膜技术及其应用

随着全球人口数量的增加、经济的发展和人民生活水平的提高，资源匮乏、环境污染、人类健康等问题构成了全球面临的重大实际难题，如何解决这些问题就成了目前全球科学家们共同奋斗的目标。

膜科学技术作为一类新兴的高新技术，具有能耗低、效率高、工艺简单和投资小等优点，已经在海水淡化、废水处理、空气净化、电子工业、医药卫生及食品加工等领域获得广泛应用，近十年来年均增长速度保持在 15%。因此，膜技术将在我国未来的经济和生活中扮演举足轻重的角色。

为了使同行们能够尽快了解微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离等得到成熟工业应用的膜技术知识及其工业应用，我们编写了本书。本书注重膜的基础理论和工业应用的结合，力图能反映当前膜领域的知识体系和膜技术在我国的工业应用技术成果。

《膜技术及其应用》第 1 章绪论，由北京工业大学的王湛、高淑娟编写；第 2 章膜的基础知识，由北京工业大学的王湛、陈强、高淑娟、钟陈银和北京理工大学前沿技术研究院的尹霜编写；第 3 章膜技术在城市污水处理中的应用，由北京城市排水集团有限责任公司的王浩和北京碧水源科技股份有限公司的朱中亚编写；第 4 章膜技术在农村污水处理中的应用，由北京京鹞环境科技有限公司的侯磊、江西环境工程职业学院的柯瑞华和北京理工大学前沿技术研究院的尹霜编写；第 5 章膜技术在电泳涂装上的应用，由安得膜分离技术工程（北京）有限公司的李承哲编写；第 6 章膜技术在油水分离中的应用，由中国石油化工股份有限公司北京化工研究院的魏玉梅、张新妙编写；第 7 章膜技术在纯水生产中的应用和第 8 章膜技术在气体分离中的应用，由北京工业大学的陈强编写；第 9 章膜技术在燃料电池中的应用，由北京工业大学的宋芃和李艳编写；第 10 章膜分离技术在药物生产中的应用，由北京鑫开元医药科技有限公司的王岩和北京七一八友晟电子有限公司的郭洋洋编写；第 11 章膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用，由北京国环莱茵环保科技股份有限公司的蔡先明、骆建明，北京工业大学的秦侠和江西环境工程职业学院的柯瑞华编写。本书由王湛、宋芃和陈强统稿。

本书既可作为化工类相关专业学生的教科书，也能作为企业职工普及膜知识和膜技术工业应用的参考书。此外，本书是在化学工业出版社的大力支持和帮助下出版的，我们对此表示诚挚的谢意！同时，在编写过程中引用了大量的资料，在此一并向各位同行表示感谢。由于各种原因，书中的缺陷和遗漏在所难免, 敬请各位多提宝贵意见。

编著者

2021 年 10 月

《膜技术及其应用》以微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离等得到成熟工业应用并在我国工业过程和生活中扮演举足轻重的作用的膜过程为出发点，详细阐述了这些膜过程的基本概念、常用的膜材料、膜的制备方法及其在城市污水处理、油水分离、纯水生产、气体净化、农药生产废水处理、垃圾渗滤液处理等工业过程中的典型应用，力图能够反映当前膜领域的知识体系和膜技术在我国的工业应用技术成果。本书内容注重膜的基础理论和工业应用的结合，带领读者从了解不同膜过程的基本特点入手，来了解膜技术在工业过程中的应用及其在解决人类面临的能源短缺、环境污染和人类健康等问题方面的应用。

本书可以作为高等院校化学工程类、环境保护类学生学习膜知识的教材，也可以作为从事环境保护的技术人员、管理人员及关注环境保护事业的读者普及膜知识、学习膜技术工业应用的参考用书。

第1 章 绪论 1

1.1 膜的定义、分类及其应用 1

1.2 膜的性能指标 7

1.3 膜技术应用及前景 8

参考文献 11

第2 章 膜的基础知识 12

2.1 膜材料 12

2.1.1 有机膜材料 12

2.1.2 无机膜材料 16

2.2 膜组件 19

2.2.1 板框式反渗透膜组件 19

2.2.2 管式反渗透组件 20

2.2.3 中空纤维式膜组件 20

2.2.4 卷式膜组件 21

2.3 膜的制备 22

2.3.1 均质对称膜的制备 22

2.3.2 非对称膜的制备 23

2.3.3 无机膜的制备 27

参考文献 29

第3 章 膜技术在城市污水处理中的应用 32

3.1 城市污水的处理方法 32

3.1.1 生物处理法 32

3.1.2 强化一级处理技术 39

3.1.3 物理处理法 40

3.2 城市污水处理的级别 44

3.3 城市污水处理膜的分类、制备 45

3.3.1 膜的分类 45

3.3.2 膜的制备 45

3.4 膜生物反应器及工程应用 46

3.4.1 膜生物反应器概述 46

3.4.2 常见的 MBR 工艺简介 47

3.4.3 MBR 的设计要点 49

3.4.4 MBR 运行-清洗要点及注意事项 53

3.4.5 MBR 的工程应用 57

3.5 超滤膜工艺及工程应用 61

3.5.1 超滤膜工艺的设计 61

3.5.2 超滤膜在沙河再生水厂污水深度处理中的应用 61

3.5.3 超滤膜在昌平再生水厂污水深度处理中的应用 63

3.5.4 浸没式超滤系统在北京清河再生水厂中的应用 65

3.6 膜耦合技术及应用 66

3.6.1 高级氧化与膜技术的耦合技术 66

3.6.2 活性炭与膜技术的耦合技术 69

3.7 膜技术在国内外城市污水处理应用中的发展方向 70

3.7.1 以膜技术为核心的MBR 优化 70

3.7.2 膜技术促进污水回用 74

参考文献 75

第4 章 膜技术在农村污水处理中的应用 77

4.1 我国农村污水处理概况 77

4.1.1 活性污泥法 78

4.1.2 人工湿地 78

4.1.3 地下渗滤 79

4.1.4 氧化塘 79

4.1.5 生物膜技术 80

4.1.6 膜分离技术 80

4.2 膜技术在农村污水处理中的应用现状与特点 81

4.2.1 应用现状 81

4.2.2 膜性能特点 82

4.3 典型案例介绍 82

4.3.1 污水集中处理 82

4.3.2 农村污水一体化设备 83

4.4 未来发展方向预测 88

参考文献 88

第5 章 膜技术在电泳涂装上的应用 90

5.1 电泳涂装工艺介绍 90

5.2 阳极（阴极）膜在电泳涂装中的应用 92

5.2.1 电泳原理介绍 92

5.2.2 阳极系统简介 92

5.3 UF（超滤）系统 96

5.3.1 超滤及其特点 97

5.3.2 超滤在涂装中的作用 97

5.3.3 电泳漆用超滤膜及其组件 97

5.3.4 电泳漆超滤系统组成 98

5.4 应用案例一——杭州某公司超滤阳极系统 99

5.4.1 超滤系统 99

5.4.2 阳极系统 101

5.5 应用案例二——陕西某汽车公司超滤阳极系统 102

5.5.1 超滤系统 102

5.5.2 阳极系统 105

参考文献 106

第6 章 膜技术在油水分离中的应用 107

6.1 油水分离方法 107

6.2 油水分离膜 108

6.2.1 油水分离膜的种类 109

6.2.2 油水分离膜材料 112

6.2.3 膜技术工艺选择 116

6.3 应用 117

6.3.1 陶瓷膜在油水分离中的应用 117

6.3.2 聚合物膜在油水分离中的应用 121

6.3.3 纳米纤维膜在油水分离中的应用 122

6.4 存在的问题与发展趋势 122

6.4.1 存在的问题 122

6.4.2 发展趋势 123

参考文献 123

第7 章 膜技术在纯水生产中的应用 130

7.1 纯水制备技术简介 131

7.1.1 蒸馏法 131

7.1.2 离子交换法 131

7.1.3 膜分离 132

7.1.4 组合技术 134

7.2 纯水生产中的膜技术原理 138

7.2.1 反渗透技术 138

7.2.2 电渗析与离子交换膜 139

7.2.3 正渗透膜 143

7.2.4 膜蒸馏 146

7.2.5 预处理技术 149

7.3 应用 150

7.3.1 电子工业用水 150

7.3.2 医药工业用水 152

7.3.3 锅炉补给水 154

7.3.4 直饮水及食品工业用水 157

7.3.5 实验室科研用水 158

参考文献 160

第8 章 膜技术在气体分离中的应用 162

8.1 分离原理 162

8.1.1 多孔膜 163

8.1.2 非多孔膜 163

8.2 气体分离膜的类别 166

8.2.1 无机膜 166

8.2.2 有机高分子膜材料 167

8.2.3 微孔有机聚合物材料 167

8.2.4 无机-有机杂化膜 168

8.2.5 促进传递膜 168

8.3 性能参数 168

8.3.1 溶解度系数 168

8.3.2 扩散系数 169

8.3.3 渗透系数 169

8.3.4 分离系数 169

8.4 工业应用 169

8.4.1 氢气纯化 169

8.4.2 二氧化碳分离 171

8.4.3 膜法富氧 171

8.4.4 膜法富氮 172

8.4.5 氦气/甲烷分离 173

8.4.6 有机蒸气回收 173

8.4.7 蒸汽渗透法脱湿 174

参考文献 176

第9 章 膜技术在燃料电池中的应用 179

9.1 燃料电池离子交换膜 179

9.1.1 燃料电池离子交换膜的发展历史 179

9.1.2 燃料电池用离子交换膜的产业现状 186

9.1.3 燃料电池用离子交换膜的未来发展方向 190

9.2 燃料电池离子交换膜的应用案例 191

参考文献 192

第10 章 膜分离技术在药物生产中的应用 195

10.1 膜分离的基本过程和特征 196

10.2 膜分离技术的分类及其应用 196

10.2.1 微滤膜 196

10.2.2 超滤（UF）膜 197

10.2.3 纳滤膜 197

10.3 膜分离技术在农药中的应用 198

10.3.1 膜分离技术在农药生产中的应用 198

10.3.2 膜分离技术在农药废水处理中的应用 199

10.4 膜分离技术在医药中的应用 200

10.4.1 膜分离技术在药品生产中的应用 200

10.4.2 膜分离技术在中药生产中的应用 202

10.5 膜分离技术存在的问题 204

10.6 前景展望 205

参考文献 205

第11 章 膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用 207

11.1 我国垃圾渗滤液处理概况 207

11.2 膜技术在垃圾渗滤液中的应用现状 210

11.2.1 垃圾渗滤液处理技术的应用情况 210

11.2.2 国内典型垃圾渗滤液处理膜技术 214

11.3 典型案例介绍 216

11.3.1 垃圾填埋场渗滤液处理工程案例 216

11.3.2 垃圾焚烧场渗滤液处理工程案例 223

11.3.3 FMBR 分布治水模式 232

参考文献 237

1.作者团队经验丰富——作者团队是我国知名膜技术中心的教授和相关行业技术人员，既包含高校老师擅长的概念原理等，更包括了膜技术在各种行业的应用，兼具基础性和实用指导性。

2.案例丰富——书中案例包含了膜技术在城市污水处理、油水分离、纯水生产、气体净化、农药废水处理、垃圾渗滤液处理等行业的应用，每个行业均附有案例的工艺、系统与设计，有较好的实践指导性。

3.语言简练干货满满——本书语言非常简练，除了符合实际要求的基本原理和技术工艺设计，没有其他冗余内容，干货满满，物超所值。