细胞破碎与料液分离过程设备课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 细胞破碎与料液分离过程设备,第一节 细胞破碎设备,细胞破碎的方法分为机械法和非机械法两类,非机械法有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等,下面介绍一下机械法中常用的细胞破碎设备。,高速珠磨机,珠磨机的工作原理是将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。,高压匀浆器,它是由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成。,细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这一系列的高速运动中经历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，从而造成细胞破裂。,超声波振荡器,超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，通常在,15,25,KHz,的频率下操作。常用的为电声型，它是由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种型式，一般破碎效果后者比前者好。,超声波对细胞的破碎作用与液体中空穴的形成有关。当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。,第二节 固液分离设备,生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离和过滤等。,最常用的主要是,过滤和离心分离,。,过滤是迫使液体通过固体支撑物或过滤介质，把固体截留，从而达到固液分离的目的。,离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离、浓缩等操作。,离心分离对那些固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效，对那些忌用助滤剂的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。,一、过滤设备,根据过滤机理不同，过滤又可分为,澄清过滤,和,滤饼过滤,两种。,（,1,）澄清过滤,当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。,所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层。在澄清过滤中，过滤介质起着主要的过滤作用。,（,2,）滤饼过滤,当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。,在滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布，及毡、石棉板、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。,按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机,分为常压过滤机、加压过滤机和真空过滤机,三种。,（一）,常压过滤机,此类过滤机由于推动力太小，在工业中很少用。但在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的平底筛过滤机。,啤酒麦芽汁中有大量的细小悬浮液以及破碎的大麦皮壳。后者沉降形成的麦槽层便成了过滤介质层。麦槽层中形成无数的曲折毛细孔道，只要这些细小的悬浮颗粒在毛细孔道中流速适当，它们就被毛细管壁所捕捉。,（二）,加压过滤机,1,自动板框压滤机,旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换滤布。设备笨重，间歇操作，卫生条件差。然而具有过滤结构简单，单位体积的过滤面积大，装置紧凑等优点。,自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动进行，大大缩短了间歇时间，并减轻劳动强度,该板框过滤机的板框在构造上与传统的无多大差别，唯一不同是板与框的两边侧上下有四只开孔角耳，构成液体或气体的通路。滤布不需要开孔，是首尾封闭的。,悬浮液从板框上部的两条通道流入滤框。然后，滤液在压力的作用下，穿过在滤框前后两侧的滤布，沿滤板表面流入下部通道，最后流出机外。清洗滤饼也按照此路线进行。洗饼完毕后，油压机按照既定距离拉开板框，再把滤框升降架带着全部滤框同时下降一个框的距离。然后推动滤饼推板，将框内的滤饼向水平方向推出落下。滤布由牵动装置循环行进，并由防止滤布歪行的装置自动修位，同时洗刷滤布。最后，使滤布复位，重新夹紧，进入下一操作周期。,它存在过滤质量不稳定，消耗大，环境和物料被污染等等的问题。,2,硅藻土过滤机,硅藻土过滤的特点是，可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充，所以过滤能力强。,硅藻土过滤机被广泛用于啤酒生产中的冷凝固物地分离和成熟啤酒地过滤。它还多用于葡萄酒、清酒及其他含有低浓度细微蛋白质胶体粒子悬浮液地过滤。,其设计的特点是体积小，过滤能力强，操作自动化。硅藻土过滤机一般分为三种类型：,板框过滤机、叶片式过滤机和柱式过滤机。,（三）,真空过滤机,1,真空转鼓过滤机,具有自动化程度高，操作连续，处理量大的特点。,非常适合于固体含量较大（,%,）的悬浮液的分离。,在发酵工业中，,它对霉菌、放线菌和酵母菌发酵液的过滤较有成效,。,过滤机把,过滤、洗饼、吹干、卸饼,等各项操作在转鼓的一周期内依次完成。,这种过滤机的主要元件是转鼓。其内维持一定的真空度，与外界大气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时，转鼓下部浸没于待处理的料液中。当转鼓以低速旋转时,(,一般为,12.6r/min,),，滤液就穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过滤介质阻截，形成滤饼。当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被洗涤、吸干、刮刀卸饼。,2,无格式转鼓真空过滤机,其特点是：没有空格室、整个转鼓内腔都是真空状态、结构简单、单位面积过滤能力大、反吹管与滤液管隔开、洗涤能力强、效率高。,3,滤布循环行进式（,RCF,）,转鼓真空过滤机,RCF,转鼓真空过滤机在普通转鼓式真空过滤机的基础上在其转鼓的表面再安装了一条由转鼓驱动的首尾闭合的滤布带。在真空过滤区形成的滤饼，依次经过洗涤、吸干、空气反吹等操作程序后，行进的滤布载着吹松的滤饼通过滤饼剥离滚筒，因行进方向的转折，使滤饼脱离滤布。滤布在行进过程中从正反两方面受到洗刷而再生,。,4,其它过滤设备,生物陶瓷膜过滤器是一种新型的过滤设备。据,WU,Weizhong,等人报道，该设备在处理富营养水的处理方面作用显著。它可以有效处理藻类物质，氮化合物，有效降低,COD,Mn,值。,二、过滤设备选择与使用,过滤机选用的基本原则,1,根据物料的过滤性能，初步确定选择哪种推动力的设备,2,根据处理物料的化学性质，检查所选择的过滤机类型是否正确,3,根据工艺过程的特点和生产规模可对选择的过滤设备进行筛选,4,根据对滤饼的纯度或母液回收率等要求来确定过滤机类型,5,根据对滤饼含湿率的要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备,6,根据所选择的设备，物料的基本特性数据进行设备生产能力和最佳操作条件的计算，以确定设备的大小，投资费用，操作费用,三、离心分离设备,离心分离可分为三种形式,离心沉降、离心过滤和超离心。,（,1,）离心沉降,利用固液两相的相对密度差，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作；,（,2,）离心过滤,利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作；,（,3,）超离心,利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异，分离不同相对密度液体的操作。,前两类设备从其形式来看，主要区别在于前者的转鼓是无孔的，而后者的转鼓是有孔的，并且采用过滤介质，通常采用滤布作为过滤介质。,离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较，它具有分离速度快，效率高，操作时卫生条件好等优点。适合于大规模的分离过程。但是，离心分离的设备投资费用高，能耗较大。,（一）离心沉降,1,离心沉降原理,离心沉降的基础是固体的沉降。,当固体粒子在无限连续流体中沉降时，受到两种力的作用，一种是连续流体对它的浮力，另一种是流体对运动粒子的粘滞力。当这两种力达到平衡时，固体粒子将保持匀速运动。,沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体的密度差成正比，而与流体黏度成反比,。就是说，粒子的沉降速度仅仅是液体性质及粒子本身特性的函数。,如果以旋转角速度,（弧度,/,秒）表示，并取旋转加速度与重力加速度之比称为,“,离心分离因数,”,，以,f,表示。,n,转数，,r/min,；，,R,旋转半径为（,m,）,离心分离因数是代表离心机特点的重要参数，它表示离心力场的大小。值越大，离心力越大，即愈有利于分离。增加转鼓的半径及转数均可以增大分离因数。,2,离心沉降设备,（,1,）瓶式离心机,这是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机，转速一般在,3000-6000,，其转子常为外摆式。操作一般在室温下进行，也有配冷却装置的冷冻离心机。,（,2,）多室式离心机,多室式离心机的转鼓内又若干同心圆组成若干同心环状分离室，这样可以加长分离液体的流程，使液层减薄，以增加沉降的面积，减少沉降的距离，同时还具有粒度筛分的作用，悬浮液中的粗颗粒沉降在靠近内部的分离室壁上，细颗粒则沉降到靠近外部的室壁上，澄清的分离液经溢流口或由向心泵排出。多室式离心机的出渣比较困难，一般在运转一端时间后，待分离液澄清度不符合要求时，停机清理。这种离心机由,37,个分离室，离心力强度为,2000-8000,，处理能力为,2.510m3/h,。适合处理直径大于,0.1m,的颗粒，固相浓度小于,5%,的悬浮液。,（,3,）管式离心机,为提高分离效果，必须增加颗粒所受的离心力，但是，离心机转速的增加，转鼓直径必须更小，否则，转鼓面所受到的应力对强度极为不利。转速可达,15000-50000r/min,，,转筒直径为,45-150mm,。显然，由于其转筒容量有限，处理量比较小。,管式高速离心机是由,转鼓、分离盘、机壳、机架、传动装置,等组成。,操作时，将待处理的料液在一定的压力下由进料管经底部中心轴进入鼓底，靠圆形挡板分散与四周，受到高速离心力作用而旋转向上，轻液则位于转筒的中央，呈螺旋形运转，向上移动。重液相则靠近筒壁，至分离盘时，轻液相则沿轻液孔道进入集液槽后排出收集。固体则在离心力场的作用下沉积于鼓壁上，达到一定数量后，停机人工除渣。,管式高速离心机设备简单，操作稳定，分离纯度高，可用于液,-,液分离和微粒较小的悬浮液分离，分离效果也较好，常用于微生物菌体和蛋白质的分离，但生产能力较低。,碟式离心机一般具有坚固的外壳，底部凸出，与外壳铸在一起，壳上有圆锥形盖，由螺帽紧固在外壳上。壳由高速旋转的倒锥形转鼓带动，其内设有数十片乃至上百片，锥角为到的锥形碟片。碟片一般用,0.8mm,的不锈钢或铝制成形。一般碟片之间的间隙为,0.52.5mm,。,（,4,）碟片式离心机,发酵醪由转鼓中心进入高速旋转的转鼓内，因固,-,液比重不同，在碟片空隙内受到离心力的作用下，将发酵醪分成固液两相。比重轻的清液有规律地沿碟片的上表面的碟片轴心方向移动，在轻液出口处排出。而比重大的浓缩物或菌体，则有规律的沿着上一碟片的底表面下滑到碟片外边缘，经转鼓壁上的喷嘴喷出。从而达到离心分离的目的。,（,5,）沉降式螺旋卸料离心机,这是一种效率高、适应性强，应用广的离心机。,由,转鼓和螺旋,两个部件组成的,。,料液由中心管加入，进料位置约在螺旋的中部，其前面部分为沉降区，后面部分为甩干区。在离心力作用下，固形物被沉降在转鼓壁上，液体由左侧溢流孔排出，固体则由螺旋从大端推向小端，同时被甩干，落入外壳的排渣口排出。固体在甩干区可以洗涤。调节溢流挡板上溢流口的位置、转鼓转速和进料速度可以改变固形物的湿含量和液体的澄清度，生产能力也随着进料速度而改变。,卧式螺旋卸料沉降机式一种全速旋转、连续进料、分离和卸料的离心机，其最大离心力强度可达,6000,，操作温度可达,300,，操作压力一般为常压，处理能力范围,0.460m3/h,，适合处理颗粒粒度为,2m5mm,、固相浓度为,1%50%,、固液密度差大于,0.05g/cm3,的悬浮液。,（二）离心过滤,1,离心过滤原理,离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。其工作原理见图,8-15,所示。,以间歇离心过滤为例，料液首先进入装有过滤介质的装鼓中，然后被加速到转鼓旋转速度，形成附着在转鼓壁上的液环，与沉降式离心机一样，粒子受到离心力而沉降，过滤介质阻碍粒子通过，形成滤饼。接着，悬浮液的固体颗粒截留而沉积下来，滤饼表面生成了澄清液，该滤液透过滤饼层和过滤介质向外排出。,离心过滤一般分成三个阶段。,（,1,）滤饼形成,悬浮液进入离心机，在离心机的作用下液体通过过滤面排出，滤渣形成滤饼，其过滤速度可按很压过滤方程式计算。,（,2,）滤饼压缩,滤饼中的固体物质逐渐排列紧密，空隙减小，空隙间的液体逐渐排出，滤饼体积减小。这时过滤推动力为滤饼对液体的压力和液体所受到的离心力。,（,3,）滤饼压干,此时滤饼层的结构已经排列地非常紧密，其毛细组织中的液体被进一步排出。液体受到离心力和固体颗粒的压力，由于越靠近转鼓壁出处的压力越大，所以越靠近转鼓壁的滤饼越干。,2,离心过滤设备,（,1,）三足式离心机,立式有孔转鼓悬挂于三根支足上，转鼓由主轴连接传动装置，它们通过滚动轴承装于轴承座上，轴承座与外壳均固定在底盘上，并用三根摆杆悬挂于三根支足的球面座上，摆杆上套有压缩弹簧以承受垂直方向的动载荷。,三足式离心机的悬挂点比机体重心高，保证了机器的稳定性，压缩弹簧可以减轻垂直方向的振动。主轴是很短的，所以结构紧凑，机身高度小，便于从上方加料和卸料。转鼓内壁通常采用滤布。由于三足式离心机操作平稳，没有陡震，占地比过滤设备小，故在工业上用得很广泛。,三足式离心机可用于分离中等粒度（,0.1,mm,）和较细粒度（,0.01,0.1mm,）的悬浮液，以及分离粒状和结晶状物料。这种离心机可获得含水量较低的滤饼，适用于过滤周期长，处理量不大的场合。滤饼可以很好地洗涤，人工卸料的离心机其滤渣颗粒不会被破坏。此种离心机具有操作筒单，适应性强的优点。,（,2,）卧式刮刀卸料离心机,卧式刮刀卸料离心机肘转鼓是水平安装的，转鼓的一侧与传动轴连接；另一侧为中空，装有卸料斗、刮刀、耙齿等。,卧式刮刀卸料离心机的转鼓直径为,240,2500,；离心分离因数为,250,3000,；转数,450,3500,转,/,分。适用于固相颗粒范围为,5,微米,10,微米，固相浓度,5,60%,。,（,3,）卧式活塞推料离心机,转鼓内装有滤网，料液从进料管进入，经锥形分配盘在离心力的作用下分配到过滤面上液体经过滤网与鼓壁上的小孔而甩出，固体颗粒则在网上形成滤饼。与分配盘装一起的推料盘与转鼓中心轴的推杆连接，推杆的另一端与液缸的活塞连接，借液压不断往复运动。推料盘、分配盘和转鼓一起旋转，当推料盘移动时，将滤渣沿轴线排出鼓外。,该离心机的加料、分离和洗涤都是连续的，转鼓的滤饼厚度由限料环与滤网内径之差决定，限料环的大小可以根据需要调换。,（,4,）翻袋式离心机,翻袋式离心机是当今制药业、食品加工业、化学工业及原料加工业中的理想离心过滤设备。常规离心机只适用于分离和提纯那些使用切刮方法进行卸料的产品，且在转鼓内必然会形成残余滤渣层而造成物料的较大损失或晶粒的破坏。而“翻袋式”则完全克服了上述缺点，,这是目前世界上使物料损失小、提纯度高、洗涤效果佳、产品余湿量小的一种离心过滤设备，特别适用于制药与化工行业。,固定输入管,(1),用来输送悬浮液和蒸汽，从出口,(2),进入离心机转鼓内腔,(3),，传动轴,(4),由内轴和外轴组成，且与输入管,(1),同轴。壳体,(5),与传动轴外轴相连，而内轴则与转鼓盖内盘,(6),相连，转鼓盖外盘,(7),通过,8,根连杆,(8),与传动轴,(4),连接。,内外轴以同样速度旋转，同时内轴可按,(14),的方向移出使滤布外翻,图,(b),，此时滤布,(9),则在内盘,(6),的周边与壳体,(5),的周边展开成圆筒状，传动轴转速减慢，转鼓壁表面的物料沿箭头,(15),方向被离心甩出。,（三）超离心法,超离心法就是根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩和提纯的方法。它在生物化学、分子生物学以及细胞生物学的发展中起了重要作用。利用超离心技术中的差速离心、等密度梯度离心等方法，已成功分离出各种亚细胞物质，如线粒体、溶酶体和肿瘤病毒等。超离心法是现代生物技术领域研究中不可缺少的实验室分析和制备手段。,超离心机技术中，由于使用的离心机类型也是无孔转鼓，所以，其属于离心沉降的范畴。,（四）离心机的选择与使用,在选择离心机的类型时，我们首先要根据物料性质来选择沉降式还是过滤式。,当悬浮液中固相颗粒的密度大于液相时，可以采用沉降式（两者的密度差,3%,时容易分离）；反之，固相颗粒的密度小于或等于液相时只能采用过滤式。当颗粒直径小于,1,微米时，可以采用高速离心机（管式或碟片式）；当颗粒的直径在,19,微米以下时，则采用普通沉降式离心机，,如果采用过滤式则造成滤饼太薄，固体颗粒损失大。,100,微米以上的颗粒，两者都可以使用。,对结晶体采用离心过滤，脱水效率是很高的。当所形成的滤饼具有压缩性质时，一般采用沉降式，因为采用过滤式效果很低。对沉降式离心机，如果悬浮液中固相浓度大于,1%,时，采用间歇式操作不是很适合，它将引起卸料操作过于频繁，所以一般采用连续式。管式离心机虽然具有很好的沉降性能，但其容量小，产量小，不适合处理大量的料液。螺旋卸料沉降式离心机适用于密度差大，固体浓度高的场合。,第三节 膜分离技术与设备,膜分离过程的实质是小分子物质透过膜，而大分子物质被截留。因此，膜必须是,半透膜,。膜分离的推动力可以是多种多样的，一般有浓度差、压力差、电位差等。我们常见的膜分离过程有透析、反渗透、纳滤、超滤、微滤、电渗析、气体透过等。,一、反渗透膜分离技术与设备,（一）反渗透膜分离技术的基本原理,1,反渗透过程,在相同的外压下，当溶液与纯溶剂为半透膜隔开时，纯溶剂会通过半透膜使溶液变淡的现象称为,渗透,。当在单位时间内，溶剂分子进入溶液内的数目要比溶液内的溶剂分子通过半透膜进入纯溶剂内的数目多时，溶剂通过半透膜渗透到溶液中，使得溶液体积增大，浓度变稀。当单位时间内溶剂分子从两个相反的方向穿过半透膜的数目彼此相同时，我们称之为,渗透平衡,。渗透必须通过一种膜进行，这种膜只能允许溶剂分子通过，而不容许溶质分子通过，因此称为,半透膜,。,当半透膜隔开溶液与纯溶剂时，加在原溶液上的额外压力使原溶液恰好能阻止纯溶剂进入溶液，我们称此压力为渗透压。在通常情况下，溶液越浓，溶液的渗透压越大。如果加在溶液上的压力超过了渗透压，则溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，此过程叫做,反渗透,。在此过程中，溶质也不是百分之百的不通过，也有少量溶质透向纯溶剂。,（一）反渗透膜,设备,各种膜分离装置主要包括,膜组件和泵,。所谓膜组件是将膜以某种形式制成一定构型的元件，然后将元件置于压力容器，并提供给水、浓水和产品水的通道。目前，工业上常用的反渗透膜组件形式主要有,板框式、管式、螺旋卷式及中空纤维式,四种类型。,1,板框式反渗透膜组件,（,1,）系紧螺栓式,首先是将圆形承压板、多孔支撑板和膜粘结成脱盐板，然后将一定数量的这种脱盐板堆积起来，并用“,O”,形环密封，最后用上、下头盖以系紧螺栓固定组成。原水由上头盖的进口流经脱盐板的分配孔在膜面上曲折流动，再从下头盖的出口流出。淡水透过膜，经多孔支撑板后，于承压板的侧面管口引出。承压板可由耐压、耐腐蚀材料，如环氧,-,酚醛玻璃钢模压制而成，或由不锈钢、铜等材料制成。支撑材料的主要作用是支撑膜使其不被压破，以及为淡水提供通道。支撑材料可选用各种工程塑料、金属烧结板，也可选用带有沟槽的模压酚醛板等非多孔材料。,（,2,）耐压容器式,该组件是把多层脱盐板堆积组装后，放入耐压容器中而成的。原水从容器的一端进入，浓水由容器的另一端排出。耐压容器内的大量脱盐板是根据设计要求进行串、并联联结，其板数是从进口到出口依次递减，目的是保持原水流速变化不大并减轻浓差极化现象。,以上两种板框式膜组件各有特点。系紧螺栓式结构简单、紧凑，安装、拆卸及更换膜均较方便。其缺点是对承压板材的强度要求较高，由于板需要加厚，从而膜的填充密度较小。而耐压容器式因靠容器承受压力，所以对板材的要求较低，可做得很薄，从而膜的填充密度较大，但安装、检修和换膜等均不方便。一般情况下，为了改善膜表面上原水的流动状态，降低浓差极化，上述两种形式的组件均可设置导流板。,2,管式反渗透膜组件,管式反渗透器有内压式、外压式、单管和管束式,图,8-22,（）为内压单管式膜组件。管状膜里以尼龙布，滤纸一类的支撑材料并装与多孔的不锈钢管或者用玻璃纤维增强的塑料承压管内，膜管的末端做成喇叭形，然后以橡皮垫圈密封。在压力作用下，料液从管内流过，透过膜所得产品水收集在管子外侧。为进一步提高膜的装填密度，也可采用同心套管组装方式。图,8-22,（）所示为管束状膜组件。,图,8-23,所示为外压型管式膜组件。它的结构与内压型管式的相反，它是将膜装在耐压多孔管外，或将铸膜液涂刮在耐压微孔塑料管外，水从管外透过膜进人管内。外压式由于需要耐高压的外壳，且进水流动状况又差，一般少用,管式组件的优点是：流动状态好，流速易控制。另外，安装、拆卸、换膜和维修均较方便，能够处理含有悬浮固体的溶液，机械清除杂质也较容易，而且，合适的流动状态还可以防止浓差极化和污染。,管式反渗透膜组件的不足之处是：与平板膜相比，管膜的制备比较难控制。如果采用普通的管径（,1.27cm,），则单位体积内有效膜面积的比率较低，此外，管口的密封也比较困难。,3,中空纤维式膜组件,中空纤维型膜设备的特点是：具有在高压下不产生形变的强度，纤维直径较细，一般外径为,50,100m,，内径为,15,45,。图,8-24,为中空纤维反渗透膜组件的结构。,中空纤维反渗透器的组装方法是，把几十万（或更多）根中空纤维弯成“”形并装入圆柱型耐压容器内，纤维束的开口端密封在环氧树脂的管板中。在纤维束的中心轴处安置一个原水分配管，使原水径向流过纤维束。纤维束外面包以网布，以使形状固定，并能促进原水形成滞流状态。淡水透过纤维管壁后，沿纤维的中空内腔流经管板而引出，浓原水在容器的另一端排出。,中空纤维式装置的主要优点是：单位体积内有效膜表面积比率高，,故可采用透水率较低，而物化稳定性好的尼龙中空纤维。该膜不需,要支撑材料，寿命可达年，这是一种效率高、成本低、体积小和,重量轻的反渗透装置。,中空纤维式装置的主要缺点是：中空纤维膜的制作技术复杂，管板,制作也较困难，同时不能处理含悬浮固体的原水。,4,螺旋卷式膜组件,这种膜的结构是双层的，中间为多孔支撑材料，两边是膜，其中三边被密封成膜袋状，另一个开放边与一根多孔中心产品收集管密封连接，在膜袋外部的原水侧再垫一网眼型间隔材料，也就是把膜多孔支撑体膜,原水侧间隔材料依次叠合，绕中心产品水收集管紧密地卷起来形成一个膜卷，再装入圆柱型压力容器里，就成为一个螺旋卷组件，见图,8-25,。,在实际应用中，把几个膜组件的中心管密封串联起来构成一个组件，再安装到压力容器中，组成一个单元，供给水（原水）及浓缩液沿着与中心管平行的方向在网眼间隔层中流动，浓缩后由压力容器另一端引出。产品水则沿着螺旋方向在两层膜间的膜袋内的多孔支撑材料中流动，最后流入中心产品水收集管而被导出（见图,8-26,）,5,毛细管型膜组件,毛细管型膜组件由许多直径为,0.5,1.5mm,的毛细管组成，其结构如图,8-27,所示。料液从每根毛细管的中心通过，透过液从毛细管壁渗出，毛细管由纺丝法制得，无支撑。,6,槽式膜组件,该反渗透膜组件由聚丙烯或其他塑料挤压而成的槽条，直径为,3,左右，上有,3,4,条槽沟，槽条表面织编上涤纶长丝或其他材料，再涂刮上铸膜液，形成膜层，并将槽条的一端密封，然后将几十根到几百根槽条组装成一束，装入耐压管中，形成一个槽条式反渗透单元。将一系列单元组件装配起来，就组成反渗透装置。,（三）反渗透膜装置的防护,1,料液的预处理,（,1,）凝聚与絮凝,天然水体中的浊度成分主要是粘土矿物与有机物的结合体颗粒，按分散程度考虑属胶体范围。这类胶体颗粒粒径微小，带有负电荷，能长期均匀地分散在水中。通过向料液中投加某些药剂，使水中的一些难以沉淀的颗粒相互聚集增大，最终形成絮凝体，再通过沉淀及过滤即可处理掉。,（,2,）过滤,过滤就是为了进一步截留水中悬浮杂质，从而使水变得澄清。可使用具有一定大小、形状的颗粒材料如石英砂等形成滤料层进行水的过滤。这种滤料过滤对水中悬浮物、浊度、,BOD,、,COD,、重金属、细菌、病毒均有不同程度的去除。,对于反渗透进水，除了需预先对原水进行粒状滤料过滤外，还有必要使用精密过滤器，以除去水中微量的悬浮杂质。常用的滤芯滤料过滤器去除微粒的最小粒径为,。,（）活性炭吸附,活性炭中有大量的孔隙，因此有巨大的吸附表面积，所以吸附能力强，而且对有机物和无机物都有效。它可以有效的去除水中多余的氯、色度和一些有机物。,（）软化,当水源的水硬度较大，为了防止膜结垢，就需要对水软化。可采用加入软化剂如磷酸氢二钠等对水进行软化，也可采用离子交换法使水中钙和镁离子的浓度降低。,（,）除铁离子,反渗透进水对水中铁的含量有严格的限制。根据铁在水中存在形式及价态可分别采用不同方法加以去除。如当水中溶解氧的浓度很低和水中值较低时，水中的铁离子为二价铁，并常以,Fe(HCO3)2,形式存在，可采用曝气法或锰砂过滤法除去水中的铁。,2,膜的清洗,（,1,）物理清洗方法,简单的方法是采用水力学清洗方法，主要是反冲洗。即以一定的频率交加压，减压和改变流向。这在一定程度上使膜的透水性得到恢复。对受有机物污染的膜，可用水和空气混合流体在低压下冲洗，也可达到效果。,（,2,）化学清洗方法,化学清洗所采用的药剂可分为氧化剂（,NaCl,、,I2,、,H2O2,、,O3,）、还原剂（如,HCHO,）、螯合剂（,EDTA,、,SHMP,）、酸（,HNO3,、,H3PO4,、,HCl,、,H2SO4,、草酸、柠檬酸）、碱（,NaOH,、,NH4OH,）、酶（蛋白酶、淀粉酶）、表面活性剂（离子或非离子型）等。,