维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２００７，１３（１４）：４１—４２ ４ｌ 膜分离法的应用 霍建新 （晋中学院，山西晋中０３０６００） 摘要：介绍了膜分离法的优点和五种膜分离法，即电渗析、微滤、超滤、反渗透、纳滤的现状和存在的问题，以及它们 在食品加工工业、谷氨酸和柠檬酸生产中的应用。 关键词：膜分离；谷氨酸；柠檬酸；电渗析；微滤 中图分类号ＴＳ２０３ 文献标识码Ｂ 文章编号１００７—７７３１（２００７）１４—４ｌ一０２ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｈｕｏ ｊｉａｎｘｉｎ（Ｊｉｎｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ０３０６００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｉｎｔｏｒｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ、ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｅｌｅｃｔｏｒｄｉａｌｙｓｉｓ，ｍｉｃｒｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ．ｕｈｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｒｅ． ｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ ａｎｄ ｎａｎｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｎ．ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｍｅｎ． ｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｆｏｏｄ，ｍａｃｈｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔ￣ｇｌｕｔａｍｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｌｕｔａｍｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｃｅｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｆｕｒｔｈｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｇｌｕｔａｍｉｃ ａｃｉｄ；ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ；ｅｌｅｃｔｏｒｄｉａｌｙｓｉｓ；ｍｉｃｒｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ 随着人工合成高分子膜的开发，利用膜法分离物质的 垢。 高科技技术迅速得到发展，应用范围越来越广，在食品加 ２．２微滤（ＭＦ） 微滤技术主要用于除去固体微粒，在食 工与发酵液提取中的应用尤其受国际上的高度重视。 品行业已实现工业化，随着生物技术的发展，ＭＦ在该领域 ｌ膜分离法的优点 的市场将愈来愈大。饮用水生产和城市污水处理是ＭＦ 食品加工中应用膜法分离具有一系列优点：（１）不需 应用潜在的两大市场。在工业污水处理中可用于涂料行 要加热可以达到分离浓缩的目的，适用于不可受热和氧影 业污水、含油废水、硝化棉废水和含重金属废水等的处理． 响的食品生产；（２）工艺简单，只需加压、输送、循环等工 这些都正在实现工业化。但是，ＭＦ膜价格较高，是其应 序；（３）分离水时，即浓缩时没有物相的变化，能量损耗 用的主要障碍。此外，研制抗污染、易清洗、耐高温、抗溶 少、操作简单，生产费用比蒸发法与冷冻法低，设备安装容 剂的长寿命膜及膜组件是研究的热点。 易；（４）可解决稀溶液中微量成分回收和低浓度溶液的浓 ２．３超滤（ｕＦ） 同ＭＦ一样，超滤主要用于除去固体微 缩问题；（５）物质仅在ｌｍｍ内移动，进行短距离分离，物质 粒，广泛用于食品、医药、工业污水处理、超纯水制备及生 不会因移动而改变；（６）应用膜分离物质，耗能少，特别在 物技术工业。在工业污水处理方面应用最普遍的是电泳 缺能源的或能源价格高的情况下，膜分离法更有吸引 涂料污水处理，在含油污水、含重金属废水、含淀粉及酶的 力…。 废水、纺织工业脱浆水和纸浆工业污水处理中也已广泛的 ２应用开发现状及存在的问题 应用。在采矿及冶金工业污水的处理中现处于中试水 在工业中分离和浓缩无机物和有机物时，膜分离受到 平。ＵＦ膜在使用过程中，主要的问题是膜通量随运行时 了广泛的关注，标准膜分离是使用膜材料（高分子或陶瓷 间的延长而降低，同ＭＦ膜一样，也存在着膜污染问题。 等）和不同膜组件设计的ＥＤ、ＭＦ、ＵＦ、ＲＯ、ＮＦ Ｌ８ Ｊ 价格高也是其应用的主要障碍。在用于上浆液的回收时， ２．１电渗析（ＥＤ） 当前离子交换膜的研究、生产和应用 要求膜能耐高温，一般采用无机膜，但价格更贵。同时，需 均已达到很高的水平，ＥＤ技术领先的国家是美国和日本。 要加紧膜性能的提高及预处理方面的研究。 该技术首先用于苦咸水淡化，而后逐渐扩展到海水淡化及 ２．４反渗透（ＲＯ） ＲＯ膜几乎对所有的溶质都有很高的 制取饮用水和工业纯水中，在重金属污水处理、放射性污 脱除率。ＲＯ技术的大规模应用主要是苦咸水、海水淡化 水处理等工业污水处理中也已得到应用，目前已成为一种 和难以用其他方法处理的混台物。在污水处理方面，ＲＯ 重要的膜法水处理技术，越来越受到重视 ］。但是．ＥＤ也 已广泛应用于城市污水处理和利用、电镀污水处理、纸浆 有它自身的问题，如ＥＤ只能除去水中的盐分，而对水中 和造纸工业污水处理、化工污水处理、冶金焦化污水处理、 的有机物不能去除，某些高价离子和有机物还会污染 食品工业污水处理、制药污水处理及放射性污水处理 膜 “ 。另外，ＥＤ运行过程中易发生浓差极化而产生结 等 。ＲＯ法处理出水质量很高，在水处理中通常用于最 作者简介：霍建新（１９７２一），男，讲师，主要从事食品科学研究。 收稿日期：２００７—０６—２７ 维普资讯 http://www.cqvip.com ４２ 后的精制，要提高膜的可靠性和竞争能力，必须改进膜的 水通量、选择性、耐高温性和抗氧化能力，需研究其吸附机 理，以便对膜材料和表面结构进行改进。为了控制膜污 染、结垢，必须进行预处理和随后的清洗。 ２．５纳滤（ＮＦ） 纳滤技术是目前世界膜分离领域研究 的热点之一，ＮＦ膜可以用于脱除三卤甲烷、农药、洗涤剂 等可溶性有机物及异昧、色度和硬度等。因ＮＦ膜结构及 性能上的特点，当前已广泛地应用于生化产品、污水处理、 影响膜分离除油的另一个重要因素是膜组件及与之 相应的操作方式的选择。膜组件设计可以有多种形式，一 般均根据两种膜构型——平板式和管式来设计。板框膜 器和卷式膜器使用平板膜，中空纤维膜器及毛细管膜器使 用管式膜，多个单元膜器构成膜组件。操作方式一般分为 死端操作和错流操作，其中死端操作是传统方式，油水乳 液被强制通过膜，随着被截留物（如油）在膜表面上的堆 积，渗透物（如水）流量下降，必须定时清除膜表面的油， 以便持续作业，错流操作是近２０年才应用到实际过程中 的新方式，油水乳液以一定流速平行于膜表面流动，在一 饮用水制备和物料回收等领域。ＮＦ膜主要用于含溶剂废 水的处理，以其特殊的分离性能成功地应用于制糖、制浆 造纸、电镀、机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业 的污水处理上，已有人开始研究用ＮＦ膜处理日化工业、 石油工业、印刷工业废水和含杀虫剂污水等的处理 。 ＮＦ膜易污染，其价格一直比传统的污水处理方法高。目 前国际上有关ＮＦ膜的制备、性能表征、传质机理等的研 究还不够系统、全面、深入。 ３膜分离法在食品加工中的开发应用 ３．１应用于废水处理膜法处理含乳化油废水，一般可 不经过破乳过程，直接实现油水分离。并且在膜法分离油 水过程中，不产生含油污泥，浓缩液可焚烧处理；透过流量 和水质较稳定，不随进水中油浓度波动而变化；一般只需 压力循环水泵，设备费用和运转费用低，特别适合于高浓 度乳化油废水的处理” 。 膜分离除油，关键在于膜的选择。膜分离是一处理 料组分选择性透过膜的物理一化学过程，过程的推动力 主要是膜两侧的压差，膜的孔径虽然是膜的基本性质，但 膜和分离组分的物理一化学性质，如亲水性以及荷电情 况都直接影响分离过程和结果，即膜从溶液中分离溶解 的成分是依据尺寸、电荷、形状以及溶质和膜表面间的分 子相互作用而决定的。目前用于油水分离的膜通常是反 渗透、超滤和微滤膜，它们的作用是截留乳化油和溶解 油。简单的情况是乳化油基于油滴尺寸被膜阻止，而溶 解油的被阻止则是基于膜和溶质的分子间的相互作用， 膜的亲水性越强，阻止游离油透过的能力越强，水通量越 高。含油污水中油的存在状态是选择膜的首要的依据。 若油水体系中的油是以浮油和分散油为主，则一般选择 孔径在１０—１００１ｘｍ之间的微滤膜。实践表明以陶瓷为 支持物的微滤膜处理过的含油废水中，油和油脂质量浓 度在５ｍｇ／Ｌ以下，固体悬浮物质量浓度在ｌｍ Ｌ以下。 若水体中的油是因有表面活性剂等使油滴乳化成稳定的 乳化油和溶解油，油珠之间难以相互粘结，则须采用亲水 或亲油的超滤膜分离，一则是因为超滤膜孔径远小于 １０ｌｘｍ，二则是超细的膜孔有利于破乳或有利于油滴聚 结。 目前国内外主要使用醋酸纤维、聚亚酰胺、聚砜等有 机膜，处理效率较好，但易腐蚀，用无机陶瓷膜处理含油污 水，其耐高温，耐酸、碱和有机介质的腐蚀，机械强度高，使 用寿命长（一般为５年以上）。 定程度上克服了死端操作的弊病。因此，若适当配置膜组 件并合理选择膜，将获得好的分离效果。 ３．２在谷氨酸生产中的应用谷氨酸发酵液中的细菌细 小，采用传统过滤方式难以将菌体过滤完全。发酵液大多 采用等电结晶一离交法提取谷氨酸。废液中有大量菌体、 有机物（高浓度），为环保一大问题。 采用０．ｏ５—０．１ｍ过滤孑Ｌ径的ＨＹＦＬＵＸ不锈钢膜分 离系统处理发酵液，可将发酵液中所有菌体、固体蛋白质、 胶体等不溶物彻底去除，大大提高谷氨酸提取回收率与谷 氨酸结晶的纯度，减少等电母液中的残存谷氨酸量及菌 体、蛋白等，等电母液上离交树脂可减少树脂用量约５０％ 以上，且树脂的洗脱、再生及用洗水量可大大节省，发酵液 中膜分离得到的菌体、蛋白经干燥可成高蛋白饲料，废水 中的污染物及废水总量也可大大减少，可能取得经济、社 会、环保三效益。 ＨＹＦＬＵＸ膜为上海凯能高科技工程有限公司产品，为 不锈钢管式膜，膜层为惰性，支撑层为３１６Ｌ不锈钢制成， 对料液中的任何物质不产生任何液附作用，抗污染性好， 且膜有超强的伸缩性能，耐机械性，耐温度变化性好，使用 后易清洗，使用寿命长。 ＨＹＦＬＵＸ不锈钢膜分离同样适用于赖氨酸提取中，其 工艺过程、工艺优势及环保、社会、经济效益等类同谷氨酸 发酵液的提取 。 ３．３在柠檬酸生产中的应用 传统的柠檬酸发酵液提取 是钙盐法，将发酵液过滤、滤液用石灰中机得柠檬酸三钙 沉淀、浓硫酸溶解柠檬酸钙、得柠檬酸，再结晶、工艺繁杂、 得率低。 采用０．０５—１ ｍ过滤精度的ＨＹＦＬＵＸ的不锈钢膜 分离系统过滤柠檬酸发酵液，将发酵液中的菌体、固体蛋 白、胶体等不溶性物质彻底去除，同时去除发酵液中绝大 部分可溶性蛋白质、多糖等物质，滤液澄清透明，有利于 污染控制及产品质量的全面控制。过滤效率高，用Ｃａ－ ＣＯ 中和效果好、用量少，减少了后续工艺中Ｈ：ＳＯ 用量 及废渣中ＣａＳＯ 量，柠檬酸钙纯度高，产品收得率高，环 境污染少。 现在柠檬酸提取以树脂法替代上述的钙盐法提取， ＨＹＦＬＵＸ不锈钢膜分离法同样适用于树脂法提取柠檬酸， 即在发酵液上树脂前先用膜法过滤能提供（下转１３１页） 维普资讯 http://www.cqvip.com １３１ 表２不同温室的温度对瓜叶菊花期的影响 的时间，提高开花的品质。 ３总结与讨论 （１）瓜叶菊的花期可以人为控制，以满足冬季用花的 市场需要。 （２）通过调整栽植季节来控制瓜叶菊的花期是一种 从表２可以看出，现蕾以后保持适度低温对瓜叶菊的 行之有效的方法。先确定用花时间，然后确定播种时间或 促成栽培是有效的，现蕾以后温度保持２０ｏＣ一２５￣Ｃ，可以 扦插时间，可以让瓜叶菊按照人们的意愿开花。 加速开花。但花后的低温对延长开花时间是有利的。但 （３）现蕾以后保持低温对瓜叶菊的促成栽培是有效 是现蕾以后若温度较高，会对瓜叶菊造成抑制作用。若要 的，而且还可以延长开花的时间。温度过高不但会造成瓜 抑制栽培，现蕾以后，保持较高的温度，瓜叶菊会徒长，节 叶菊的徒长，而且会招致一些病虫害的发生，对瓜叶菊造 间伸长，枝叶稀疏，花期会向后延迟，观赏效果也有所降 成一些不利的影响。 低，并且开花的时间也会缩短；或者现蕾以后温度降至 （４）现蕾期间喷施０．３％的磷酸二氢钾可以促进瓜叶 １０℃以下，也会使花期延迟。 菊提早开花，而且可以提高观赏品质。 ２。３喷施磷酸二氢钾对瓜叶菊花期早晚的影响瓜叶菊 （５）光照处理对瓜叶菊的花期控制应该有效，但因为 现蕾后每隔１５ｄ喷１次０．３％的磷酸二氢钾，根据棚内土 试验条件达不到要求，所以本试验没有涉及这方面的研 壤墒情，每隔７—１０ｄ浇１次水。据观察，磷酸二氢钾可以 究。 迅速促进瓜叶菊的生殖生长，并可使其植株健壮、花色艳 参考文献 丽。 ［１］北京林业大学园林系花卉教研组．花卉学［Ｍ］．北京：中国林业 表３ 喷施磷酸二氢钾对瓜叶菊花期的影响 出版社，１９９０． ［２］韦三立观赏植物花期控制［Ｍ］．ｊｂ京：中国农业出版社，１９９９． ［３］张鸽香．瓜叶菊对低温胁迫的生理反应［Ｊ］．南京林业大学学报 （自然科学版），２００４，（９）：８９－９２． 从表３可以看出，在现蕾期间喷施０．３％磷酸二氢钾 ［４］贺玉利．瓜叶菊栽培技术［Ｊ］．北方园艺，２００２，（６）：３４． 与对照有明显的区别，磷酸二氢钾对瓜叶菊花期有一定的 ［５］高玉芳，赵志昆．盆栽瓜叶菊栽培管理技术要点［Ｊ］．西南园艺， 影响，可以缩短现蕾至开花所用的时间，还可以延长花开 ２００３，（４）：４７—４８． （胡克玲编，魏凤校） （上接４２页）高质量的滤液，使澄清透明，以提高树脂吸附 ｌａｎｄｓ：Ｋ１ ｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ ｐｕｂｌｉｓｈ．１９９６：１ 当量２０％一３０％，减少树脂用量２０％一３０％，降低树脂 ［２］许振良．污水处理膜分离技术的研究进展［Ｊ］．净水技术，２０００， 污染程度，延长树脂再生周期，减少所耗用的酸碱及再生 ｌ９（１）：３—７ 产生的废水量，延长树脂使用寿命，产品质量明显提高 。 ［３］夏定松，项深泽．含油废水处理方法探讨［Ｊ］．工业水处理，２００２， 膜分离法方法简单，分离效率高，能耗低；合理选择膜 ７ ［４］高从墙，俞三传，张建飞等．纳滤膜科学与技术［Ｊ］．１９９９，１９（２）： 是分离的前提，各种因素应同时考虑；传统的膜分离设备 ｌ一５ 存在脱除率低，膜易被污染等问题，亟待改进；新式旋转膜 ［５］Ｖｉｃｔｏｒｙ Ｇｕｙ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｅｆｌｆｕｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉ— 组件不仅延续了错流操作的特点，更强化了膜表面静止带 ｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｉｎｔ［Ｐ］ＧＢ１（０７）４５８．１９６７ 来的弊端，是一种发展前景较好的处理方式，其存在的主 ［６］Ｃｌｍｓｎｅｎｓｏｎ Ｒｏｇｅｒ Ｍ．Ｚｗａｃｋ Ｒｏｂｅｒｔ Ｒ Ｄｏｕｂｌｅ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｆ ａｌｌ ｕｌ— 要问题是，需对处理原料进行严格的预处理，且膜的清洗 ｔｒａｆｉｌｕｔｒａｔｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ａＩ１ ｅ］ｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｐ］ＵＳ３ １９７２ 也较麻烦。 ［７］周秀琴．发酵科技通讯［Ｊ］．２００３，７ 参考文献 ［８］雷晓东，熊蓉春等．工业废水处理［Ｊ］．２００２，２ 『１］Ｍｕｌｄｅｒ Ｍ．Ｂａｓｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｎｅｔｈｅｒ— （张琪琪编，李小丽校） 生物拉丁学名 丁学名，排斜体，属名（包括亚属名）开头字母大写，种名开 生物分类中的界、门、纲、目、科、族（包括亚门、亚纲、亚 头字母小写，命名人的姓氏和姓氏缩写，开头字母大写，排 目、亚族）。均用正体，大写开头。例如：鱼纲ｐｉｓｅｓ；禾本科 正体。例如：栽培稻学名：Ｏｒｙｚｅ（属名）ａｓｔｉｖａ（种名）Ｌ（命名 Ｇｒａｍｉｎｅａｅ。生物分类属以下（包括属和亚属在内）物种拉 人姓氏）。大麻哈鱼学名：Ｏｎｃｏｒｈｙｎｃｈｕｓ ｋｅｔａ Ｗａｌｂａｕｍ。 名微荩学（亟报要求来稿文稿题名下写清作者及其工作单位名称、邮政编码；文稿第一页下脚注明第一作者的出生年份、 ．ｔ３Ｅ￣＇ｌ、籍贯、学历、职务、职称、主要学术业绩、详细通讯地址、联系电话及电子信箱。文稿需要附２００字以内的中文摘要、３—５ 个关键词。文中一级标题序号为１，二级标题１．１，三级标题为１．１．１，均靠左侧顶格书写。