝的投入運行，除去了系統(tǒng)中大部分的硫酸根離子，使系統(tǒng)中的硫酸根離子保持平衡，保證了離子膜燒堿的穩(wěn)定生產(chǎn)。膜法除硝裝置生產(chǎn)的芒硝純度高、含水量（包括結晶水）低于60%，甚至可低于30%[6]。

2.2 膜分離技術在鹽水精制中的應用

鹽水精制是氯堿生產(chǎn)的第一道工序，其主要任務是去除鹽水中的Ca2+、Mg2+、、有機物、水不溶物及其他懸浮物等雜質，制成精鹽水供燒堿生產(chǎn)使用。鹽水的質量直接關系到后續(xù)過程的安全、穩(wěn)定、高效運行，也影響著產(chǎn)品質量。通常氯堿企業(yè)采用化學和物理相結合的方法去除上述雜質。其主要過程為一些化學品與鹽水中的Ca2+、Mg2+、、等發(fā)生反應，生成的沉淀沉降后排出，少量沒有沉降的部分和其他懸浮物再利用過濾法去除。

李德敏介紹了HVM膜在鹽水精制中的應用，考察了HVM膜過濾質量、速度、能力、膜強度、使用壽命等，經(jīng)過九個多月的試驗及工業(yè)生產(chǎn)運行情況證明，發(fā)現(xiàn)HVM膜具有很高的過濾精度，濾后的精鹽水質量達到了國際先進水平，可直接進離子膜堿生產(chǎn)的鹽水樹脂塔。HVM膜合理的結構和穩(wěn)定的化學性能，使得其具有很高的機械強度和較長的使用壽命，使得一次鹽水的質量更加穩(wěn)定、可靠[7]。

梁寅祥主要介紹了陶瓷膜過濾技術在鹽水精制中的應用情況，根據(jù)試驗過程中出現(xiàn)的問題，總結出陶瓷膜過濾工藝應注意的問題，如進膜之前粗鹽水中的不溶顆粒粒徑、進液泵的選型、膜的表面流速等[8]。

孫勤介紹了戈爾膜過濾器、凱膜過濾器、嗚泰“種植膜”過濾技術、頗爾膜過濾器及陶瓷膜等膜過濾技術在鹽水精制中的應用情況，并將陶瓷膜過濾器精制鹽水工藝與傳統(tǒng)的鹽水精制工藝及有機聚合物膜法鹽水精制工藝相比，三者在原理上并無差別，但具體的技術分離方法卻有著極大的差異。傳統(tǒng)工藝與聚合物膜法工藝的分離方法都是預處理沉降+并流（終端）過濾操作的膜過濾，差別是傳統(tǒng)工藝采用道爾桶沉降作預處理，碳素燒結管（深層）過濾作精濾；聚合物膜工藝采用浮上桶沉降作預處理，聚合物膜過濾作精濾，并流過濾對懸浮粒子濃度極為敏感；陶瓷膜工藝技術取消了預處理系統(tǒng)，原料液反應完成后，直接采取錯流方式過濾進行粒子分離，過濾性質與前2種技術相比，有本質的區(qū)別[9]。

3 結語

鹽化工作為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，具有較高的經(jīng)濟延伸價值，其發(fā)展速度與國民經(jīng)濟的發(fā)展息息相關。隨著燒堿生產(chǎn)能力、產(chǎn)量的不斷增長；電解技術的不斷進步，特別是離子膜電解槽的應用，對鹽水的質量要求越來越高，必將使膜分離技術在氯堿鹽水生產(chǎn)中得到更大的應用與發(fā)展。特別是陶瓷膜過濾工藝新技術的面世，為氯堿企業(yè)提供了全新的鹽水精制技術，也必將為廣大氯堿企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，終將為中國氯堿行業(yè)的發(fā)展作出貢獻。

［1］劉 軍.膜分離技術在生物化工中的應用.科技信息（學術研究），2007，（3）：84～85.

［2］嚴希康.膜分離技術及其在生物工程中的應用.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，1995，6（10）：472～478.

［3］邢家悟.離子膜法制燒堿操作問答.北京：化學工業(yè)出版社，2009，5.

［4］陳留平，等.有機納濾膜法鹽水脫硝技術的應用研究.鹽業(yè)與化工，2012，41（3）：23～25.

［5］付軍鳳.納濾膜法除硫酸根技術進展.氯堿工業(yè)，2009，45（1）：7～10.

［6］楊國穩(wěn).膜法除硝在離子膜燒堿鹽水精制中的應用.中國氯堿，2012，（6）：5～8.

［7］李德敏.HVM膜在鹽水精制中的應用試驗及工業(yè)化.中國氯堿，2004，（4）：8～9.

［8］梁寅祥.陶瓷膜過濾技術在鹽水精制中的應用.中國氯堿，2009，（11）：10～12.

［9］孫 勤.膜過濾技術在鹽水精制中的應用.中國氯堿，2007，（9）：11～14.