膜分离是借助一种特殊制造的、具有选择透过性的薄膜，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，利用流体中各组分对膜的渗透速率的差异而使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物分离和产物提取、浓缩、纯化等目的的单元作。膜分离过程一般不发生相变，与有相变的平衡分离方法相比能耗低，属于速率分离过程。多数膜分离过程在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离。此外，它操作方便，设备结构紧凑，维护费用低。由于具有上述特点，近20年来，膜分离技术已经在各个领域得到了很大发展，成为一类新兴的化工单元操作。膜分离的过程有多种，不同的分离过程所采用的膜及施加的推动力不同。 用膜分离时，使原料中的溶质透过膜的现象一般叫渗析；使溶剂透过膜的现象叫渗透。水处理中膜分离法通常是指采用特殊固膜的电渗析法、超滤、微滤、纳滤及反渗透等技术，其共同优点是在常温下可分离污染物，且不耗热能，不发生相变化，设备简单，易于操作。
溶质或溶剂透过膜的推动力是电动势、浓度差或压力差。微滤、超滤、纳滤和反渗透都是以压力差为推动力的膜分离过程。当在膜两侧施加一定的压差时，混合液中的一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被截留下来，从而达到分离的目的。这四种膜分离过程的主要区别在于被分离物质的大小和所采用膜的结构和性能不同。微滤的分离范围为0.05~10μ m ，压力差0.015~0.2MPa；超滤的分离范围0.001~0.05μ m ，压力差为0.1~1mpa；反渗透常用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，压力差与溶液中的溶质浓度有关，一般在2~10MPa；纳滤介于反渗透和超滤之间，脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中分子量为几百至几千的物质。
电渗析是指在电场力作用下，溶液中的反离子发生定向迁移并通过膜，以去除溶液中离子的一种膜分离过程，所采用的膜为荷电的离子交换膜。目前电渗析已经大规模用于苦咸水脱盐、纯净水制备等，也可以用于有机酸的分离与纯化。膜电解与电渗析的传递机理相同，但膜电解存在电极反应，主要用于食盐电解生产氢氧化钠及氯气等。渗透气化与蒸气渗透的基本原理是利用被分离混合物中某组分有优先选择性透过膜的特点，使进料侧的优先组分透过膜，并在膜下游侧气化去除。渗透气化和蒸气渗透过程的区别仅在于进料的相态不同，前者为液相进料，后者为气相进料。这两种膜分离技术还在开发之中。
膜分离过程的特点
与传统的分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：
在膜分离过程中，不发生相变，能量转化效率高；
一般不需要投加其他物质，不改变分离物质的性质，并节省原材料和化学药品；
膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，可回收有价值的物质；
④可在一般温度下操作，不会破坏对热敏感和对热不稳定的物质，并且不消耗热能；
⑤膜分离法适应性强，操作及维护方便，易于实现自动化控制，运行稳定。因此，膜分离技术除大规模用于海水淡化、苦咸水淡化、纯水生产外，在城市生活饮用水净化、城市污水处理与利用以及各种工业废水处理与回收利用等领域也逐渐得到了推广和应用。
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