膜過程是一門新興的多種學科交叉的新技術，已經成為工業上氣體分離、水溶液分離、化學產品和生化產品的分離與純化的重要過程，廣泛應用于食品、飲料加工、水處理、大規模空氣分離、濕法冶金技術、氣體和液體燃料的生產以及石油化工制品生產等。
膜從廣義上講可以定義為兩相之間的一個不連續區間，它可以是固相，液相，甚至氣相的。從分離的意義上來講，膜可以定義為： Membranes are thin barriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more components 。
大多數的分離膜都是固體膜，目前，無論是從產量、產值、品種、功能或是應用對象上來講，固體膜都占 99%以上，其中尤以有機高分子聚合物材料制備成的膜和其過程為主。無機膜近年來發展迅速。液膜也有其特點，但尚待發展。
物質選擇透過膜的推動力可分為兩類：一是外界能量，物質發生由低位到高位的轉移；二是化學位差，物質由高位向低位轉移。
膜分離過程的特點：高效；能耗（功耗）低；膜分離設備操作維護方便，運行穩定；規模和處理能力范圍很大。
二、膜材料與膜組件
１．膜材料及分類
具有分離功能的固體膜目前主要以有機高分子聚合物為膜材料。以無機膜為膜材料的分離膜近年來發展迅速。
膜的分類主要有四種方法：
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| 膜的分類主要有四種方法 | 按膜的結構分類 | 按膜的用途分類 | 按膜的作用機理分類 | 天然膜 | 多孔膜 | 氣相系統中用膜 | 吸附性膜 | | 合成膜 | 微孔介質 | 氣 - 液系統中用膜 | 擴散性膜 | | 無機膜 | 大孔膜 | 液 - 液系統用膜 | 離子交換膜 | | 高分子膜 | 非多孔膜 | 氣 - 固系統用膜 | 選擇滲透膜 |
| 無機膜 | 液 - 固系統用膜 | 非選擇性膜 |
| 聚合物膜 | 固 - 固系統用膜 |
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| 液膜 |
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２．膜組件
膜面積愈大，單位時間透過量愈多，因此，當膜分離技術實際應用時，要求開發在單位體積內具有膜面積的組件。目前主要有以下幾種形式：
板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式 (Tubular Module) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細管式 (Capillary Module) 。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式 <0.5mm> 。
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| 表：各種膜組件特性 |
名稱/項目 | 中空纖維式 | 毛細管式 | 螺旋卷式 | 平板式 | 圓管式 | 價格（元 /m 3 ） | 40~150 | 150~800 | 250~800 | 800~2500 | 400~1500 | 沖填密度 | 高 | 中 | 中 | 低 | 低 | 清洗 | 難 | 易 | 中 | 易 | 易 | 壓力降 | 高 | 中 | 中 | 中 | 低 | 可否高壓操作 | 可 | 否 | 可 | 較難 | 較難 | 膜形式限制 | 有 | 有 | 無 | 無 | 無 |
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三、膜分離過程
典型的膜分離過程特性如下表所示：
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過程 | 主要功能 | 膜 | 微濾（ MF ） Microfiltration | 濾除 ≥50nm 的顆粒 | 對稱細孔高分子膜 孔徑 0.03~10nm | 超濾（ UF ）Ultrafiltration | 濾除 5~100nm 的顆粒 | 非對稱結構的多孔膜 孔徑 1~20nm(MW1000~1000000) | 反滲透（ RO ）Reverse Osmosis | 水溶液中溶解鹽類的脫除 |
| 滲析（透析）（ D ）Dialysis | 水溶液中無機酸、鹽的脫除 | 強堿性離子交換膜、中性膜 | 電滲析（ ED ）Electrodialysis | 水溶液中酸、堿、鹽的脫除 | 陰陽離子交換膜 | 氣體分離（ GP ）Gas Permeation | 混合氣體的分離 | 硅橡膠、聚砜、聚酰亞胺等非對稱膜 | 滲透汽化（ PV ）Pervaporation | 水 - 有機物的分離 | 等由皮層和多孔支撐結構層構成的復合膜 | 液膜（ L ） Liquid Membrane | 鹽、生理活性物質的分離 | 液體保存在對稱或者非對稱多孔膜的孔中 |
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四、膜技術應用領域
當前主要膜分離過程的一些應用領域如下表所示： |
膜過程 | 應用領域 | 用途舉例 | 離子交換膜電滲析 | 濃縮 | 海水濃縮制鹽 | 脫鹽 | 從海水或咸水制飲用水和工業用水 | 電解 | 食鹽電解燒堿 | 反滲透過程 | 制水 | 海水淡化 | 化學工業 | 石化廢水處理 | 醫藥 | 無菌水制造 | 農畜水產 | 蛋白質回收 | 食品加工 | 魚油廢水處理等 | 水處理 | 下水的脫氮、脫磷、脫鹽，水回收利用 | 超濾 | 化學工業 | 膠乳回收等 | 生物化工 | 發酵產品分離濃縮精制 | 醫藥 | 生理活性物質濃縮，分離，精制 | 水處理 | 超純水，無菌水制造 |
| 廢水處理 | 高濃度活性污泥處理水中取出懸浮物，細菌去除 | 微濾過程 | 化學工業 | 水、溶劑、酸，堿等化學品過濾，澄清 | 生物化工 | 菌體濃縮分離 | 電子工業 | 超純水制備 | 醫療 | 無熱源純凈水制備 | 食品 | 飲料中酵母和霉菌去除 | 水處理 | 水中懸浮物，微小粒子和細菌去除 | 氣體分離 | 富氧膜 | 提高燃燒效率而節能 | 氫分離膜 | 含氫氣體中濃縮分離氫氣 | CO 2 分離膜 | 天然氣和沼氣中 CO ２ 分離 | 氦分離膜 | 天然氣中氦分離 | 脫濕膜 | 空氣去濕 | 擴散滲析 | 堿性型膜 | 各種溶液、廢液，副產品中硫酸、酸鹽的去除，精制，回收 | 其他膜 | 糖類、醇，有機酸等脫鹽 | 生物傳感器 | 氧傳感器 | 乙二醇等測定 | 微生物傳感器 | 甲醇、乙醇、氨ＢＯＤ， | 標識免疫傳感器 | 乙型肝炎疫苗微量激素 | 非標識免疫傳感器 | 糖，，血型 |
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