㈠ 超滤的工作原理是什么
超滤的工作抄原理
超滤属于袭一种分离技术，将压力专为动力膜分离的过程，过滤的精度在0.01-0.005um的范围之内。它可高效的去除水中的细菌、病毒、悬浮物、胶体等颗粒状物质，已经广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯等，效果非常好。同时在PH值为2-11的条件下能够连续的使用。
超滤膜一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。
㈡ 超滤膜该怎么清洗呢
超滤膜的清洗方法：
一、物理清洗法：
物理方法其实就是用有一定压力的水去冲洗超滤膜，这也是最常用的方法。因为这个水冲洗的方向不一样，又可以分为逆向冲洗、反冲洗和正洗冲洗。
1.逆向冲洗：用原水冲洗膜内和进水端面的杂质。
2.反冲洗：用超滤水从膜块表面的污染物冲松散、剥落，分别从进水口和浓缩口排出(可加酸、碱或次氯酸钠等药品加强清洗效果)。
二、化学清洗法：
利用化学药品与膜面杂质进行化学反应来达到清洗膜的目的
酸溶液清洗：常用溶液有盐酸、柠檬酸、草酸等，调配溶液的PH=2~3，利用循环清洗或者浸泡0.5h~1h后循环清洗，对无机杂质去除效果较好。
碱溶液清洗：常用的碱主要有NaOH ，调配溶液的PH=10~12左右，利用水循环操作清洗或浸泡0.5h~1h后循环清洗，可有效去除杂质及油脂。
氧化剂清洗剂：利用1%~3%H2O2、 500~1000mg/L NaClO 等水溶液清洗超滤膜，可以去除污垢，杀灭细菌。H2O2和NaClO是常用的杀菌剂。
加酶洗涤剂：如0.5%~1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶等，对去除蛋白质、多糖、油脂类污染物质有效。
进行方法与正常超滤过程相同，清洗液自原液入口处进入，浓缩液及超滤液全部返回清洗液容器，循环后排放，以净水洗净即可。
㈢ 超滤技术在工业废水处理中的应用
超滤技术在工业废水处理中的应用
简介：超滤是迅速崛起的一门分离技术，它在环境保护的水处理中有着广泛的应用。文章简要介绍了超滤技术的发展现状，并对超滤分离法在电泳漆、化学纤维、纺织、造纸、印钞、酿造、制革、石油和食品工业废水处理中的应用进行了综述。
早在1861年Schmidt用牛心包膜截留阿拉伯胶，可作为世界上第一次超滤试验，到1960年，在Loeb和Sourirajan试验成功不对称反渗透醋酸纤维素膜的影响下，1963年Michaels开发了不同孔径的不对称CA超滤膜。基于CA膜物化性质的限制，1965年开始，不断有新品种的高聚物超滤膜问世，并很快商品化，1965-1975年是超滤工艺大发展的阶段，膜材料从初期的不对称CA膜扩大到现在的聚砜(PSF)、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）以及各种高分子合金膜等，膜组件有板式、卷式和中空纤维等，在不同的生产过程中都已成功的应用[1]。目前所用超滤膜较多由高分子材料制成，随着工业上超滤技术的应用和发展，以金属、陶瓷、多孔硅铝等材料制成的无机膜，在20世纪80年代初期至90年代获得了重要发展。如1980-1985年期间，美国UCC公司开发的载体为多孔炭、外涂一层陶瓷氧化锆的无机膜可用作超滤膜管，美国Alcoa/SCT公司开发的商品名为Membralox的陶瓷膜管，能承受反冲，可采用错流（CrossFlow）操作[2]。用无机膜进行超滤，比常规的分离技术更加经济有效。目前工业所用的无机膜几乎全部是多孔陶瓷膜或以多孔陶瓷为支撑体的复合膜。随着粉末技术的发展，很多优质价廉的烧结金属微孔管投入市场，它具有易于和金属构件组合、加工等优点。近年来，国外还有人烧结不锈钢微孔管内壁烧结孔径为0.1纳米的TiO2薄层，构成Scepter不锈钢膜[3]。
近30年是超滤技术迅速发展的时期，超滤技术被广泛地应用于饮用水制备、食品工业、制药工业、工业废水处理、金属加工涂料、生物产品加工、石油加工等。
1 工业废水处理中的应用
目前膜法水处理技术在环境过程中的应用，主要是超滤、反渗透、渗析和电渗析等方法用于处理各工业废水。超滤技术因其操作压力低、能耗低、通量大、分离效率高，可以回收和回用有用物质和水，特别是通量大的特点，使得超滤成为废水处理工程采用的主要膜分离技术。
1.1 电泳漆废水
国外超滤技术的较大规模应用开始于70年代，当时就是主要用于电泳涂漆工业。废水中的漆料是使用漆料总量的10%~50%，采用超滤技术处理电泳漆废水不仅可以减少漆的损失和回用废水，而且可以使有害无机盐透过超滤膜从而提高了电泳漆的比电阻，调节和控制、漆液的组成，保证电泳涂漆的正常运行。70 年代初期主要用CA膜管式超滤器处理阳极电泳漆废水，70年代后期，改用框式、卷式、中空纤维式超滤器处理阴极电泳漆废水。国内一些汽车厂、电泳漆行业也采用超滤技术，如长春汽车轿车厂从Aomicon公司引进中空纤维式阴极电泳漆专用超滤器，由30根直径7.62cm的膜组件并联而成，总膜面积约75 cm2，处理能力为1.5 t/h，装有循环液定时自动换向系统，以减少膜污染，延长膜清洗周期。北京某汽车厂原排放电泳漆废水量为200 m3/d，工件带出漆液量19.13 L/h，经用超滤法处理后,保证了电泳槽漆液的电阻率大于500 Ω/cm，维持了电泳漆的固体含量稳定，对电泳漆的截留率为97%~98%，排水量降到5 m3/d，节省了大量补充的去离子水[4]。中国科学院生态环境研究中心研制出荷正离子的中空纤维膜组件，对比实验表明结果良好，与进口膜性能相近，可以用于生产。无锡超滤设备厂对有关的超滤膜进行开发，以共聚丙烯腈为膜材料，二甲基乙酰胺为溶剂，添加适量致孔剂制取的荷正电荷超滤膜透液量大，性能稳定，油漆截留率高，抗污染性能好，也已用于生产。我国许多厂家引进国外超滤装置,所以用性能优良的国产荷电超滤膜装置取代进口装置成为现在的新目标。
1.2 化纤、纺织工业废水
化纤工业中有多种废水可用超滤法处理与回收。如回收聚乙烯醇（PVA），国外不少工厂已用于生产。日本某工厂采用8 cm2的管式超滤器将PVA原液由0.1%浓缩到10~15倍，进口压力为3.92×105 Pa，出口压力为1.96×105 Pa，进料温度55~66℃，膜的水通量为100~140 L/ (cm2·h)，对PVA的分离率为98.2%，每天回收PVA 20 kg,运行良好[5]。
染料废水种类繁多，组成复杂，主要包括含盐、有机物的有色废水；氯化及溴化废水；含有微酸和微碱的有机废水；含有铜、铅、铬、锰、汞等阳离子的有色废水；含硫的有机物废水。废水量大，浓度高，色度高，毒性大，是治理难度最大的工业废水之一。上海印染厂最早采用醋酸纤维外压管式超滤装置处理还原染料废水并回收染料获得成功，中科院环境化学所也完成了用聚砜超滤膜管式和中空纤维式装置处理染料废水的现场实验，脱色率为95%~98%，COD去除率60%~90%，浓缩液含染料15~20 g/L，并被印染厂引用于生产[6]。
洗毛废水是纺织工业污染最严重的废水之一，洗毛废水中含有大量的悬浮物、油脂和合成洗涤剂，其中主要污染物是羊毛脂。羊毛脂是日用化工、医药工业的原料，也是很好的防腐剂和润滑剂，具有较高的经济价值。传统回收羊毛脂的方法回收率较低，而采用超滤技术处理洗毛废水取得了好的效果。国内的许多毛纺厂和洗毛厂采用超滤法处理洗毛废水工艺，该工艺包括预处理、超滤浓缩、离心分离和水回用四个系统，比传统的离心工艺羊毛脂回收率提高1~2倍。具体操作工艺条件为[7]：料液温度50 ℃，操作压力0.12~0.35 MPa，膜表面流速3 m/s，膜平均水通量40 L/(cm2·h)，浓缩倍数为3~6倍，结果油脂截留率为98%~99%，COD截留率为90%~98%。
1.3 造纸工业废水
造纸工业耗水量极大，造纸废水主要来源于去皮、浆化、洗净、漂白、抄纸等工序。用超滤技术处理造纸废水既可以对废水中某些有用成分进行浓缩回收，又可将透过水回用。开山屯化纤浆厂是国内制浆造纸行业中第一家引进了具有国际80年代先进水平的大型超滤设备，并成功地用于亚硫酸盐制浆废液的处理，在此基础上又用自制聚砜膜代替进口膜而取得成功，实验证明达到了DDS公司生产的FSN61PP超滤膜的水平。工艺为：将废液预热升温到50~70℃，打开进料阀，废液经过过滤器进入储罐内，超滤始终控制入口压力0.6 MPa，出口压力0.3 MPa，膜的工作温度60~65 ℃，膜工作面积2.25 cm2。结果成品的木质素磺酸浓度大于95%，还原物去除率大于85%，固形物的率大于30%，达到了对废液中高分子木质素磺酸的有效分离、纯化以及浓缩的目的。日本于1981年采用NTU-3508超滤组件建成了日处理4000 m3的管式膜装置，是世界上最大规模的装置。我国目前已具备生产此类超滤和反渗透膜组件的能力，并迅速推广[8]。
1.4 印钞废水
我国印钞业擦板废液的处理一直是困扰印钞行业的老大难问题。中科院上海原子核研究所与上海印钞厂、南昌印钞厂、西安印钞厂等合作，从1993年开始进行了用板式超滤器处理擦板废液的工作，并对原有的HPL-Ⅱ（A）型超滤器进行了改进，研制成功适用于处理印钞擦板废液的HPL-Ⅱ（B）型板式超滤器。经超滤处理后，透过膜的清液不含油墨，碱的含量不变，对COD的去除率为99%以上，对固含量为3%的擦板废液可浓缩至12%，废液的回收率为75%，且比采用中和法处理废液省力省大量资金。
1.5 酿造工业废水
味精废液是含大量菌体等有机物、氯化物的粘性液体，COD高达70 000 mg/L，废液的排放对环境造成严重的污染，同时废液中还含有一些价值很高的代谢副产物。味精厂用CA、PS、PVC等超滤膜对味精废液进行处理，其操作条件为：操作压力0.25MPa，操作温度25℃，超滤浓缩倍数5~6倍，处理结果表明：透过液清澈透明，菌体去除率达98%以上。透过液经管道输入酱油厂用来生产味精酱油；对浓缩液进行超滤可得到含蛋白质和脂肪及核酸的价值很高的代谢副产物；超滤谷氨酸发酵液，透过液清澈透明，用来提取谷氨酸可提高纯度和提取率[9]。
1.6含油废水的处理
乳化油废水是一种常见的工业废水，超滤法处理乳化油废水应用已有20多年。在1979年，西德已有超过250个超滤设备被用于浓缩乳化油，所用膜组件为管式、卷式和板式，1989年膜生产单位提高为能处理乳化油废水的系列膜设备。采用荷电中空纤维膜处理含有氢氧化钠、磷酸盐、碳酸钠、硼酸钠、亚硝酸钠和非离子或阴离子表面活性剂的乳化油废水时，在温度50℃，进口压力0.12 MPa，出口压力0.10 MPa时，透过液通量达25~33 L/(cm2·h)，透过液含油量仅十几mg/L。对于含有氢氧化钠、盐等水溶液和部分表面活性剂的透过液稍加调整即可回用脱脂。浓缩液进入油-水分离器，分离出来的油品可回收形成无排放体系。目前，上海宝钢采用Abcor公司管状膜的大型超滤设备来处理乳化油废水。中科院上海原子核研究所选用PSF100型超滤膜采用3块HPM型隔板并联成板式超滤器，在料液流速1.6 m/s，平均压力0.3 MPa，自然升温等运行条件下，先后进行2次连续浓缩运行，结果表明：油分截留率大于99%，COD的去除率达到95%，体积浓缩比高，超滤平均通量为30 L/(cm2·h)，处理乳化油废液效果很好[10]。
含原油废水中含油量通常为100~1000 mg/L，超过国家排放标准（10 mg/L），故排放前必须进行除油处理。可采用中空纤维超滤膜组件和超滤设备，在操作压力为0.10 MPa，废水温度40℃，膜的透水速度可达60~120 L/(cm2·h)，可以把含原油100~1000 mg/L的废水处理达到环境排放标准10 mg/L以下，也使处理后的水质达到了低渗透油田的注水标准[11]。
金属加工过程中产生大量的含有切削油、悬浮物和洗涤剂的废水，必须进行处理才能排放。超滤处理可把废水分离成两部分：浓缩液中含有油和悬浮颗粒，透过液中几乎不含油。用超滤与微滤联合进行处理，先用微滤把油浓缩至10%，其中微滤膜的透水能力为250 L/(cm2·h)，在进行超滤处理，可回收85%的清洗剂。用超滤处理钢厂冷压车间的压延油废水时，先用80目筛网过滤后，含油废水进入循环槽，再经60目筛网过滤后进入超滤膜，超滤浓缩液进入油-水分离器，分离出的油含油量大于90%，可进行燃烧处理，分离出的水返回循环槽进行超滤处理。超滤透过液可循环使用，超滤过程中的透水量和透过液的油分浓度都很稳定，不受供给水中油分浓度的影响。
处理石油开采产生的含油废水，可在油田用膜分离器中进行超滤与反渗透（或纳滤）的组合操作。先使分离出的水进入中空纤维超滤膜，透过液再进入反渗透膜（或纳滤膜），不但去除了悬浮物，还去除了溶解盐和溶解油，以满足特殊水质的要求。
用超滤处理各种乳化油废水的开发还在进行,分离效率已基本解决,而要攻克的难关是膜的污染与清洗问题[12]。
1.7 制革工业废水
制革工业脱毛用的原料主要是Na2S和石灰，其废水产生量约占皮革污水总量的10%，且毒性大，硫化物含量达2 000~4 000 mg/L，悬浮物和浊度值都很大，是皮革工业中污染最为严重的废水。在对废水进行处理时，用超滤法分离其中蛋白质，采用磺化聚砜类膜进行超滤，把浸灰废液的浓度提高5~10倍，膜不会出现堵塞现象，其处理效果优于一般净化技术。
超滤可回收40%的Na2S、20%的石灰和68%~70%的液体，回收大量的蛋白质，据估算，每吨盐腌皮可获得30~40 kg的角蛋白，因而具有较好的经济效益[13]。
1.8食品工业废水
生产大豆分离蛋白质会产生大量的高浓度有机废水，用超滤法处理起废水，既可回收经济价值很高的可溶性蛋白和低聚糖，又解决了环保问题，并且与传统的处理方法相比，运行费用低，产出效益高，回收产品质量稳定，操作简便。
马铃薯生产淀粉的废液有机物含量高，COD通常在10 000 mg/L左右，国外应用超滤技术去除马铃薯淀粉排放废水中的COD并浓缩回收可溶性蛋白质，国内也用膜装置为聚砜（PS）和聚丙烯腈（PAN）中空纤维超滤膜组件进行实验，工艺条件为：操作压力0.10 MPa，进料流量70 L/h，室温，超滤前调整料液pH 3.5左右（接近蛋白质等电点，截留率高）。实验结果表明超滤效果较好，废水的COD值由8 175 mg/L降为3 610mg/L，COD去除率为55.8%。膜污染后用40 ℃、0.1 mol/L的NaOH溶液来清洗，恢复率在90%左右[14]。
更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：https://bid.lcyff.com/#/?source=bdzd
㈣ 5吨钠虑水处理怎么操作
控制纳滤膜污染的方法
目前控制纳滤过程污染的方法大体可分为四种.
一是对已经污染了的膜进行清洗;
二是改变进料的部分物理化学性质;
三是改变操作方式;
四是对膜表面进行改性. 这些方法通常也适用于超滤、反渗透膜污染的控制.
1.清洗
清洗方法的选择主要取决于纳滤膜的构型、膜种类和耐化学试剂能力以及污染物的种类,常用的方法有物理方法和化学方法两类.
(1) 物理方法
水力方法:降低操作压力,提高料液循环量对膜面进行较长时间的冲刷,以去除附着于膜面的污染物,有利于提高通量. 这种方法最简单,但这样处理过的膜,通量恢复值较低,经短期运转后透水性能再次快速下降.气—液脉冲:往膜过滤装置间隙通入高压气体(空气或氮气) 形成气—液脉冲. 气体脉冲使膜上的孔道膨胀,从而使污染物能被液体冲走. 这种处理方法较简单,对于初期受有机物污染的纳滤膜是有效的.
(2) 化学方法
化学清洗是减少污染的一个重要方法,化学试剂的浓度和清洗时间视纳滤膜的耐化学试剂能力而定,常用的化学清洗法如下:
酸碱清洗:酸法是采取降低pH 值的方法来促进无机离子如Ca2 + 、Mg2 + 等形成的沉淀溶解. 碱洗一般是用一定pH 值的NaOH溶液清洗.
表面活性剂清洗:如SDS、吐温80 、Triton、X -100 等. 但有些阴离子型和非离子型表面活性剂能同膜结合造成新的污染,因此该法在应用中应结合纳滤膜的材质、构型妥善选用.酶清洗:由乙酸纤维等材料制成的膜,由于不能耐高温和极端pH 值,在膜通量难以恢复时,须采用能水解蛋白质的含酶清洗剂. 但使用酶清洗剂不当也会造成新的污染,同样需要妥善应用.
2.改变物料的性质
在膜过滤之前,对料液进行预处理,如热处理、加配合剂( EDTA 等) 、活性炭吸附、预微滤和预超滤等,以去除一些较大的粒子;也可调节pH 远离蛋白质等电点从而减轻吸附作用造成的膜污染.
3.改变操作方式
改变操作方式实际上是改善膜面流动方式,其主要方法有:一是在膜过程中采取一定的操作策略,如引入脉动流或使膜振动等 . 另外则是优化和改进膜组件及膜系统结构设计,如在流道内设置构件;在管式膜组件的入口处设一直径小于管径的喷嘴,由气动阀来控制流体周期性地通过喷嘴或通过整个管口进入组件,从而产生旋涡 . 用这两种方法可让流体在膜组件中的流动呈现出减轻膜污染和浓差极化的理想状态,如膜面处剪切流速的提高、流动不稳定性的出现等.
4.膜面改性
改变膜材料或膜的表面性质把膜表面改变成亲水性的. 因亲水性的表面对蛋白质吸附小,从而减轻膜污染 . 为了强化膜的操作性能,减少膜污染,膜表面的更新是一种方法. 近来,有人探究了膜面上吸附表面活性剂和可溶性聚合物来改善膜的表面. 膜面与溶质的物理化学相互作用可由合适的表面活性剂来控制. 如果用阴离子表面活性剂对膜面进行改性,膜面则带上更多的负电荷,增加了静电排斥作用
㈤ 超滤膜组件的清洗方法
海绵球清洗
选择与膜管直径大小的海绵球，用管子通过膜管进行反复擦拭回，而且可以反复使答用。
热水冲洗法
热水洗涤方法将水加热至(30-40°C)，然后冲洗膜表面，这个方法对于粘稠或热溶性杂质去除效果很好。
超滤膜的化学法清洗，需要根据不同的污染杂质种类来选择相对应的化学药剂，才能达到去污效果。
碱性溶液清洗：比较常用的碱NaOH。配制溶液的pH约为10-12。水循环操作后可清洗或者浸泡0.5h~1h后在清洗。可有效去除杂质和油脂。
氧化剂清洗剂：超滤膜化学剂H202和NaC10是很常用的杀菌剂。选择1%~3%H2O2、500~1000mg /
LNaC10等水溶液后在清洗，对污垢和消毒细菌很有效果。
食品工业中的蛋白质沉淀选择胃促胰酶溶剂或磷酸盐，硅酸盐基碱性洗涤剂进行，需要消毒(使用NaOH和H 2 O 2等)。
化学清洗方法和正常清洗超滤膜过程是一样的，将相对应的清洗液倒入原液口，会自动渗入浓缩层等返回清洗液容器，一番循环后排出，再用干净的水冲洗。
㈥ 超滤过滤膜堵了怎么办
超滤过滤膜堵了怎么办？
1、确定清洗时间
为了使清洗工作取得好效果，膜元件必须在产内生大量污垢前进行清容洗。
2、确定污垢类型
在清洗之前确定膜表面污垢类型是非常重要的。进行污垢类型确定方法是对SDI测试膜片上所收集的残留物进行化学分析，以确定污染物主要类型，以便进行针对性化学清洗。
3、根据污染物选择清洗方式
确定膜表面污染物，选择正确清洗程序。
酸性清洗：常用酸洗药剂主要有盐酸、硝酸柠檬酸、草酸等。配制酸洗液的PH也因膜材质的不同而不同。酸性清洗对于去除膜表面无机结垢污染效果较好。
碱性清洗：常用碱性清洗药剂有氢氧化钠、次氯酸钠和碳酸钠等，配制碱洗液的PH也因膜材质的不同而不同。碱性清洗对于去除膜表面的有机污染与油脂效果显著。
超滤膜在使用过程中一定要按照标准进行合理的维护保养，避免膜元件堵塞现象频繁发生，有效延长膜元件的使用寿命。
㈦ 影响超滤膜运行的因素有哪些
温度对产水量的影响：
温度对超滤膜系统的水分子的活性增强，粘滞性减小，故产水量增加。反之则产水量减少，因此即使是同一超滤膜系统在冬天和夏天的产水量的差异也是很大的，温度与产水量的关系是成正比的。一般在允许的温度条件下，温度系统约为0.0215/1°C，即温度每上升一度，则相应的产水量增加2.15%，因此可以使用调节水温的方法来实现超滤系统的产水量的稳定一致。
水质变化：
一方面，进水水质经由10μ过滤后，保证浊度小于1NTV，浓度不大于百分之五，且水温应在5至40摄氏度之间，压力应不大于0.2MPa，在此基础上，保证进水回收率在80%以上，酸碱度为2至13之间。另一方面，水质异常也是影响超滤出水量的重要条件，包括在雨季，原水中所蕴含的颗粒物、悬浮物会增多，使浊度达不到相关要求。加之进水的主要来源是地表水，所蕴含的有机物较多，在压力不均衡和连接不紧密的情况下会混入一定质量的生水，被截留于超滤膜表面，致使定期的清洁难以维持，直接导致超滤出水量降低。
操作压力对产水量的影响：
在低压时超滤膜的产水量与压力成正比关系，即产水量随着压力升高而升高，但当压力值超过0.3mpa时，即使压力再升高，其产水量的增加也很小，主要是由于在高压下超滤膜被压密而增加透水阻力所致，因此在超滤系统设计应注意；
超滤过程：
原水在管道内或管道外流动，小分子溶质及溶剂穿过膜逐渐形成超滤液，并降低浓度，成为浓缩液，从而实现小分子溶质和溶剂分离和浓缩。超滤过程具有动态性，且膜不易堵塞，但会随着运行时间的增加，产生吸附作用，使超滤膜表面形成残渣等物质。因此，超滤的各项特征是保证出水量的必要条件。
进水浑浊度对产水量的影响：
进水浊度越大时，超滤膜受到影响的产水量越少，而且进水浊度大更易引起超滤膜的堵塞，在确定超滤膜产生量时也应考虑进水浊度的影响，一般可采用以下方法降低浊度的影响；
A、 增加前级预处理降低原水浊度；
B、 使用错流过滤方式，并降低系统回收率；
流速对产水量的影响：
流速的变化对产水量的影响虽不像温度和压力那样明显，流速过大时反而会导致膜组件的产水量下降，这主要是因为由于流速加快增加了组件压力损失而造成的，因此在设计超滤系统流速时，一定要控制在给定的流速范围内，流速太慢影响超滤分离质量，容易形成浓差极化，太快则影响产水量。
㈧ 蛋白质分离方法有哪些，它们的特点各是什么
1.根据分子大小不同进行分离纯化
蛋白质是一种大分子物质,并且不同蛋白质的分子大小不同,因此可以利用一些较简单的方法使蛋白
质和小分子物质分开,并使蛋白质混合物也得到分离.根据蛋白质分子大小不同进行分离的方法主要有透析、超滤、离心和凝胶过滤等.透析和超滤是分离蛋白质时常用的方法.透析是将待分离的混合物放入半透膜制成的透析袋中,再浸入透析液进行分离.超滤是利用离心力或压力强行使水和其它小分子通过半透膜,而蛋白质被截留在半透膜上的过程.这两种方法都可以将蛋白质大分子与以无机盐为主的小分子分开.它们经常和盐析、盐溶方法联合使用,在进行盐析或盐溶后可以利用这两种方法除去引入的无机盐.由于超滤过程中,滤膜表面容易被吸附的蛋白质堵塞,以致超滤速度减慢,截流物质的分子量也越来越小.所以在使用超滤方法时要选择合适的滤膜,也可以选择切向流过滤得到更理想的效果
离心也是经常和其它方法联合使用的一种分离蛋白质的方法.当蛋白质和杂质的溶解度不同时可以利用离心的方法将它们分开.例如,在从大米渣中提取蛋白质的实验中,加入纤维素酶和α-淀粉酶进行预处理后,再用离心的方法将有用物质与分解掉的杂质进行初步分离[3].使蛋白质在具有密度梯度的介质中离心的方法称为密度梯度(区带)离心.常用的密度梯度有蔗糖梯度、聚蔗糖梯度和其它合成材料的密度梯度.可以根据所需密度和渗透压的范围选择合适的密度梯度.密度梯度离心曾用于纯化苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白,得到的产品纯度高但产量偏低.蒋辰等[6]通过比较不同密度梯度介质的分离效果,利用溴化钠密度梯度得到了高纯度的苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白.凝胶过滤也称凝胶渗透层析,是根据蛋白质分子大小不同分离蛋白质最有效的方法之一.凝胶过滤的原理是当不同蛋白质流经凝胶层析柱时,比凝胶珠孔径大的分子不能进入珠内网状结构,而被排阻在凝胶珠之外,随着溶剂在凝胶珠之间的空隙向下运动并最先流出柱外;反之,比凝胶珠孔径小的分子后流出柱外.目前常用的凝胶有交联葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖凝胶等.在甘露糖蛋白提纯的过程中使用凝胶过滤方法可以得到很好的效果,纯度鉴定证明产品为分子量约为32 kDa、成分是多糖∶蛋白质(88∶12)、多糖为甘露糖的单一均匀糖蛋白[1].凝胶过滤在抗凝血蛋白的提取过程中也被用来除去大多数杂蛋白及小分子的杂质[7].
2.根据溶解度不同进行分离纯化
影响蛋白质溶解度的外部条件有很多,比如溶液的pH值、离子强度、介电常数和温度等.但在同一条件下,不同的蛋白质因其分子结构的不同而有不同的溶解度,根据蛋白质分子结构的特点,适当地改变外部条件,就可以选择性地控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度,达到分离纯化蛋白质的目的.常用的方法有等电点沉淀和pH值调节、蛋白质的盐溶和盐析、有机溶剂法、双水相萃取法、反胶团萃取法等.
等电点沉淀和pH值调节是最常用的方法.每种蛋白质都有自己的等电点,而且在等电点时溶解度最
低;相反,有些蛋白质在一定pH值时很容易溶解.因而可以通过调节溶液的pH值来分离纯化蛋白质.王洪新等[8]研究茶叶蛋白质提取过程发现,pH值为时茶叶蛋白提取效果最好,提取率达到36·8%,初步纯化得率为91·0%.李殿宝[9]在从葵花脱脂粕中提取蛋白质时将蛋白溶液的pH值调到3~4,使目标蛋白于等电点沉淀出来.等电点沉淀法还应用于葡萄籽中蛋白质的提取.李凤英等[10]测得葡萄籽蛋白质的等电点为3·8.他们利用碱溶法提取葡萄籽蛋白质,得到了最佳的提取工艺为:以1×10-5mol·L-1的NaOH溶液,按1∶5的料液比,在40℃搅拌40 min,葡萄籽蛋白质提取率达73·78%.另外还可以利用碱法提取大米蛋白,其持水性、吸油性和起泡性等均优于酶法提取[11].利用酸法提取得到的鲢鱼鱼肉蛋白质无腥味、色泽洁白,蛋白质产率高达90%[12].
蛋白质的盐溶和盐析是中性盐显著影响球状蛋白质溶解度的现象,其中,增加蛋白质溶解度的现象称盐溶,反之为盐析.应当指出,同样浓度的二价离子中性盐,如MgCl2、(NH4)2SO4对蛋白质溶解度影响的效果,要比一价离子中性盐如NaCl、NH4Cl大得多.在葡萄籽蛋白提取工艺中除了可以利用碱溶法还可以利用盐溶法来提取蛋白质,其最佳提取工艺是:以10%NaCl溶液,按1∶25的料液比,在30℃搅拌提取30min,蛋白质提取率为57·25%[10].盐析是提取血液中免疫球蛋白的常用方法,如多聚磷酸钠絮凝法、硫酸铵盐析法,其中硫酸铵盐析法广泛应用于生产.由于硫酸铵在水中呈酸性,为防止其对蛋白质的破坏,应用氨水调pH值至中性.为防止不同分子之间产生共沉淀现象,蛋白质样品的含量一般控制在0·2% ~2·0%.利用盐溶和盐析对蛋白质进行提纯后,通常要使用透析或者凝胶过滤的方法除去中性盐[13].
有机溶剂提取法的原理是:与水互溶的有机溶剂(如甲醇、乙醇)能使一些蛋白质在水中的溶解度显著降低;而且在一定温度、pH值和离子强度下,引起蛋白质沉淀的有机溶剂的浓度不同,因此,控制有机溶剂的浓度可以分离纯化蛋白质.例如,在冰浴中磁力搅拌下,在4℃预冷的培养液中缓慢加入乙醇(-25℃),可以使冰核蛋白析出,从而纯化冰核蛋白[14].由于在室温下,有机溶剂不仅能引起蛋白质的沉淀,而且伴随着变性.因此,通常要将有机溶剂冷却,然后在不断搅拌下加入有机溶剂防止局部浓度过高,蛋白质变性问题就可以很大程度上得到解决.对于一些和脂质结合比较牢固或分子中极性侧链较多、不溶于水的蛋白质,可以用乙醇、丙酮和丁醇等有机溶剂提取,它们有一定的亲水性和较强的亲脂性,是理想的提取液.冷乙醇分离法提取免疫球蛋白最早由Cohn于1949年提出,用于制备丙种球蛋白.冷乙醇法也是目前WHO规程和中国生物制品规程推荐的方法,不仅分辨率高、提纯效果好、可同时分离多种血浆成分,而且有抑菌、清除和灭病毒的作用[15].
萃取是分离和提纯有机化合物常用的一种方法,而双水相萃取和反胶团萃取可以用来分离蛋白质.双水相萃取技术(Aqueous two phase extraction,ATPE)是指亲水性聚合物水溶液在一定条件下形成双水相,由于被分离物在两相中分配的不同,便可实现分离,被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取.此方法可以在室温环境下进行,双水相中的聚合物还可以提高蛋白质的稳定性,收率较高.对于细胞内的蛋白质,需要先对细胞进行有效破碎.目的蛋白常分布在上相并得到浓缩,细胞碎片等固体物分布在下相中.采用双水相系统浓缩目的蛋白,受聚合物分子量及浓度、溶液pH值、离子强度、盐类型及浓度的影响[16].
反胶团萃取法是利用反胶团将蛋白质包裹其中而达到提取蛋白质的目的.反胶团是当表面活性剂
在非极性有机溶剂溶解时自发聚集而形成的一种纳米尺寸的聚集体.这种方法的优点是萃取过程中蛋
白质因位于反胶团的内部而受到反胶团的保护.程世贤等[17]就利用反胶团萃取法提取了大豆中的蛋白质.
3.根据电荷不同进行分离纯化
根据蛋白质的电荷即酸碱性质不同分离蛋白质的方法有电泳和离子交换层析两类.
在外电场的作用下,带电颗粒(如不处于等电点状态的蛋白质分子)将向着与其电性相反的电极移动,这
种现象称为电泳.聚丙烯酰胺电泳是一种以聚丙烯酰胺为介质的区带电泳,常用于分离蛋白质.它的优点是设备简单、操作方便、样品用量少.等电聚焦是一种高分辨率的蛋白质分离技术,也可以用于蛋白质的等电点测定.利用等电聚焦技术分离蛋白质混合物是在具有pH梯度的介质中进行的.在外电场作用下各种蛋白质将移向并聚焦在等于其等电点的pH值梯度处形成一个窄条带.孙臣忠等[18]研究了聚丙烯酰胺电泳、等电聚焦电泳和等速提纯电泳在分离纯化蛋白质中的应用.结果发现,聚丙烯酰胺电泳的条带分辨率低,加样量不高;等电聚焦电泳分辨率最高,可以分离同种蛋白的亚成分,加样量最小;等速提纯电泳区带分辨率较高,可将样品分成单一成分,加样量最大.
离子交换层析(Ion exchange chromatography,IEC)是以离子交换剂为固定相,依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法.离子交换层析中,基质由带有电荷的树脂或纤维素组成.带有正电荷的为阴离子交换树脂;反之为阳离子交换树脂.离子交换层析同样可以用于蛋白质的分离纯化.当蛋白质处于不同的pH值条件下,其带电状况也不同.阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质,被留在层析柱上,通过提高洗脱液中的盐浓度,将吸附在层析柱上的蛋白质洗脱下来,其中结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来.反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质,结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的pH值洗脱下来.李全宏等[19]将离子交换层析应用于浓缩苹果汁中蛋白质的提纯.另外,离子交换层析还用于抗凝血蛋白的提取[7].
4. 利用对配体的特异亲和力进行分离纯化
亲和层析是利用蛋白质分子对其配体分子特有的识别能力(即生物学亲和力)建立起来的一种有效的纯化方法.它通常只需一步处理即可将目的蛋白质从复杂的混合物中分离出来,并且纯度相当高.应用亲和层析须了解纯化物质的结构和生物学特性,以便设计出最好的分离条件.近年来,亲和层析技术被广泛应用于靶标蛋白尤其是疫苗的分离纯化,特别是在融合蛋白的分离纯化上,亲和层析更是起到了举足轻重的作用,因为融合蛋白具有特异性结合能力[20].亲和层析在基因工程亚单位疫苗的分离纯化中应用也相当广泛[21].范继业等[22]利用壳聚糖亲和层析提取的抑肽酶比活达到71 428 BAEE·mg-1,纯化回收率达到62·5%.该方法成本较低,吸附剂价格低廉、机械强度高、抗污染能力较强、非特异性吸附较小、可反复使用、适用性广,产品质量稳定.
㈨ 膜法污水回用过程中怎样防治膜污染
要预防和控制膜污染，首先要了解各种膜过程的过滤机理。一般来说，微/超滤过程主要遵循筛分机理，反渗透过程遵循溶解-扩散机理。相应地，反渗透膜的污染一般为膜面污染，而微/超滤膜的污染一般为表面凝胶层污染和孔内吸附及孔堵塞引起的膜污染。表面污染一般为可逆膜污染，而孔内堵塞和吸附一般为不可逆膜污染。
在明确了各种膜过程的过滤机理以后，可以从以下几个方面来预防和控制膜污染。
1 预处理工艺的选择
预处理是指在原料液过滤前加入适当的药剂，以改变料液或溶质的性质，或对料液进行絮凝、过滤，去除较大的悬浮粒子或胶状物质，或调整料液的pH以去除膜污染物，从而减轻膜的负荷和污染。
在选择预处理工艺之前，首先要明确预处理的目的。膜前进行预处理主要是为了防止或减少膜污染，将膜污染降低到最低水平。因此，可以根据不同膜过程的需求和进水要求选择合适的预处理工艺。首先，需在实验室确定各种膜过程中的关键污染物，去除或减少对膜污染起主要作用的关键组分。预处理的目的并不是去除所有污染物，而是去除对膜有污染或损害的关键污染物，因此处理要适度，过度的预处理反而会引起新的膜污染。
1.1 污水中无机结垢物质引起的膜污染的预处理工艺选择
在双膜系统运行过程中，结垢主要发生在反渗透膜元件上，如果超滤进水中的硬度和碱度过高，则容易在反渗透膜段发生结垢，引起反渗透产水通量快速下降。因此，要减少反渗透膜段的结垢污染，需要对污水进行膜前预处理。防止反渗透膜结垢的预处理方式主要有以下几种：添加阻垢剂、调酸、除硬等。
添加阻垢剂可以控制碳酸盐垢、硫酸盐垢以及氟化钙垢，还可以抑制硅垢。添加的阻垢剂可分为3类：六偏磷酸钠、有机磷酸盐和多聚丙烯酸盐。添加阻垢剂的优点是操作简单，膜前无任何处理步骤，且添加剂量可精确控制；缺点是会增加浓水COD，高回收率下可能失效，阻垢剂含量高或阻垢剂种类选择不当时仍有可能堵膜。
通过调酸，可使碳酸钙维持溶解状态。调酸处理的优点是操作简单，污水pH不高时，成本低于除硬处理；缺点是调酸处理对Ca、Mg离子无去除作用，浓水侧Ca、Mg离子含量仍较高，且对管路防腐要求较高。此外，仅采用加酸控制碳酸钙结垢时，要求浓水中的 LSI 或S&DSI 指数必须为负数。
除硬处理可采用石灰-纯碱除硬或氢氧化钠-纯碱除硬。在水中加入氢氧化钙可去除碳酸盐硬度，非碳酸盐硬度可以通过加入碳酸钠(纯碱)进一步降低。石灰除硬的优点是可同时降低硬度和碱度，比氢氧化钠成本低，浓水LSI降低明显；缺点是泥渣量很大，泥渣沉降或过滤操作繁琐。氢氧化钠除硬的优点是泥渣量少；缺点是对碱度去除效果不好，浓水LSI仍较高，处理成本较石灰法高。
1.2 污水中胶体引起的膜污染的预处理工艺选择
胶体污染主要发生在超滤膜元件上，如果反渗透进水中铁、锰、硅等含量超过一定值，则在反渗透膜元件也会形成污堵，因此，必须控制进水中的铁、锰、硅等含量。
胶体的粒径范围为1 nm~1μm，在水中通常带电。胶体粒子之间由于静电斥力的作用，不会发生聚合，很难自然沉降。因此，必须根据胶体物质的特性，在水中加入特定化学药剂或采用其他方法，使其沉淀下来。
超滤膜前脱除胶体的方法主要有凝聚、絮凝(包括电絮凝)、混凝或气浮等。凝聚是在废水中投加带正离子的混凝药剂，大量正离子在胶体粒子之间的存在可以消除胶体粒子之间的静电排斥，从而使微粒聚结。常用的凝聚剂有硫酸铝、硫酸亚铁、明矾、氯化铁等。絮凝是在废水中加入高分子混凝药剂，高分子混凝药剂溶解后，会形成高分子聚合物，这种高聚物的结构是线型结构，线的一端拉着一个微小粒子，另一端拉着另一个微小粒子，在相距较远两个粒子之间起着黏结架桥的作用，使得微粒逐渐变大，最终形成大颗粒的絮凝体，加速颗粒沉降。常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺(PAM)、聚铁(PE)等。凝聚与絮凝结合在一起使用的过程为混凝过程。混凝对原水的悬浮物、有机物及胶体物质等杂质都有去除效果，操作简单，处理成本低，是目前国内外应用最普遍的水处理方法。据文献报道，一般混凝+过滤可去除60%的胶体硅，混凝+澄清过滤可去除90%的胶体硅。
1.3 污水中有机物引起的膜污染的预处理工艺选择
在污水处理过程中，脱除和浓缩有机物是主要目标。在双膜系统运行过程中，有机物引起的膜污染在超滤和反渗透膜段都有体现。由于炼油污水中的大分子有机物相对较多，因此超滤膜段大分子有机物引起的膜面污染可能较反渗透膜段更为严重。有机物容易吸附在膜面上引起膜通量急剧下降，当高分子质量的有机物为憎水性或带正电荷时，这种吸附过程更易进行；当pH>9时，膜表面及有机物均呈负电荷，因此，高pH有利于防止有机物污染。但以乳化状态出现的有机物会在膜表面形成有机污染薄层，引发严重的膜性能衰减，必须在预处理部分除去。
目前来说，膜前预处理去除有机物的方式可分为以下2大类：物理化学法和生物法。物理化学法主要包括吸附法、絮凝剂混凝沉淀法、高级氧化法；生物法主要为膜前深度生化处理，包括接触氧化、BAF、A/O、A/O/O等。其中，吸附法常用的吸附剂为活性炭，但活性炭吸附费用较高，并且再生困难，容易产生二次污染。絮凝法可有效去除水中的悬浮性物质，防止膜发生胶体污染。高级氧化法可有效去除水中难降解有机物。生物法如接触氧化和BAF可有效降低水中的有机物、氨氮、油，并截留大量悬浮物，BAF尤其对氨氮去除效果好。不同的预处理方法各有优势，必须结合实际废水水质筛选出相应的有机物去除手段。
1.4 污水中微生物引起的膜污染的预处理工艺选择
微生物污染是指微生物在膜水界面上积累、凝结形成一层生物膜，影响膜系统性能的现象。细菌的大小一般为1~3 μm.微生物可以看成是胶体物质，可以按照胶体污染的预处理方法或在超滤膜系统得到去除。然而，微生物的繁殖能力很强，在适宜的生存条件下会迅速生长。
膜元件容易受到微生物污染的原因有3种：一是膜系统具有较大的膜表面积，增加了黏附细菌的可能性；二是膜的过滤会将细菌迁移至膜表面；三是预处理也是生物污染源，预处理投加的絮凝剂、杀菌剂或阻垢剂过量，会成为微生物的营养源，并且膜组件内部的潮湿阴暗为微生物生长提供了理想环境。若在污水进入膜系统前不对微生物加以杀灭，这些微生物将以膜为载体借助浓水段的营养盐而繁殖生长，严重威胁膜系统的长期稳定运行。因此，污水在进入膜系统前必须进行合理的杀菌处理，有效的除菌手段是保证膜系统稳定运行的关键因素。
杀菌按性质可分为化学杀菌和物理杀菌。化学杀菌主要采用杀菌剂，杀菌剂的作用方式可分为杀菌作用和抑菌作用。污水处理中常用的杀菌剂可分为无机杀菌剂和有机杀菌剂，也可按化学性质分为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂。无机杀菌剂以氧化型为主，如二氧化氯、液氯、臭氧等，有机杀菌剂主要是阳离子的季铵盐类物质。
氧化性杀菌剂是强氧化剂，能够氧化微生物体内起新陈代谢作用的酶而杀灭微生物。氧化性杀菌剂的特点是杀菌速度快、成本较低，但药剂使用过程存在一定的安全隐患；非氧化性杀菌剂是以致毒剂作用使微生物的酶系统失去活性，破坏细胞的新陈代谢，破坏细胞壁、细胞膜或其他特殊部位，它的作用不受水中还原性物质的影响，对pH变化不敏感。非氧化性杀菌剂可以弥补氧化性杀菌剂的不足。
物理杀菌方式主要有超声波与磁场组合杀菌、变频电脉冲杀菌和紫外线杀菌等。超声波与磁场组合杀菌能够自动周期性地、有规律地产生各种频率的强大直流脉冲电磁波，直接击穿细菌的细胞壁而导致细菌死亡，同时污水在这种直流脉冲电场作用下，迅速发生微弱的氧化还原反应，在阳极区附近产生一定量的氧化性物质与细菌作用，破坏了细菌正常的生理功能，使细胞膜过氧化而死亡，从而达到杀菌目的。紫外线杀菌是通过紫外线照射来达到杀菌目的，紫外线对微生物的核酸可以产生光化学危害，紫外光被微生物的核酸吸收，一方面可使核酸突变，阻碍其复制、转录，封锁蛋白质的合成；另一方面产生自由基，可引起光电离，从而导致细胞死亡，达到杀菌目的。紫外线杀菌的优点是不需要向水中投加化学品，设备维护要求低，仅需定期清洗或更换水银蒸汽灯管；缺点是该法仅适用于较干净水源。变频电脉冲杀菌是让细菌触电，外加交变电场会形成跨膜电位而穿透细胞膜，导致微生物死亡。
化学杀菌剂的杀菌率大小依次主要受杀菌剂种类、杀菌剂浓度、杀菌剂作用时间的影响。聚酰胺反渗透膜表面通常显负电性，为了保持膜通量和脱盐率，尽量选择和膜表面荷电性相同的杀菌剂。
2 膜材料及膜孔径的选择
2.1 膜材料的选择
膜材料是膜技术的核心。污染物在膜上的吸附是由于膜、溶剂、污染物之间相互作用的结果，当然还与膜表面性质和膜孔径等因素有关。针对污染物的性质，选择合适的耐污染膜材料，可以有效地减少膜对污染物的吸附。