关键词：
分离技术（精选十篇）
分离技术 篇1
(2011-133-英国-072)
实现同步有效声源的实时分离和定位。在噪音和其它干扰声音存在的情况下, 可针对个体信号再生或声抑制进行声源分离。这项技术可实际应用于所有需要无干扰录音的场合。
基于块的处理功能确保在44.1 k Hz的高采样率下仍可实现快速、接近实时的技术处理。录音可使用小巧的麦克风阵列, 其大小类似乒乓球或更小。在半混响和混响环境下针对两个或三个声源的性能测试可获得良好的信号干扰比 (SIR) 。
新型分离技术 篇2
科技论文写作课程论文
专业班级： 姓名： 学号： 指导老师：
写作日期：
2013年6月5日
成绩：
新型分离技术的应用及研究现状
摘要本文对膜分离技术、色谱分离技术、吸附分离技术、离心分离技术、萃取分离技术等新型分离技术的应用和研究现状进行了阐述
Abstract In this discourse , the author introduces the status oftheapplicationandresearch of some new separation technology such as membrane separation technology, chromatography, adsorption separation technology, centrifugal separation, extraction separation technology and so on.分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科,随着社会的发展,对分离技术的要求越来越高,不但希望采用更高效的节能、优产的方法,而且希望所采用的过程与环境友好.正是这种需求,推动了人们对新型分离技术不懈的探索.近十余年来,新型分离技术发展迅速,其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域,不少技术已趋成熟.下面一一进行阐述.[1]1 膜分离技术
1.1 分离膜的种类
随着科学技术的发展，膜的种类得到发展，按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜.根据结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜、离子交换膜、荷电膜、液膜.按成膜方法不同，分为三类，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海绵状结构膜.1.2 膜分离过程
微滤是最早使用的膜分离技术，是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程，主要用于滤除 0． 05 ～ 10 μm 的悬浊物质颗粒.主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌.超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程.纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程(分子量为 300 ～ 500).其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介，在浓缩有机溶质的同时，也可脱盐.1.3国外分离技术的发展及研究进展
[2］
早在上世纪 30 年代，硝酸纤维素微滤膜已商品化，近年来开发出聚四氟乙烯为材料的微滤膜新品种，它使用范围非常广，销售额居于各类膜的首位.从上世纪 70 年代，超滤应用于工业领域，现在应用领域非常广泛.上世纪 80 年代，新型含氟离子膜在氯碱工业应用成功.第三代低压反渗透复合膜，性能大幅提高，已在药液浓缩、化工废液、超纯水制造等领域得到广泛应用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出 H2/N2分离系统.渗透汽化于 80 年代后期进入工业应用，主要用于醇类等恒沸物脱水，该过程节约能源，不使用挟带剂，使用起来比较经济.此外，用渗透汽化(PV)分离有机混合物，近年也有中试规模研究的报道.1.4国内分离技术的发展及研究进展
［3-4］
我国膜技术始于上世纪 50 年代末，1966 年聚乙烯异相离子交换膜在上海化工厂正式投产.1967年用膜技术进行海水淡化工作.我国在 70 年代对其它膜技术相继进行研究开发(电渗析、反渗透、超
滤、微滤膜)，80 年代进入应用推广阶段.中国科学院大连化物所在 1985 年首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，现已投入批量生产.我国在 1984 年进行渗透汽化(PV)研究，1998 年我国在燕山化工建立第一个千吨级苯脱水示范工程.中国科技部把渗透汽化透水膜、低压复合膜、无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入“九五”重点科技攻关计划，分别由清华大学、南京化工大学及中科院大连化物所、杭州水处理中心承担，进行重点开发公关.1998 年 10月国家发改委在大连投资兴建国家膜工程中心，技术上以中国科学院大连化物所为依托.1.5在医药用水制备中的应用
Taylor［5］和Transen
［6］
采用离子交换、反渗透与炭吸附、荷电吸附材料及终端除菌滤器等技术，做成医药用水生产装置，生产无菌注射用水.丁绍敏等［7］比较了去离子水与超滤水的质量，结果使用超滤生产的输液的澄明度有了明显的提高.2 色谱分离技术
2.1 色谱技术简介
色谱是从混合物中分离组分的重要方法之一.色谱技术甚至能够分离物化性能差别很小的化合物,当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近,而其它分离技术很难或根本无法应用时,色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性.如在消旋体处理等许多方面,所要求的产品纯度标准只有使用色谱技术才能达到.因而在医药、生物和精细化工工业中,发展色谱技术进行大规模纯物质分离提取的重要性日益增加.下面,通过几个实际中的例子来说明色谱分离技 术在实际中的应用.2.2 色谱分离技术在淀粉糖工业中的应用
淀粉糖经水解后的产品液中还存在许多其他的单糖、多糖、聚合糖和/或多元醇.在我国,许多厂家没有采用组分分离工艺,或采用的分离工艺只能分离出其中的一个主要组分,在提取出部分产品后由于杂糖、醇和/或其他杂质在母液中的畜集而无法继续利用.如能将它们分离纯化可得到各种产品,大大增加产品价值.如用阳离子交换色谱柱法将麦芽糖生产的糖浆分为麦芽糖和麦芽三糖.[9][8]
如麦芽糖生产中产生的大量含麦芽糖70%,麦芽三糖以上糖分为30%的高麦芽糖浆,便可采用阳离子交换色谱柱法分离成两部分.一部分中麦芽糖含量纯度为97.5%,用于直接生产结晶麦芽糖;另一部分含麦芽三糖65%以上,麦芽糖30%左右,再经处理后可生产麦芽三糖产品.国外使用色谱技术于糖醇分离,已变得非常普遍,几乎为所有公司采用.有些公司甚至专门从我国或其他地方收购纯度低的糖醇产品,通过色谱分离获得高纯度产品高价销售.[10]
2.3 蛋白质组学研究中的色谱分离技术
目前,用于“海量”蛋白质混合物的高效分离方法主要有二维电泳和高效液相色谱两种方法.其中因分离度高并具有直观图谱而被普遍采用的方法为二维电泳,即2DE方法.[11]
2DE与质谱联用技术已经成为蛋白质组学研究中一个较为成熟的技术平台,被广泛应用于蛋白质组学研究的各个方面.但由于该技术伴随其诞生所固有的缺陷,因此近几年对该方法进行了一些改进,如对电泳前生物样品进行预浓缩和预分离、分步提取以及对凝胶的染色过程进行优化,但都未有实质性的进展.为了解决这种方法存在的问题,另一种高效分离方法,[12]
即高效液相色谱方法(HPLC)获得了愈来愈多的应用,特别是各种模式色谱联用组成多维色谱分离技术逐渐被采用,并与质谱联用以克服二维凝胶电泳存在的缺陷.通常与质谱联用的多维色谱分离方法是基于两种或两种以上不同分离机理方法的优化和组合,其峰容量为最后一种模式色谱对前一种(或几种)模式色谱分离所得的所有馏分进一步分离的色谱峰的总和.分离方法的选择除了根据分离对象和目的的不同考虑不同分离方法以及组合方式外,还应考虑质谱鉴定的要求以及最后从蛋白质数据库检索的需要.由于蛋白质组的庞大和复杂,通常需要对其进行预分离以缩小分离范围,再进一步进行高效分离.[13]
2.4展望
综上所述,尽管不同色谱分离方法还存在一些不足之处,但它们以引人注目的各种优点,如高分辨率、快速、低成本等,赢得了人们的青睐.色谱分离方法不仅会在实验室得到广为应用,而且在大规模制备色谱领域内也具有极大的潜力.此外,各种色谱分离方法的合理组合技术方法,也是今后研究的重要内容和方向.3吸附分离技术
3.1 吸附与吸附分离技术
吸附是一表面现象,在流体(气或液)与固体表面(吸附剂)相接触时,流固之间的分子作用引起流体分子(吸附质)浓缩在表面.对一流体混合物,其中某些组分因流固作用力不同而优先得到浓缩,产生选择吸附,实现分离.吸附分离过程依据流体中待分离组分浓度的高低可分为净化和组分分离,一般以质量浓度10%界限
[14],小于此值的称为吸附净化.吸附是自发过程,发生吸附时放出热量,它的逆过程(脱附)是吸热的,需要提供热量才能脱除吸附在表面的吸附分子.吸附时放出热量的大小与吸附的类型有关:发生物理吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用较弱,吸附选择性不好,吸附热通常是在吸附质蒸发潜热的2~3倍范围内,吸附量随温度升高而降低;而发生化学吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用强,吸附选择性好且发生在活性位上,吸附热常大于吸附质蒸发潜热的2~3倍.在吸附分离技术的实际应用中,吸附剂要重复使用,吸附与脱附是吸附分离过程的必要步骤.吸附剂脱附再生的实现方式主要有两种:提高吸附剂温度和用低吸附质浓度的流体.早期的吸附分离技术主要用于吸附净化方面,随着20世纪50年代合成沸石分子筛的出现,使吸附分离技术得到快速发展,在化工、石化、生化和环保等领域得到广泛应用,其中变温吸附(TSA)、用于气体组分分离的变压吸附(PSA)和用于液体组分分离的模拟移动床(SMB)分离技术成为应用的主流.3.2 吸附材料[15] 开发吸附分离技术应用的一个关键是吸附剂——具有各种微孔结构和表面性质的大比表面固体材料(150~1 500m2/g),用于流体混合物中组分的吸附分离.吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、氧化铝、硅胶、高分子吸附剂和离子交换树脂.常用吸附剂的主要特性见表2.硅胶、氧化铝和沸石分子筛都可以用作为吸附干燥剂,但由于各自性质不同,适用的场合也不一样.一般来说,在干燥程度要求不高时,使用硅胶较普遍,因硅胶要求的再生温度较低;分子筛适用于要求深度干燥的场合,但需较高的再生温度,不适用PSA模式,因分子筛与水的相互作用强,仅靠变化流体浓度不能实现再生.如在仪表风等气体的PSA干燥中,适合的吸附剂是氧化铝而不是硅胶,因硅胶的强度稍差,其落粉率不能满足要求.活性炭为非极性材料,对有机物有较强的吸附能力,故一般有机挥发物(VOC)的脱除和回收都使用活性炭作为吸附剂.空气的PSA制氧过程是利用了分子筛吸附剂的吸氮量大于其吸氧量的特性,而空气的PSA制氮过程则利用了N2在炭分子筛上的吸附速率大于O2的几十倍的特性,这正好反映了实现吸附分离的主要依据:利用不同流体在吸附剂上吸附量或吸附速率的差异.吸附剂的性能决定着吸附分离技术的应用,因此吸附剂的开发一直是吸附分离技术的研发重点.针对吸附分离体系的特性,吸附剂的研发有多种方式:(1)改进现有的吸附剂,以提高过程的经济性和效果,如PSA制氧过程采用的吸附剂由CaA、10X到LiNaLSX(LSX代表低硅铝比的八面沸石型分子筛),增加分子筛的局部电场,提高其吸氮容量,而吸附过程则由PSA发展到真空变压吸附(VSA),节省过程的能耗;(2)通过合成新型的吸附剂和吸附分离用的材料,如各种新的分子筛被合成出来,并在吸附分离过程中得到应用;(3)结合现有吸附材料的性质,开发出具有应用新特点的吸附材料和过程,如针对不同的流体干燥场合,利用氧化铝、硅胶和分子筛等常用干燥剂的特性(见图1),来开发满足特定应用领域的各种干燥剂有着广阔的空间;(4)利用吸附剂和吸附质的某些性质,开发有应用针对性的吸附分离技术,这是吸附剂发展的主要方向.3.3现状分析及展望
随着21世纪各种吸附剂的不断出现和改进,吸附理论得到了长足的发展,吸附分离过程成为了具有广泛和重要应用的单元操作.新吸附剂的研制开发与应用是吸附理论与吸附分离技术取得进展的主要推动力,其中实验与理论方法和计算机模拟更紧密地结合对这样的进展会起着关键的作用;而可持续的社会发展需求为吸附理论与吸附分离技术的发展提供了广阔的空间,值得有志者去努力.4离心分离技术
4.1离心技术简介
虽然分离技术种类繁多
[16-19]
:有机械的、化学的、电分离和热分离等(其中包括离心分离、过滤、超滤、反渗透、结晶和渗析等技术),但离心分离技术与其它技术相比,有下述几个方面的特点:(1)占地面积小;(2)停留时间短;(3)无需助滤剂;(4)系统密封好;(5)放大简单;(6)过程连续;(7)分离效率易于调节;(8)处理量大.故自1836年第一台三足式离心 机在德国问世后,迄今分离技术有了很大的发展.各类离心机种类繁多,正在向高参数、系列化、专用机、多功能、新材料及自动化等方面发展,并已广泛用于化工、食品、轻工、医药、军工、造船、环保、生物 工程等近三十个工业领域.目前,随着计算机技术的发展,计算机辅助设计(CAD)技术与模块化设计的普遍应用,全球市场竞争愈加激烈、多样化、个性化的客户需求为离心分离机械实施大规模定制奠定了基础,故大规模定制设计(DFMC)已成为设计方面的新动向.4.2国内技术现状
我国离心分离行业尚属正在发展中,总体水平不高.随着社会进步,人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识.同时,通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收,促进了我国离心分离技术的迅速发展,主要体现在:(1)已基本形成了一个科研、设计和制造的体系.(2)成立了分离领域的学术组织.(3)在基础理论与应用方面进行了研究.(4)目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料,振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机;分离机则有碟式、室式及管式.上述产品不仅遍及全国且远销国外,且技术特性较“九五”期间有所提高.(5)为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等),一些新型离心机亦先后问世.例如,笔者曾研制一种适合于GMP的新型离心机,并获国家专利.还有内旋转子过滤离心机的研制,立式密闭螺旋机及复合机等亦已投产.(6)自控技术与CAD技术的应用.(7)各种相关标准的制订.(8)同国外著名离心机厂商的技术合作.4.3国外离心分离技术的进展
[20-26]
瑞典Alfa-laval公司,在碟片流道研究中发现,碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数λ,而工业离心机的λ通常在5~28之间.随着λ值的增加,碟片的转速增加,薄层减少,可提高雷诺数并缓和涡流.通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计,进料量可增加20%.此外,还对相分离技术进行了研究.近年来,研究人员为选择最佳方案,采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等,对离心机的工作性能和关键零件进行研究,为设计优良性能的离心机提供了理论依据.并对带内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究.为提高产品的纯度,及满足能源和环保的要求,高参数已成为国外机型的发展特点.由于生物工程需要分离极细的颗粒,如细菌、酶及胰岛素等,故最新碟式机已可处理0.1Lm微粒,且分离因数可达15000.如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510机型均属此例.随着工艺要求的提高,新机型不断问世.美国Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式机,转鼓内径已达1.2 m,转鼓重量为4.5 t,用2个功率为220 kW的电机驱动,最大生产能力为450 m3/h,当量沉降面积已达250,000 m2,为碟式机之最.瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型碟式机,具有自动调节的涡流喷嘴.利用喷嘴进料黏度和浓度的关系,可提供恒定的固相浓度,与进料速度和固体含量的变化无关.而具有10000分离因数的卧螺离心机,可从某种程度上弥补管式分离机的不足.BTNX3560-A机 型的特点是先进的旋转动态设计:主轴承改为弹性安装,可延长寿命,降低机器噪音与振动.德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞机,尺寸虽小,却更能有效进行固相分离.还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等.4.4 新材料的应用[27-28] 为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性,一批新型材料不断涌现.如,工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料.法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子,英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子.但在碟式机中,由于需要高强度和一定的耐腐性能,双相组织的不锈钢广泛采用.最近,俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2),有足够的强度和塑性.德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料,具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点.为弥补耐蚀和强度之间的矛盾,一些先进的制 造商普遍采用了转鼓的自增强技术.4.5 结语
综上所述,新材料和新型离心机正在不断研发出:世界离心机行业正在进一步探索和研究,深信国内将会向国际水平不断努力.5 萃取分离技术
5.1萃取分离技术概括
传统的提取物质中有效成分的方法工艺复杂、产品纯度不高, 而且易残留有害物质.萃取分离是一种新型的分离技术, 即在原料液中加入一个与其基本不相混溶的液体做为溶剂, 造成第二相;利用原料液中各组分在两个液相之间的不同分配关系来分离液体混合物.萃取分离是重要单元操作之一, 具有提取率高、产品纯度好、能耗低等优点.这项技术除了用在化工、医药等行业外, 还可用在烟草、香料、食品等方面.随着各种新技术的发展, 萃取分离技术不断改进优化, 新型萃取分离技术不断出现并完善, 这项技术在未来具有广阔的发展前景.以下对溶剂萃取精馏分离技术和超临界流体萃取分离的原理、特点和应用进行阐述.5.2萃取精馏[29-30]
萃取精馏是通过向精馏系统中加入适当的质量分离剂(MSA)来显著增大相对挥发度很小或者易形成共沸物的混合物组分之间的相对挥发度,使分离易于进行, 从而获得产品的一种特殊精馏技术.最近几年, 世界各国化学工业公司都在尝试如何将萃取精馏技术应用于工业过程改进、解决化学工业中难题, 以提高化工工业效益.溶剂的好坏是萃取精馏成败的关键, 工业生产过程的经济效果如何,与溶剂的选择密切相关.为了适用于工业化生产,溶剂的选择要考虑其选择性、沸点、溶解度、热稳定性和化学稳定性及适宜的物性.此外, 无毒、无腐蚀、来源丰富也是选择溶剂要考虑的因素.选择溶剂的一般方法是先采用性质约束法(试验法、经验筛选法和活度系数法)划定分离混合物系所需溶剂的大致范围, 对于一个被分离物系, 通过这种方法往往可以得到多个适用的溶剂, 然后应用计算机优化方法(计算机辅助分子设计方法、人工神经网络方法)寻求最佳溶剂已成为研究的方向.一般的萃取精馏过程采用塔工艺流程, 设备主要由萃取塔和溶剂回收塔组成.目前,萃取精馏技术的研究重点之一就是进一步提高萃取剂的选择性、改进工艺过程, 减少单元操作和建设成本.萃取精馏塔采用是板式塔型式, 由于浮阀塔板具有高效率、高弹性和高生产能力等优点, 所以目前在国内外是采用最为广泛的塔板之一.5.3超临界流体萃取技术
[31-33]
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近几年来迅速发展起来的一门新兴的高效分离技术.在化工、食品、香料、工业方面已有工业化应用规模.当气体超过一定的温度压力时, 便进入临界状态, 此时的流体成为超临界流体(如二氧化碳、乙烯、氨、丙烷、水等).目前, 超临界流体应用较多的是二氧化碳,因其临界温度 31.26℃,临界压力7.2MPa, 临界条件易达到, 并且具有化学性质不活泼、对大部分物质不反应、无色无毒无味、不燃烧、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得等优点, 因此, 在超临界萃取中常用.超临界流体兼有气液两重性的特点, 它既具有气体相当高的渗透能力, 又兼有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力.这种溶解能力能够随着体系参数(温度和压力)而发生变化, 因而可以通过改变体系的温度和压力使被提取物的溶解度发生变化而分离出来,从而达到分离提取的目的.5.4萃取分离展望
萃取溶剂选取方法已经由被动的选取向有目的的合成新化合物转变,由单一溶剂向混合溶剂转变, 筛选的范围更广泛, 筛选的溶剂更合理、准确, 前期试验工作量大大减少.随着近年来萃取剂选取范围扩大, 混合溶剂的选用, 萃取精馏工艺过程及塔板结构的改进, 萃取精馏技术应用于化学工业的场合范围扩大.对于解决现今化工生产中存在的问题或难题, 采取萃取精馏是一种值得优先考虑的技术.萃取分离技术发展至今, 其发展方向已经从常规萃取分离转向解决普通萃取分离过程无法分离的问题, 通过物理或化学的手段改变物系的性质, 使组分得以分离, 或通过特殊技术促进分离过程, 并且要求低能耗、低成本, 向清洁分离发展.在基础研究方面, 研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展;研究目标由现象描述向过程机理转移;研究手段逐步高技术化;研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓.参考文献： [1]王中海,罗小苟,刘亮,张晓晖,黄向阳.新型分离技术的应用及研究现状[B].矿业快报2007,9(9).[2]王从厚，吴鸣． 国外膜工业发展概况［J］． 膜科学与技术，2002，22(1): 65-72．
[3]郭有智． 中国膜工业发展战略研究［J］． 化工新型材料，2002，30(6): 4-8．
[4]黄加乐，董声雄． 我国膜技术的应用现状与前景［J］．福建化工，2000(3): 3-6．
[5]Taylor M A． Portable intravenous solution preparation ap-paratus and method: US，5259954［P］． 1993-11-09．
[6]Transen B． Portable intravenous salutations and water for injection apparatus and method: US，4810388［P］． 1989-03-07．
[7]丁绍敏，张辉． 超滤法在制备注射用水上的应用［J］．黑龙江医药，2000，13(3): 163-164．
分离技术 篇3
1膜分离的原理及特点
膜是具有选择性分离功能的材料;膜分离是利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。膜技术的分离机理有筛分和吸附-扩散模型,多孔膜的分离机理为筛分,如微滤和超滤;致密膜的分离机理为吸附-扩散作用,如反渗透等。膜分离技术与传统的分离方法相比有其独特的优势:分离时无相变,特别适用于热敏性物质的分离、浓缩;分离不耗用有机溶剂,降低有效成分的损失,减少环境污染;分离选择性高,提高制剂的质量;适用范围广,从固体微粒的去除到溶液中有效成分的分离;可实现连续化和自动化操作,缩短生产周期,满足中药现代化生产的需要。
2分离膜的类型
膜分离技术按膜材料划分有:金属膜、无机膜、高分子膜;按分离物料的相态划分有:气体分离、液体分离;按膜的结构划分有:多孔膜和致密膜;按分离功能划分有:微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析等;按膜组件的类型划分有:平板膜、管式膜、毛细管式膜、卷式膜和中空纤维膜等。
在医药工业中,一般依据分离膜孔径的不同(或称为截留分子量),将其分为微滤膜(≥0.1um)、超滤膜(10-100nm)、纳滤膜(1-10nm)和反渗透膜(≤1nm),微滤膜主要用于澄清、除菌和除颗粒,超滤主要用于除病毒和热原,纳滤主要用于浓缩分子量在数百的化合物和大分子,反渗透则主要用于去除无机盐、金属离子。从微滤、超滤到反渗透,所需的工作压力逐渐增大,透过的粒子尺寸逐渐减小,费用逐渐增加,分离机理从筛分变成吸附-扩散。
2.1微滤膜微滤是最早使用的膜技术,是以多孔薄膜为过滤介质,使不溶物浓缩过滤的操作。膜微滤(MF)主要基于筛分原理,它的孔径范围一般为0.1-75um之间,介于常规过滤和超滤之间,微滤可单独使用,进行杀菌、除颗粒,也可作为其它膜过程的前处理。
微滤膜的组件类型主要有平板膜、管式膜和滤筒式,其中管式膜因易于清洗再生用的较多,而材料多选择金属或陶瓷。一次性的微滤膜片因其成本低、使用方便也得到广泛的应用。
2.2超滤膜在医药行业中,超滤膜是发展最快的膜分离技术。超滤的分离原理近似机械筛,当溶液体系经由水泵进入超滤器时,在滤器内的超滤膜表面发生分离,溶剂(水)和其它小分子量溶质透过具有不对称微孔结构的滤膜,大分子溶质和微粒(如蛋白质、细菌、胶体等)被滤膜阻留,从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。
超滤膜能截留分子量在上千至数十万的大分子。超滤膜的组件类型主要有中空纤维膜、卷式膜以及管式膜.目前的超滤膜大多为有机高分子膜,而无机的陶瓷超滤膜也开始应用。
2.3纳滤膜纳滤膜的一个很大特征是膜上或者膜中存在带电基团,因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应。分子量大于膜的截留分子量的物质,将被膜截留,反之则透过,这就是膜的筛分效应。膜的电荷效应又称为Donnan效应,是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。纳滤介于反渗透与超滤之间,填补了超滤与反渗透之间的空白;纳滤膜集浓缩与透析为一体,可使溶质的损失达到最小。纳滤膜对二价离子和高价离子及分子量高于200的有机物有较高的截留率,而对单价离子的截留率则相对较低。
2.4反渗透膜反渗透膜所用的材料为有机膜,膜的结构为非对称复合膜,其分离原理是吸附-扩散,反渗透过程的特点是膜仅能透过水等小溶剂,而截留各种无机盐、金属离子和分子。反渗透膜的组件类型主要为卷式膜和中空纤维膜,但大多数的装置使用的是卷式膜。
3膜分离技术在中药分离精制中的应用
中草药的化学成分非常复杂,通常含有生物碱、苷类、酮类等有效成分,同时还含有蛋白质鞣质、树脂、淀粉等无效成分。传统药物有效成分提取的方法主要是采用有机溶剂萃取的方法,然后通过层析、重结晶等分离技术使中药有效成分的纯度进一步提高。传统的中药制剂工艺方法存在分离过程中有机溶剂消耗量大,生产成本较高,分离过程较复杂,药物有效成分损耗大,而且也会给环境带来一定污染等缺点。因此研究中药有效部位提取分离的新方法,从而提高分离效率和产品质量是促进中药生产现代化的重要课题。膜分离是一种高效、节能、无污染的新型分离技术,80年代以来膜分离开始应用于中药的生产,正日益在中医药领域受到青睐。
3.1微滤(MF)微滤是目前应用得最广的一种膜滤技术,主要用于从液相或气相中截留微粒、细菌、污染物等以达到净化除菌的目的。
3.1.1膜微滤分离中草药不同药效部位蔡宇等〔1〕采用陶瓷微滤膜分离刺五加水煎液不同药效部位,采用S180移植瘤动物模型,对膜分离后的刺五加两药效部位A和B从抑瘤率、NK细胞活性两方面评价其抗肿瘤和免疫调节功效。结果为刺五加药效部位A的抑瘤率低于药效部位B,免疫活性高于药效部位B;药效部位A高剂量组的抑瘤率和免疫活性与刺五加水煎液接近;刺五加药效部位B高剂量组抑瘤率明显高于刺五加水煎液,免疫活性与刺五加水煎液接近。研究结果表明陶瓷膜微滤能分离刺五加水煎液中体现抗肿瘤活性功效的不同药效部位,也为今后从抗肿瘤抑瘤作用为目标进一步分离膜过滤液B提供依据,为今后探讨制剂工艺合理优化提供药效学依据。
3.1.2膜微滤技术在中草药水解液澄清除杂方面的应用敖自华等〔2〕采用陶瓷微滤膜错流过滤技术处理银杏水解液,通过对膜处理前后的物料特性进行比较,说明微滤既可减少用常规方法不易去除的脂类物质,又不会造成透过液中可溶性固形物过度损失,表明膜微滤用于银杏水解液的分离精制具有一定意义。
魏凤玉等〔3〕研究了无机陶瓷膜错流技术对板蓝根、枇杷叶、川芎等中药水提液的澄清处理,用孔径0.2um和0.8um的微滤膜对3种根、根茎及叶类常用中药的水提液进行微滤,结果中药水提液由微滤前浑浊液体成为微滤后颜色变浅的澄明液体,其总固体去除率为8-47%,表明膜微滤技术对根、根茎及叶类中药水提液具有较好的澄清除杂效果。对于实验中的3种中药体系的膜污染,采用0.5%-1.0%的NaOH清洗15-30min,一般可使膜通量恢复至原始通量的90%左右,然后再采用其化学试剂清洗,一般可获满意的效果。
3.1.3膜微滤澄清除杂效果与传统醇沉法的比较高红宁等〔4〕用孔径为0.2um的无机陶瓷膜对苦参水提液进行微滤澄清研究,对水提液微滤前后,在性状、固形物、指标成分等方面进行对比分析,与70%醇沉技术比较,微滤的澄清除杂效果与醇沉法基本相近,有效成分的保留率优于醇沉法,为膜微滤取代醇沉法提供了实验依据。
刘陶世等〔5〕对无机陶瓷膜微滤技术、醇沉、高速离心、絮凝澄清、大孔树脂吸附精制清络通痹水提液进行了比较,发现膜微滤精制中药水提液的综合效果优于其他方法,在除去绝大部分固体杂质的同时,对各类可溶性有效成分损失较小而且损失率基本一致,不改变复方组成。
3.2超滤(UF)超滤技术是20世纪六七十年代发展起来的一种膜分离技术。该技术与传统的分离技术相比,具有其独特的优点。特别是将超滤技术应用于中药制剂领域,已显示出巨大的潜力。
超滤是一种具有分子水平的薄膜过滤手段,它用特殊的超滤膜为分离介质,以膜两侧的压力差为推动力,将不同分子量的溶质进行选择性分离。
3.2.1膜超滤对中草药有效成分的提取分离研究于淘等〔6〕研究了银杏叶中黄酮类化合物的提取过程及工艺,使用膜分离技术对粗提的产品进行精制,超滤前提取物中黄酮质量分数为5.96%,超滤后的产品中黄酮质量分数达到33.99%,可以看出,超滤技术用于分离纯化银杏黄酮类物质效果理想。
李路军等〔7〕采用不同孔径的超滤膜对山麦冬多糖提取液进行分离,并用苯酚-硫酸比色法和福林-酚试剂显色法分别测定各超滤液多糖和蛋白的含量.结果表明不同相对分子量范围的多糖在山麦冬总糖中的含量分别为:相对分子量在30000以上的含量为50.3%,30000-10000之间的含量为19.6%,10000-1000之间的含量为13.8%,分子量小于1000的低聚糖和单糖含量为16.3%;各级多糖干物质纯度均大于90%;超滤膜可截留大部分蛋白质,超滤是一种很好的分离纯化山麦冬多糖的方法。
3.2.2超滤法同传统醇沉法精制效果的比较刘振丽等〔8〕研究了超滤法及醇沉法对金银花中绿原酸的影响,实验结果表明,超滤体积为1.25倍时,可获得绿原酸95.37%,而70%醇沉法的绿原酸得率仅为67.82%,说明超滤法保留有效成分的效果更好。
李淑莉等〔9〕用超滤法和醇沉法对黄连解毒汤的水提液进行纯化,并通过测定其主要有效成分小檗碱的回收率和残渣去除率,对两种方法进行定量对比。实验结果表明,当超滤液达到原液体积1.25倍时,小檗碱回收率达95%;而醇沉法的有效回收率为73%。超滤法的回收率明显高于醇沉法。超滤法的去除残渣率为48%,醇沉法为38%。同时,超滤法具有节省乙醇、简化工序、缩短生产周期的优点。
3.2.3超滤膜分离条件的优化膜分离时的操作条件是影响其滤过效果、膜通量和膜污染的重要因素。选择一套合适的操作参数不仅能减少膜污染,降低操作成本,还能提高产品质量。影响膜过程的主要操作参数有:压力、流速、温度、药液浓度、超滤时间、药液pH值等。采用膜分离技术对不同的中草药分离精制时,适宜的操作条件也有很大差异。
王世岑等〔10〕考察了超滤法提取黄芩苷的最佳工艺条件,实验结果表明选用适宜孔径的超滤膜(截留分子量为6000-10000)是提高黄芩苷收率和质量的关键,同时升高药液温度或降低浓度,使药液粘度降低,严格控制pH值,可显著提高超滤速度,获得最佳效果。
朱才庆等〔11〕采用不同截留分子的膜组件、操作参数进行正交设计,对超滤膜分离技术纯化夏天无总碱工艺进行探讨,研究结果表明:截留相对分子质量为6×103-1.0×104的PS膜具有较好的膜分离效果,选择压力0.08MPa、料液温度40℃、进料体积流量2.8L/min的操作参数工作效率更高。利用膜分离工艺制备的夏天无注射液澄清、色泽好,显示出更强的药效作用。
3.3纳滤(NF)纳滤是近年发展起来的一种介于超滤与反渗透之间的膜过滤过程,可截流能通过超滤的溶质,而让不能通过反渗透膜的溶质通过,填补了由超滤与反渗透留下的空白。
冉艳红等〔12〕探索了纳滤膜浓缩中草药提取液的可行性,证明纳滤浓缩中草药提取液是可行的,提高了产品的收率和质量,中草药提取液固形物从1.5%-2.0%达到了15%。纳滤浓缩前后风味没有变化。同时降低了成本,减少了废水排放。膜分离条件优化的研究表明:降低料业浓度,提高温度,提高压力可以提高膜通量。两种膜性能的比较结果表明,在操作条件为温度28℃,压力3.3Mpa,浓度2.0%的条件下,474膜的浓缩效率较高。为其工业化提供了途径。
3.4反渗透(RO)反渗透膜在医药上主要用于制造各种医药注射水、医疗透析水和制剂用水等,并可以取代现有的蒸馏水生产装置,进行去离子水的生产。反渗透法在常温下操作,需用微滤作为前处理,能同时进行脱盐、除去细菌、热原等,并且与传统的蒸馏法相比,能耗降低,设备简单,操作方便。张翠莲等〔13〕进行了反渗透法制备注射用水并试用于制剂的研究,结果表明水质合格,制剂临床应用正常。国内许多制药厂采用反渗透来制备医用水,如华北制药厂的原料用水,中美史克制药片剂厂的用水等。
3.5膜滤技术的联合应用膜滤技术之间或膜分离与传统分离技术相结合用于中草药的提取分离,可以充分发挥各自的优越性,具有降低生产成本,提高膜分离效果等优点。
3.5.1微滤与超滤的联合应用赵宜江等〔14〕将膜分离技术用于中药提取,以微滤去除提取液中的悬浮物,再以超滤去除大分子杂质。通过对微滤、超滤过程的考察及与传统的醇沉工艺比较,认为采用膜分离工艺具有显著的优点。
朱庆才等〔15〕探讨草珊瑚浸膏的不同预处理方法及对膜分离效果的影响,结果表明与ZTC1+1Ⅲ型、壳聚糖、明矾的最佳絮凝工艺相比,微滤预处理后超滤膜分离草珊瑚浸膏的膜通量及异秦皮啶膜透过率最大、运行时间最短、干膏中异秦皮啶的质量分数最高,微滤是草珊瑚浸膏膜分离纯化新工艺中较为理想的预处理方法。
3.5.2膜分离与高速离心的联合应用崔元璐等〔16〕采用吸附澄清—高速离心—微滤法制备葛蒲益智口服液,并与醇沉法和吸附澄清法进行比较。结果表明,吸附澄清—高速离心—微滤法工艺不仅提高了制剂的有效成分含量,而且具有简化工艺、缩短生产周期、提高制剂稳定性的优点。
沈亮等〔17〕探索了运用膜分离法从当归水浸取液中分离、纯化有效成分阿魏酸并进行浓缩的新工艺,研究表明:经过高速离心预处理后,超滤当归水提液的渗透通量变化不大,可用于当归水提液的纯化操作;超滤法的回收率和杂质去除率均高于醇沉法;纳滤膜对阿魏酸几乎没有截留效果,反渗透适用于浓缩阿魏酸,提高pH值可以提高截留率,该实验条件下pH=9-10,压力2.5MPa时反渗透获得最高的截留率。
3.5.3膜分离与树脂的联合应用高红宁等〔18〕考察微滤-大孔树脂法精制苦参中氧化苦参碱、苦参总黄酮的效果,结果表明:苦参提取液经微滤-大孔树脂法处理后,其氧化苦参碱、苦参总黄酮的保留率分别为78.88%和73.4%,固形物去除率为38.95%;微滤-大孔树脂法较醇沉法可更有效地保留有效成分、去除杂质。
黄山等〔19〕进行了膜分离与树脂联用制备黄连解毒汤中药固体制剂的研究,根据黄连、黄柏、黄芩和栀子所含据活性成分小檗碱、黄芩苷及栀子苷的不同理论特点采用不同的分离精制方法。实验表明,所制定的膜分离与树脂联用的提取、精制工艺,小檗碱转移率可达86.94%,黄芩苷转移率达80.80%,栀子苷转移率达86.88%。研究结果不仅证明了膜分离与树脂联用的技术制得的黄连解毒汤固体制剂纯度高,服用量小;也证明了其在中药复方精制研究中有良好的应用前景
4膜分离技术存在的问题及解决方法
浓差极化和膜的污染使膜的渗透通量及截留率等性能发生改变,膜的使用寿命缩短,极大地影响了膜分离技术的实际应用及发展。
4.1浓差极化浓差极化是指在分离过程中,料液中的溶剂在压力驱动下透过膜,溶质被截留,于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高,称为浓差极化。浓差极化是一个可逆过程,它只有在运行膜分离过程中才发生。对于浓差极化现象,一方面,可以通过减小料液中溶质浓度,改善膜面流体力学条件,减轻浓差极化程度,提高膜的透过流量;另一方面,可优化膜分离的工艺条件,根据不同的中药提取液中有效成分及所含杂质不同,综合考虑影响膜分离特性的因素,选择适于该体系的膜材料、膜组件,优比操作参数。
4.2膜的污染问题膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学相互作用或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。对于超滤,若膜材料选择不合适,此影响相当大;对于微滤膜,这一影响不十分明显。
控制膜污染的有效措施主要有对料掖进行预处理,除去胶体、悬浮颗粒及菌体等;对膜面改良,如使用复合膜、改变膜的表面极性和电荷、使用新型无机材料膜(主要有陶瓷膜、玻璃膜和金属膜)以及进行膜清洗等。
5展望
膜分离技术在提高中药制剂的质量,减少服用剂量,提高生产效率,降低环境污染等方面具有许多传统工艺无法比拟的优点,而由于中草药种类繁多,成分复杂,现有膜材料的品种少,膜孔径分布宽,性能欠稳定,滤膜价格也较高,影响了膜分离技术在中药生产领域的推广。但随着对中药体系的进一步系统研究以及膜技术不断改进和提高,膜分离必将在推动中药现代化的进程中发挥巨大的作用。
6参考文献
1蔡宇,梁少玲.刺五加水煎液膜分离不同药效部位抗肿瘤作用研究〔J〕.山东中医杂志,2005,4(24):238-239.
2敖自华,王璋,许时婴.陶瓷微滤膜错流过滤银杏水解液〔J〕.无锡轻工大学学报,2000,19(6):570-573.
3魏凤玉,肖翔,崔鹏.无机陶瓷膜微滤技术澄清中药水提液的研究〔J〕.中成药,2004,12(26):995-998.
4高红宁,郭立玮,金万勤.陶瓷微膜技术澄清苦参水提液的研究〔J〕.水处理技术,2002,28(2):108-109.
5刘陶世,郭立玮,周学平,等.陶瓷膜微滤与树脂吸附等6种技术精制清络通痹水提液的对比研究〔J〕.中成药,2004,26(4):271-274.
6于淘,钱和.膜分离技术在提取银杏叶黄酮类化合物中的应用〔J〕.无锡轻工大学学报,2004,11(23):55-58.
7李路军,喻世涛,李宇,陈勇.超滤膜分离纯化山麦冬多糖的研究〔J〕.湖北大学学报:自然科学版,2006,9(28),299-301.
8刘振丽,张秋海,欧兴长,等.超滤及醇沉对金银花中绿原酸的影响〔J〕.中成药,1996,18(2):4-6.
9李淑莉,欧兴长,毛德法,等.超滤与传统的醇沉法对黄连解毒汤醇化效果的比较研究〔J〕.
水处理技术,2000,26(1):22-24.
10王世岑.超滤法一次提取黄芩苷的工艺研究〔J〕.中成药,1994,16(3):21.
11朱才庆,余华,范其坤,等.超滤膜纯化夏天无总碱的研究〔J〕.中草药,2005,9(36):1319-1322.
12冉艳红,陈万群.纳滤膜浓缩中草药提取液研究〔J〕.广州化工,2005,33(3):36-77.
13张翠莲,张伟琪,姚秀荣,等.用反渗透法制备注射用水〔J〕.中国药学杂志.1998,33(4):225-226.
14赵宜江.中药提取液的膜分离工艺〔J〕.中国医药工业杂志,2000,31(3):98-101.
15朱才庆,余华,张锐,等.草珊瑚浸膏的絮凝和膜分离纯化研究〔J〕.中草药,2006,1(37):45-48.
16崔元璐.吸附澄清—高速离心—微滤法制备葛蒲益智口服液〔J〕.中草药,1999,30(10):742-744.
17沈亮,徐方成,蓝云才,等.应用膜技术分离当归浸取液中的阿魏酸〔J〕.厦门大学学报:自然科学版,2006,3(45),234-237.
18高红宁,金万勤,郭立玮.微滤-大孔树脂法精制苦参中氧化苦参碱和苦参总黄酮〔J〕.西北药学杂志,2004,2(19):12-13.
泥水盾构渣浆分离技术 篇4
关键词：泥水盾构,渣浆分离,设计,管理
泥水平衡盾构的环流系统除了可以平衡刀盘掘削面土体压力外,还有一个重要功能就是运输作用。盾构刀盘掘削下来的渣土与泥水混合,经搅拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至地面泥水处理系统进行处理,渣浆分离后的泥水经调整密度、粘度等指标后再泵回开挖面,如此往复循环。此循环过程的关键是如何实现渣浆的分离,以下通过工程实例介绍泥水循环过程中渣浆分离的设计以及设备和参数的选择。
1 工程概况
珠江新城旅客自动输送系统土建1标工程为两站两区间,即天河南一路站~体育中心站区间、体育中心站、体育中心站~林和西站盾构区间、林和西站。线路从林和西站出发,穿过体育中心运动场和体育馆,于体育中心正门西侧设体育中心站,然后从体育中心站出发,下穿天河路和宏城广场,到达天河南一路站。工程双线采用2台德国海瑞克公司生产的∅6 260型泥水平衡盾构进行隧道掘进施工。隧道内径∅5 4 0 0 m m,外径∅6 000mm,管片厚度为300mm,隧道长度约为917m。
2 地质概况
区间隧道主要穿越<4-1>粉质粘土、<5-1>可塑粉质粘土、<5-2>硬塑粉质粘土、<8>中风化泥质粉砂岩,占区间穿越地层的80%左右,其他主要是<3-2>中粗砂层、<6>全风化泥质粉砂岩、少量的<7>强风化泥质粉砂岩以及<9>微风化泥质粉砂岩。
根据工程初勘、详勘地质资料及补充勘察资料,各地层中不同粒径颗粒在各个地层中所占的比例见表1。
3 盾构掘进对泥浆处理系统的要求
根据工程设计、工期要求及盾构性能等条件,盾构掘进时对泥浆处理系统的主要要求如下:
1)对泥浆处理系统能力的要求:每台盾构对泥浆的需求量:10.0m3/min,每台盾构排浆量为660m3/h(以正常掘进排浆量计算),理论最大输送量为660×1.25=825m3/h(最大环流速度不超过正常环流速度的1.25倍)。
2)对泥浆性能指标(处理后)的要求:为了维护泥浆泵的性能,降低磨耗,减少配管的阻力,作为送入盾构的泥浆,其基本特性:①液体比重:1.10~1.25(P1泵的设计能力是按1.20的比重进行的,如果使用比重较大的泥浆,不仅会降低泥浆泵的能力,还会增加配管的阻力;相反,如果比重较小,则会降低开挖面的稳定性,导致界限沉降速度的增加,增加堵塞的危险性);②黏性:20~35sec(日本标准),使用黏性较低的泥浆,将会导致开挖面稳定性的下降;同时,由于泥浆不能包裹固体物质的颗粒,还会增加配管的阻力,加快配管、泥浆泵的磨耗;③含砂率要求7%以下,含砂率过大,比重大、黏性下降,增加泥浆泵、管的磨耗。
4 泥浆处理系统设计
4.1 泥浆处理工艺流程
为了实现泥浆的渣土分离以及保持再次循环的泥浆性能,并考虑泥水施工场地、盾构环流系统的流量以及地层条件等多方面因素,泥浆处理工艺流程设计如图1所示。
4.2 渣浆分离设备的选用
泥水处理系统中最关键的环节是渣土分离设备的选用。根据工程对泥浆处理系统的要求,工程采用4套宜昌黑旋风工程机械有限公司生产的ZX-500C型泥浆处理设备,每套ZX-500C包括1台YSC-600预筛分器、2台ZX-250A泥浆净化装置组成一次除砂系统。每台盾构配用2套ZX-500C型处理设备并联进行泥浆处理,单台处理机器最大处理能力为5 0 0 m 3/h,通过配置YSC-600预筛器,增大预筛面积,使用双层筛提高了初筛分的效果,减小了一次处理的压力。根据以往泥水盾构方面的经验,以及对Z X-5 0 0 C型处理设备的使用情况分析,在使用YSC-600预筛和双层筛后,根据设备的安全裕度分析,单台处理能力可达600m3/h,一套处理设备也基本可以满足正常掘进要求。为了保证泥浆处理效率及减小废浆的排放,在正常掘进过程中,2套ZX-500C型处理机同时开启,进行处理单条线的泥浆,如果某一套出现故障,可以适当减少送浆量,放缓掘进速度,利用一套设备进行泥浆处理,同时抓紧进行另一台的维修工作,尽量减小因为设备故障的停机时间,最大限度地提高掘进时间。
4.3 渣浆分离系统工作原理
每条线盾构采用2套ZX-500C并联进行泥浆处理。盾构排出的泥浆由排泥泵经分配器送入2套ZX-500C泥浆处理系统,经过预筛分器的两层粗筛振动筛选后,将粒径在3mm以上的渣料分离出来,该过程称一级处理。
筛余的泥浆分别进入2台ZX-250A泥浆净化装置的储浆槽。储浆槽内泥浆由渣浆泵抽吸泵入旋流除砂器。旋流除砂器可将泥浆中剩余的74µm粒径以上的砂质清除,并同时一次性清除掉大部分45µm粒径以上的泥质颗粒。经过旋流除砂器分选,粒径微细的泥砂由下端的沉砂嘴排出落入细筛,经细筛脱水筛选后,干燥的细渣料分离出来处理后的干净泥浆从旋流器溢流管进入中储箱,然后沿出浆管自流入调浆池。该过程称为二级处理。
当盾构在砂砾石层或细砂、中粗砂层掘进速度较低时,泥浆经一级除砂净化处理后足以满足需要。这时可转换中储箱出浆口阀门,将净化后的泥浆直接自流入调浆池,经调配后返回井下。
当盾构掘进速度较高或在粉土、粉砂层掘进时,一次除砂系统不足以将泥浆密度及含砂率降至合理范围内,可转换出浆口阀门使泥浆进入二次除砂系统的2台ZX-250C泥浆净化装置中(二次除砂的工作原理与一次除砂相同)。
当盾构掘进速度较高或在粘土、淤泥质粉质粘土层掘进时,二次除砂系统也不能将泥浆密度降至合理范围内,可将药池中的化学絮凝剂泵入调浆池中进行降粘处理。
当要求更高质量的泥浆时,可通过减少总进浆量,重复旋流除砂器中的泥浆分选过程以达到目的;也可利用外接管路和阀门切换形成二次循环净化回路。
5 泥浆处理系统的管理
5.1 施工连续性保障
系统应充分考虑盾构施工的连续性,要求设备完好率和处理能力必须能够匹配盾构掘进速度,正常状态下满足每台盾构每天10环的掘进速度,可回收利用的泥浆达90%以上,同时配备相关的废浆、废渣外运设备,确保及时运出施工现场,减少场地内废渣堆放时间。
1)开工前检查各设备是否正常,管路连接是否可靠,电气设备运行是否正常。始发掘进前利用制浆设备造浆,将调整池充填至设计标高,调整池内的浆液完全满足2台盾构掘进2环的需要。
2)每台盾构采用2套ZX-500C型泥浆处理设备,当一套出现故障时,另一套并联设备能够马上投入使用,确保系统可靠地运行。
3)调整槽安装有液位计和比重检测计,能确保盾构足够的送浆量,同时浆液质量符合盾构的送浆技术要求,减少送浆泵及送泵管的磨损,确保工作面的仓压稳定。
5.2 不同地质条件下泥浆系统管理
盾构施工时可根据环境系统的设计选配泵送系统,保证泥浆的合理流量及压力输送至一级除渣净化系统的预筛器内,预筛器将泥浆中3mm以上的砂砾筛除,并使泥浆均匀分配至2台Z X-250A泥浆净化装置中,经旋流除砂分离及细筛脱水后清除大部分74µm粒径以上的砂质颗粒。当盾构在砂砾石层或中砂层掘进时,泥浆经一级除砂净化系统后已满足要求,这时可转换出浆口阀门,净化后泥浆可直接进入回收泥浆槽,由制浆系统的高速制浆机在调配泥浆槽内适时调浆后泵送回井下。当盾构在粉土、粉砂层掘进时,一级除砂净化系统不足以使泥浆比重及含砂量降至合理范围内时,可转换出浆阀门使泥浆进入二级除砂净化系统,旋流除砂器可将泥浆中剩余的74µm粒径以上的砂质清除,并同时一次性清除掉大部分45µm粒径以上的泥质颗粒,二次除砂后的泥浆由出浆口自流入回收泥浆槽,经调浆后泵送回盾构开挖面。
参考文献
[1]卢智强,曾垂刚.盾构隧道施工泥浆处理过程数据计算方法探讨[J].隧道建设,2006,(4):1-2.
生物分离技术 篇5
吸附架桥效果好;②分子过小`絮凝剂在水中溶解度小.⑵絮凝剂用量:①浓度较低时增加用量有助于架桥充当,絮凝效果提高;②絮凝剂浓度过多时,引起吸附饱和,胶粒上形成覆盖层,失去与其他胶粒架桥作用.⑶pH值:影响离子型絮凝剂官能团电离度,提高电离度`使分子链上同电荷间斥力增大,链伸展,提高架桥能力.⑷搅拌速率和时间:剪切力会打散絮凝团,要注意搅拌.7.过滤设备及其结构:按推动力的不同可分为以下四类:⑴重力过滤:
应用较少.⑵加压过滤:操作繁杂,拆装不便.⑶真空过滤:可实现连续化生产.⑷离心过滤:略 8.重力沉降:当静置悬浮液时,密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐
下沉.离心沉降见10 9.重力沉降受重力:Fg=πd3
ρ
s 固体颗粒介质密度[kg/m3g/6 d—微粒半径[m].2
ρ].g—微粒加速度[m/s].s—
10.离心沉降:基于固体颗粒和周围液体密度存在差异,在离心场中使不
同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程.11.分离因数:Z=FC/g=4π2N2r/g.12.超离心技术分类:⑴制备型超离心.⑵分析型超离心.13.制备型离心:⑴离子差速离心法[分布离心法]:①逐渐增加离心速度.②高速与低速交替进行,使沉降粒子在不同离心速度及不同离心时间内分批分离出来.⑵一般密度梯度离心法[区带离心]:先将样品ag置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中,离心后被分离组分以区带层分布于梯度柱中,是粒子在完全沉降之前,液体梯度中形成不连续的分离区带,前提是要控制好粒子分离的时间.⑶等密度离心法:当不同离子存在密度差时,在离子力场作用下,粒子向上浮起,或向下沉降,一直移动到与它们密度正好相等的位置上,并形成区带.①预形成梯度等密度离心.②自形成梯度等密度离心.14.细胞破碎原理:动`植物及微生物长生的天然产物,有胞外型和胞内型两种.为回收胞内产物,需用利用外力破坏细胞膜和细胞壁,使细胞内含物释放出来,然后再进行分离纯化.15.选择细胞破碎方法所考虑因素:⑴细胞壁的坚韧长度.⑵产物的性质[承受剪切力`耐酸`耐热].16.化学破碎法: 渗透冲击法`增溶法`碱溶法`酶溶法`脂溶法.17.[化学破碎]渗透冲击法:适用范围:⑴细胞破碎难易程度决定于其类型,红血球细胞非常适合采用渗透冲击法溶破,快速改变介质中盐浓度,将十分有效地破碎红血球细胞.⑵①动物细胞只有当其组织被机械切碎或匀浆后才易溶破;②植物细胞很难溶破,因其细胞中含有大量木质成分,通过渗透流很难渗透.18.[化学破碎]增溶法:⑴方法:将2倍细胞体积的某浓度表面活性剂加入到细胞中,表面活性剂溶解细胞壁中的脂类成分,从而破碎细胞,胞内物释放.⑵表面活性剂通常是两性的,结构中含有亲水基团[离子及疏水基团[烃基],既能和水作用也能和脂作用.19.[化学破碎]碱溶法:⑴原理:细胞壁外层和浆膜上有Pro成分,利用Pro在碱性条件下溶解的特性,调节溶液pH值,实现Pro溶解,细胞壁破碎.⑵①优点:成本低廉,反应速度快;②缺点:反应剧烈,不具选择性,碱的加入,与细胞壁产生多种反应,包括磷脂皂化等.20.[化学破碎]酶溶法:⑴加酶法:将溶解细胞壁的酶加入体系中,细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞壁,进一步增大胞内产物通透性.⑵自溶法:通过调节温度`pH值或添加有机溶剂,诱使细胞产生溶解自身的酶的方法.⑶①优点:条件温和`具有选择性,可催化细胞壁反应,而不破坏细胞内的其他物质;②缺点:价格昂贵,限制大规模生产中的使用.21.[化学破碎]脂溶法:⑴原理:选择适当溶剂,加入细胞悬浮液中,细胞壁脂质吸收后导致细胞壁膨胀`裂开,细胞质释放.⑵选择理想的溶剂应选和细胞壁脂溶解度相配,而与细胞质相差较大的.22.物理破碎法:匀浆法`超声法`研磨法`珠磨法.23.[物理破碎]匀浆法:影响高压破碎的主要因素:操作压力`破碎次数`
阀型设计`操作温度`细胞浓度.24.[物理破碎]超声:影响因素:⑴振幅:振幅直接声能有关,影响目标产
物的释放量.⑵细胞悬浮液的黏度:黏度过大会抑制空穴现象.⑶被处理悬浮液的体积:体积越大需要的能量也越大.⑷珠粒的体积和直径:添加细小的珠粒有助于形成空穴,同时可以辅助研磨效应.随着珠粒直径的变化,目标K有最大值出现.⑸超声条件:破碎时间`温度`细胞种类`pH值`料液比.25.[物理破碎]高速搅拌珠研磨法:过程:⑴研磨仓为一个密封系统,有
垂直和水平两种设计:①垂直仓的研磨介质载量为50-60%,可减少珠的磨损,但效率低.②水平仓的研磨介质装载量80-85%,研磨效率高,但磨损大.⑵搅拌设计:主要是给研磨珠的推动力,搅拌盘与驱动轴有同心的,也有偏心的,有垂直的,也有倾斜的.⑶研磨珠:有无铅玻璃`钢珠`陶瓷珠等,直径在0.1-1.5mm范围内.①使用研磨珠的大小主要由细胞的大小决定:细菌菌体--用小的研磨珠,直径0.1mm;;酵母菌菌体--用大的研磨珠,直径0.5mm.②另外目标产物在细胞内的位置也影响研磨珠的选择:用大直径可以有效释放游离在细胞之中的目标产物,在细胞质中的产物,不必把细胞完全破碎;;在细胞核中的目标产物须完全破碎,用小直径的珠.⑷研磨珠的装载量:一般在80-90%之间.①太低,提供的碰撞率和剪切力不够,增加装载量提高细胞破碎率.②过大,研磨珠之间产生相互干扰,研磨珠会过度磨损,同时产生的温度会很高,能量消耗大,对目标产物也有影响.细胞破碎率与流速成反比关系.26.吸附:利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,使其富集在吸附剂表面的过程.27.吸附过程[四过程]:料液与吸附剂混合→吸附质被吸附→料液流出
→吸附质解吸附吸附剂再生.28.吸附剂种类:⑴活性炭:活性炭粉末[效力强`需带压];颗粒活性碳[效力中`效率高];棉纶活性炭[效力弱`易洗脱].⑵大孔网状吸附剂:①吸附机理:大孔树脂属属非离子型共聚物,借助范德华力从ag中吸附各种有机物,其吸附能力与树脂的化学结构`物理性能以及与溶质`ag性质有关.②遵循规律:非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质;;极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质;;中等极性吸附剂兼有以上两种能力.29.影响吸附的主要因素:⑴吸附剂的性质:①比表面积大,吸附容积大:因此,颗粒度越小,微孔越发达,吸附速率越快,吸附能力越强.②孔结构:孔径太大,比表面积小,吸附能力差;;孔径太小,不利于吸附质向空隙中扩散.⑵吸附质的性质:①表面张力越小,液体被固体吸附越多;②在ag中溶解度大时,吸附量少;③相似相吸;④相对分子量大易吸附.⑶操作条件:①温度:吸附是放热过程,还要兼顾吸附质的稳定性.②溶液pH值:影响吸附质的解离,进而影响吸附量.最佳pH值需通过实验来确定.③盐浓度:有影响,或阻止或促进吸附,依情而定.30.亲和吸附:利用溶质和吸附剂之间特殊的可你亲合作用[静电`氢键`疏水`金属配位],从而实现分离.31.离子交换:利用离子交换树脂树脂作为吸附剂,将ag中的待分离组分,依据其电荷差异,依靠库仑力吸附在树脂上,然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来,达到分离目的.32.主要的多糖基离子交换树脂:⑴离子交换纤维素:①树脂骨架为纤维素,根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类.②特点:骨架松散`亲水性强`表面积大`交换容量大`吸附力弱`交换和洗脱条件温和`分辨率高.③常用的:甲基磺酸纤维素`羧甲基纤维素`二甲基氨基乙基纤维素.⑵葡聚糖凝胶离子交换树脂:①骨架为葡聚糖凝胶,根据功能集团的不同,亦可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂.②命名方法:交换活性基团+骨架+(阳C/阴A)原骨架编号.③如:DEAE-sephadex A-25为二乙基氨基乙基葡聚糖阴离子树脂;CM-sephadex C-25为羧甲基葡聚糖阳离子树脂.33.离子交换树脂分类:⑴按活性基团性质:阳离子交换树脂[含酸性基
团]`阴离子交换树脂[含碱性基团].⑵具体分为:强阳`弱阳&强阴`弱阴.34.离子交换树脂的理化性能:⑴外观:球形浅色为宜,粒度大小16-60
目>90%.⑵机械强度:>90%.⑶含水量:0.3-0.7g/g树脂.⑷交换容量:重量交换容量`体积交换容量`工作交换容量`表观交换容量.⑸稳定性:化学稳定性`热稳定性.⑹膨胀度:交联度`活性基团的性质与数量`活性离子的性质`介质的性质和浓度`骨架结构.⑺湿真密度:单位体积湿树脂的重量.⑻吸附性能指标:孔度`孔径`比表面积.⑼滴定曲线:表征树脂官能团.35.离子交换机理:⑴A+自ag中扩散到树脂表面.⑵A+从树脂表面进入
树脂内部的活性中心.⑶A+与R-B在活性中心上发生复分解反应.⑷解吸附离子B+自树脂内部扩散至数值表面.⑸B+离子从树脂表面扩散到ag中.36.扩散控制步骤:⑴内部扩散:液相浓度越快,搅拌越激烈,浓度越浓,颗
粒越大,吸附越弱.⑵外部扩散:液体流动慢,浓度稀,颗粒细,吸附强.37.离子交换速度方程:⑴外部扩散控制:ln(1-F)=-K1t
K1--外扩散速
度常数;F—时间为t时,树脂的饱和度.⑵内部扩散控制:F=1-6/π2
*∑[1/n2×e(-Din2π2t/r02)].38.影响交换速度的因素:⑴颗粒大小:愈小愈快,无论对内`外扩散.⑵
交联度:交联度小,树脂易膨胀,交换速度快.⑶温度:越高越快.⑷离子化合价:化合价越高`越快.⑸离子大小:越小越快,大分子阻力大,与骨架碰撞.⑹搅拌速度:在一定程度上`越大越快.⑺ag浓度:当交换速度为外扩散控制时,浓度越大,交换速度越快.39.应用实例—硬水软化:如果水质要求高,不仅要去除阳离子,还要出去阴离子.一般采用阳离子树脂和阴离子树脂.利用氢离子交换阳离子,而以氢氧根离子交换阴离子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子[如Na+`Ca2+`Al3+].同样的,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到各种阴离子[如Cl-].从阳离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水.40.蛋白质离交分离的基本步骤:⑴平衡:以平衡缓冲液冲洗装填好的分离柱,目的是使离子交换树脂表面的碱性[或酸性]配基完全被平衡缓冲液中的反离子所饱和,确保分离柱处于稳定的状态.⑵吸附:样品ag进入分离柱,各组分依据离子交换亲和力大小与离子交换剂作用,目标物分子吸附于树脂上,并释放出反离子.⑶洗脱:媳妇完成后,以洗脱剂洗脱.洗脱剂含有高浓度反离子,通过竞争性吸附实现目标物洗脱.⑷再生:通过高浓度洗脱剂使离子交换树脂重新获得吸附能力.41.泡沫分离定义:以通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体,液相中的溶质或颗粒在表面活性的作用下吸附于气泡上进行的分离,人们通常把凡是利用气体在ag中鼓泡,以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术.42.泡沫分离技术须在低于CMC浓度下进行.见48的⑶
43.泡沫分离效率的衡量指标:富集比`回收率.富集比=消泡液中的表面活性物质浓度/液相中初始料液浓度.回收率=(初始液浓度*初始液体积--剩余液浓度*剩余液体积)/(初始液浓度*初始液体积).44.泡沫的形成:⑴当气体在含表面活性剂的水ag中发泡时,首先在液体内部形成被气裹的气泡,与此同时,ag表面活性剂分子立即在气泡表面排成单分子膜,亲油基指向气泡内部,亲水基指向ag.⑵气泡借助浮力上升,冲击ag表面的单分子膜.⑶某些情况下,气泡可以跳出液体表面,此时,该气泡表面的水膜外层上,形成与液体内部单分子膜的分子排列完全相反的单分子膜,从而构成了较为稳定的双分子层气泡体,形成接近于球体的单个气泡.45.泡沫分离法的分类:⑴泡沫分离:按分离对象是ag还是含有固体粒
子的悬浮液`胶体ag,泡沫分离可分成:①泡沫分离:用于分离溶解物质,他们可以是表面活性剂,或者可与表面活性剂结合的物质,当料液鼓泡时,能进入液层上方泡沫层,从而与液相主体分开.②泡沫浮选:用于分离不溶解物质,按被分离对象是分子/胶体,是大颗粒/小颗粒.又被称作分子浮选`粒子浮选`胶体浮选等.应用较多的是对于Pro`酶的分离,目前还处于实验室阶段,最初用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸,泡沫中胆酸浓度为料液的3-6倍,活性增加65%,还有大豆蛋白质的分离也在实验室阶段成功提取.⑵无泡沫分离:用鼓泡进行分离,但不一定形成泡沫层,按是否存在萃取层,可分为:①鼓泡分离:从设备底部通气鼓泡,表面活性物质被气泡富集并上升至塔顶,和液相主题分离,使溶质得到浓缩,液相主体被净化.②萃取浮选:在ag顶部设置有一种与其互不相容的溶剂,用它来萃取或富集有塔底鼓出的气泡所吸附的表面活性物质.应用与贵重金属的分离辅机,如采用乙基二甲二硫代氨基甲酸酯将尾矿中的黄金由每吨5g左右提高到每吨2250g以上.46.气泡间当膜间夹角为120°时,压力差最小,泡沫稳定.47.泡沫的稳定性影响因素:⑴泡径大小:泡径小,利于稳定,合成大气泡的历程长,且泡膜中含液量相对较大,较能经受液体流失造成的稳定性损失.另方面,泡径小,在液相中的上升速度慢,为表面活性剂的吸附提供充足的时间,增加了稳定性.⑵起泡液粘度:一定的黏度有利于泡沫稳定,某些ag,[如Pro溶液,虽然表面张力较高,但因粘度大,对于外力的冲击起到缓冲作用,所以产生的泡沫稳定].⑶温度:基本条件是应达到表面活性剂的气泡温度,但随温度升高,ag粘度降低,表面弹性降低,排液速度加快,泡沫稳定性下降.⑷离子强度:表面电荷离子型表面活性剂,水解后带电荷,泡沫的定向吸附层为双电层结构,由于离子间延缓泡沫变薄过程,使泡沫稳定.48.泡沫分离操作的影响因素:⑴待分离物质的种类:不同分离物质其理化性质不同,表面活性也不同,因此是对分离影响最大的因素.⑵pH值:不同的pH值对分离效果有影响,对于天然表面活性物质,[如:Pro的泡沫分离,在等电点时,Pro在泡沫表面的吸附量最大]这些条件下进行分离,分离效率最高.⑶表面活性剂浓度:一般要在CMC以下,过高引起排液阻力大;;太低,泡沫层不稳定,太高,分离效率下降.⑷温度:温度应达到表面活性剂的气泡温度,保持泡沫稳定性;还要根据吸附平衡类型来选择分度高低.⑸气流速度[气体流量]:上升,泡沫形成速度↑,单位时间的去除率也↑,泡沫停留时间短,影响分离选择性;;过低时,泡沫又停留时间过长,效率低,且物质易变性.⑹泡沫柱高度:足够高的柱体才能保证泡沫层高度,使泡沫在柱中有适当的停留时间,满足目标分离需求.49.萃取分类:⑴按萃取对象分:①液-液:用选定的溶剂分离液体混合物中的某种组分.溶剂与被萃取混合液体不相溶具有选择性的溶解能力,有好的热稳定性和化学稳定性,并有小的毒性和腐蚀性.②固-液:也叫浸取,用溶剂分离固液混合物中组分,如用水浸取甜菜中的糖类;用正乙烷浸取黄豆中的豆油;用水从药中浸取有效成分叫做”渗沥”或”浸沥”.⑵按萃取机理分:①物理萃取:利用溶剂对欲分离组分有较高溶解能力,分离过程为物理过程.②化学:溶剂首先在选择性与溶质化合或络合,从而在两相中重新分配而达到分离目的.50.有机溶剂萃取法:[溶剂萃取]利用样品中不同组分分配在两种互不相容的溶剂中的溶解度或分配比不同来达到分离`提纯或纯化的目的.51.萃取分离原理:分配定律:在一定T`P下,溶质在两个互不相溶的溶剂中分配,平衡时,如果在两相中的相对分子质量相等,溶质在两相中平衡浓度之比为成熟,成为分配系数K,表征平衡的两个共存相中溶质浓度的关系.k=y/x;;y—平衡时溶质在萃取相中的浓度.x—平衡时溶质在萃余相中的浓度.52.萃取步骤方法:⑴单机萃取.⑵多级萃取:①错流接触.②逆流接触[多用].53.多级萃取设备流程:待分离液经去杂后进入第一级萃取罐,在此与第二级沉降器来的萃取相[含目标物]混合接触,然后流入第一级沉降器分成上`下两液层,上层萃取相富含目的产物送去蒸馏回收溶剂及产物进一步精制;下层萃余相,含目的产物浓度较低,送第二级萃取.54.有机溶剂萃取的影响因素:⑴有机溶剂的选择.⑵乳化与去乳化.⑶
萃取操作的因素.55.萃取操作的因素:⑴pH值:①对弱酸随pH值降低,分配系数增大.②
对弱碱随pH值降低,分配系数减少..pH值低有利于酸性物质分配在有机相;碱性物质分配在水相.⑵温度:①温度高,分子扩散速度快,萃取速度快.②温度低,使分配系数增加.⑶盐析:生化物质在水中溶解度低,有利于溶质向有机相中分配.56.常用表面活性剂及其相应的有机溶剂:⑴AOT—烃类`异辛烷`环己
烷`四氯化碳`苯.⑵CTAB—己醇/异辛烷`己醇/辛烷`三氯甲烷/辛烷.⑶TOMAC—环己烷.⑷TritonX—己醇/环己烷.⑸磷脂酰胆碱—苯`庚烷.⑹磷脂酰乙醇胺—苯`庚烷.57.水壳模型:大分子蛋白质被封闭在”水池”中,表面存在一层水化层与
胶束内表面分隔开,从而使蛋白质不与有机溶剂直接接触.依据:⑴从似弹性光散射的研究证实在Pro分子周围存在一个单分子水层.⑵反胶束中酶动力学特征与水中接近.⑶某蛋白酶在胶束中的荧光特性与主题水中相像.58.Pro溶入反胶束的推动力:⑴静电引力作用:Pro的表面电荷与表面
活性剂反胶束内表面电荷[离子型表面活性剂]之间的静电引力作用.对于阳离子表面活性剂形成的反胶束体系,萃取只发生在水溶液的pH>pI.⑵空间位阻作用:反胶束”水池”的物理性能[包括其大小`形状及其中水的活度]会影响Pro的增溶或排斥.59.反相微胶束分离过程分为3步:⑴选择有利于形成油包水和适当
W0值的表面活性剂[HLB为3-6].⑵含生物大分子的反相微胶团的形成.⑶反相微胶团的破乳及生物大分子的释放.60.反胶束萃取操作方法:⑴相转移法.⑵注入法.⑵溶解法.61.反萃取效果评估:一方面对Pro的回收率和分离度进行评估,还应对其分离过程中微观变化分子构象评估,即对其生物活性要有保证.62.双水相萃取:利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程.63.双水相体系的种类:⑴两种都是非离子型高聚物(PEG/DEX`聚丙二醇/DEX等).⑵其中一种是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/葡聚糖DEX).⑶两种都是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/羧甲基葡聚糖钠).⑷其中一种是无机盐(PEG/磷酸盐或硫酸盐).64.试差实验及放大:⑴双水相体系形成判定:将一定量的高聚物P浓溶液置于试管内,然后用已知浓度的高聚物Q溶液来滴定.随着高聚物Q的加入,试管内ag由均相突然变浑浊,记录Q加入量.然后在试管内加1ml水,ag又澄清,继续滴加高聚物Q,ag又变浑浊,此时系统形成.以高聚物P浓度对高聚物Q浓度作图,为一系列双节线上的系统组成点,即可得到双节线.⑵试差实验放大:采用10ml离心管进行试验,结果可直接放大生产.操作过程:①配置高浓度的聚合物和盐的备用液,配置一系列不同浓度`pH值的双水相,每个双水相只改变一个参数[pH的调节可采用磷酸盐缓冲液].②先加入料液,再加入配置好的备用高聚物及盐液,使整个系统质量达到5-10g,离心管封口后,充分混合.③在1800-2000g离心3-5min,使两相完全分离.④小心移取上下两相,分别测定目标物含量,并与加入总量作对比.65.膜分离技术的概念:利用天然的或人工合成的`具有选择透过性的薄膜,以外界能量差作为推动力,由于ag中各组分迁移率的不同而进行分离`分级`提纯`富集的一种技术.66.膜分离技术的优势&劣势:⑴优势:①能耗低,处理量大.②分离条件温和,使用热敏物质的分离.③操作方便结构紧凑,工作方式灵活,自动化程度高.⑵劣势:①操作工程化中膜面容易发生污染,膜性能呈衰减趋势.②膜的耐药性`耐热性和耐溶剂能力有限.③多数膜组件价格昂贵,投资高.67.膜分离分类依据:⑴膜的平均孔径.⑵膜的推动力.⑶膜的状态.⑷膜的结构.⑸膜的形状.⑹膜的材质.68.膜分离技术按孔径分类:⑴微滤[MF]:以多孔细小薄膜为过滤介质,主要用于DNA`病毒截留与浓缩,也多于膜分离的前处理,孔径分布范围约在0.02-10μm之间.⑵超滤[UF]:分离介质同上,但孔径更小,约为0.001-0.1μm,适合与分离酶`Pro等生物大分子物质.⑶纳滤:从ag中截留平均分子量300-5000的物质,孔径分布在0.2-2nm.⑷反渗透[RO]:孔径范围0.0001-0.001μm之间,主要应用于汗水脱盐`超净水设备等.69.截留分子量[MWCO]:又称为切割分子量,指截留率为90%时所对
应的分子量,与膜孔径大小有关.由于直接测定超滤膜的孔径相当困难,所以使用一直分子量的球状物质进行测定.如膜对被截留物质的截留率达到90%时,就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能,称为膜的截留分子量.实际上,所用的物质并非绝对球形,膜孔径也绝非绝对均一,所测定的截留率不能绝对表示膜的分离性能.70.膜分离过程模型:⑴浓差极化:①在操作过程中,由于膜的选择透过
性,被截留组分在膜料液侧表面积累形成浓度边界层,其浓度大大高于料液的主体浓度,在膜表面与主体料液之间浓度差的作用下,将导致溶质从膜表面向主体的反向扩散.②危害:膜面处浓度Ci增加,使得渗透压↑:在一定操作压力下,溶剂的透过速率↓,Ci增加,导致溶质的透过↑,截留率↓.③避免:可通过提高操作温度`对膜定期清洗等措施来避免浓差极化.⑵凝胶极化:膜表面的浓度超过溶质的溶解度时,溶质析出,形成凝胶层.当料液中含有菌体`细胞或其他固形物时,也会形成凝胶层.71.模装置的工作形式-超滤膜装置:一般用来完成目标物的浓缩和目标
物脱出小分子杂质,分别称为浓缩和洗滤.浓缩:①开路循环:循环液中溶质浓度不断上升,若流量和压差不变,透过通量将随操作时间不断降低.②闭路循环:循环液中溶质浓度增加更快,通过通量小于开路循环.优点是膜组件内流速可不单纯依靠料液泵供应.③连续浓缩:容易实现自动化.但透过通量很低,为改善通量,一般设计成多段串联组合.72.乳状液膜制作过程:⑴首先把两种互不相容的液体在高剪切下制成油包水小液滴;⑵其次在温和搅拌下将油包水乳液分散在第三相[料液相即外相]中;⑶乳状液滴内被包裹的相为内相,内相外相之间为液膜.73.载体促进传递机制有不同表现形式:同相迁移[促进并流]`逆向迁移[促进逆流].74.盐析:De:在高浓度的中性盐存在下,Pro[酶]等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程.虽然方法经典,但主要用于Pro分离与回收.75.盐析过程:是对[生物大分子在水ag中存在状态:⑴两性电解质,由于静电力的作用,分子间相互排斥,形成稳定的分散系.⑵Pro周围形成水合膜,保护了Pro粒子,避免了相互碰撞.]破坏的过程:原因:⑴盐离子与Pro表面具有相反电性的离子基团形成离子对,部分中和了Pro电性,稳定的双电层被破坏,Pro分子间斥力减弱而相互聚拢.⑵中性盐亲水性比Pro大,盐离子在水中发生水合使Pro脱去水合膜,暴露疏水区域,疏水相互作用产生沉淀.76.盐溶液对Pro溶解度影响:中性盐加入Pro溶液时可能出现:⑴”盐溶”现象:较低盐浓度(0.15-0.2mol/kg)下,Pro溶解度随盐浓度增大而增大.⑵”盐析”现象:高盐浓度下,Pro溶解度随盐浓度增大而下降.77.盐析方法分类:⑴β盐析法:在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析[逐步向Pro溶液中加入预先调好pH的饱和硫酸铵ag,调节温度,Pro便沉淀出来].由于溶解度随温度变化缓慢,且变化幅度小,因此分辨率更高,常用于纯化.⑵KS盐析法:在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法[粗制品中逐步加入固体硫酸铵,加到一定饱和度时,Pro便沉淀出来].由于Pro对离子强度的变化非常敏感,易产生共沉淀现象,因此常用于提取液的前处理.78.影响盐析的因素:⑴Pro浓度:①高浓度Pro可节约用盐量,但过高
会发生严重沉淀.②低浓度Pro用盐量较多,共沉作用少.⑵盐种类的影响:阳离子:NH4+>K+>Na+>Mg2+.阴离子:SO42+>CHCOO->Cl->NO2->ClO3-.⑶温度:①低离子强度/纯水中:蛋白质溶解度随温度↑而↑.②高浓度:随温度↑而↓.⑷pH的影响:等电点附近Pro溶解度小,是盐析沉淀适合的pH.79.盐析沉淀操作:lg:硫酸铵步骤:
⑴取一部分料液,将其分成等体积的数份,冷却至0℃.⑵用W=[505(S2-S1)]/(1-0.285S2)式计算饱和度达到20%-100%时所需加入的硫酸铵量,并在搅拌条件下分别加到料液中,继续搅拌1h以上,使沉淀达到平衡.⑶3000g下离心40min后,将沉淀溶于2倍体积的缓冲ag中,测定其中Pro总浓度和目标Pro浓度[如有不溶物,可离心去除].⑷分别测定上清液中Pro的总浓度和目标Pro的浓度,比较沉淀前后Pro是否保持物料守恒,检验分析结果的可靠性.⑸以饱和度为横坐标,上清液中Pro总浓度和目标Pro浓度为纵坐标作图,图中纵坐标为上清液中Pro的相对浓度[与原料液浓度之比].80.@@沉淀生成过程:Pro分子通过接触而聚集,形成微细颗粒,微细颗
粒继续生长成为大颗粒沉淀.⑴扩散控制过程:生长出去,布朗粒子的扩散,推动粒子的生长.这一过程称为[异向生长].⑵剪切作用生长过程:在搅拌作用下,粒径1μm以上的粒子生长主要起因在于剪切作用引起的颗粒间互相碰撞,发生凝聚.这一过程称为[同向凝聚]…同向凝聚速率很低,是沉淀过程的控制步骤.因此,搅拌混合非常重要,沉淀放大设计时,单位体积的搅拌功率是放大的基准,一般在放大后不变.81.色谱分离法概念:是一种物理的分离方法,利用不同物质在两相[固
定相和流动相]中具有不同的分配系数,并通过两相不断的相对运动而实现分离的方法.82.色谱过程:⑴物质分子在相对运动的两相间分配平衡的过程.在混合物中,若两个组分的分配系数不等,则被流动相携带移动的速率不等,即形成差速迁移而被分离.@⑵经色谱柱的分离,各组分将分别流过检测器,检测器将流动相中各组分浓度变化转变成电信号.随时间变化的曲线,称为色谱流出曲线,或称色谱图.83.[色谱术语]色谱图和色谱峰:⑴组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线为色谱图.⑵流出曲线上的突起部分为色谱峰.84.[色谱术语]⑴正常色谱峰近似于对称形正态分布曲线[高斯曲线].⑵不对称色谱峰有两种:前沿峰[较少]`和拖尾峰.⑶不对称峰的原因复杂:进样体积`浓度`柱温`柱污染`样品溶液离子强度`柱极性等.85.[色谱术语]对称因子[判断是否对称]:fS=W0.55h/2A=(A+B)/2A 完全对称:fS=1.00;对称峰: fS =0.95-1.05;前沿峰: fS <0.95;拖尾峰fS >1.05.86.[色谱术语]色谱基线:色谱操作条件下,仅有流动相通过检测器时,反应检测器噪声随时间变化的曲线.稳定的基线是一条直线.87.[色谱术语]基线噪音:与被测样无关的检测器输出信号引起的基线波动,基线波动的大小就是噪声的大小.基线漂移:基线随时间的增加朝单一方向的偏离.88.[色谱术语]峰高h:从色谱峰顶点到基线的距离.峰高一般用mm或检测器输出信号单位表示.峰高可作为定量测定的依据之一.89.[色谱术语]峰底宽度W:在色谱峰两边的转折点[也叫拐点,即E和F]所画的切线与基线相交的截距IJ.两个拐点E和F之间的距离为EF=2σ,分别位于约0.607h处.峰宽直接体现出色谱条件的影响.90.[色谱术语]峰面积A:色谱峰与基线延长线所包围的面积.91.[色谱术语]保留指数:它是与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳数乘以100.92.[色谱术语]分离度RS:相邻两个组分的色谱峰,其保留时间差与两
峰峰底宽平均值之商.93.[分配色谱]⑴正相色谱:极性固定相+非极性流动相
用于分离极
性化合物,极性小的组分先流出.⑵反相色谱:非极性固定相+极性流动相 用于分离非极性化合物,极性大的组分先流出.94.载体:载体是惰性的,无吸附能力,可吸留较大固定相液体.⑴硅胶:使
用前:酸洗—水洗—醇洗—干燥—水混—调浆[展开剂]—装柱.⑵硅藻土:是目前应用最多的载体.处理方法同上,浆态上柱,压平.⑶纤维素:也较为常用,酸洗+水洗.95.选择展开剂[流动相]时,首先应选择各组分溶解度相差较大的溶剂.展开剂必须先用固定相饱和,方法是过量固定相加展开剂中,分液漏
斗分层出展开剂.96.凝胶[排阻]色谱:原理:待分离物质分子量大小不同,在凝胶柱经过
时,停留时间的不同得以分离.97.三种凝胶:⑴葡聚糖凝胶:应用最广①国外商品名Sephadex,由葡聚
糖交联而成.葡聚糖是蔗糖发酵后,分级,选取分子质量在3×104-5
×104的部分,经交联后得到不溶于水的葡聚糖凝胶.②交联度:交联
剂占原料总质量的百分比称为交联度.③常用G类Sephadex商品，Sephadex G-250含义为每克干胶吸水体积可达到25ml.⑵聚苯烯酰胺凝胶:①一种全化学合成的人工凝胶,由苯烯酰胺[单体]以亚
甲基双苯烯酰胺[双体]为交联剂,经催化聚合而成再经干燥成型处
理得到颗粒状干粉商品.②商品名:Bio-Gel P, P后编号×1000大致
反应其排阻极限.③如: Bio-Gel P-100表示其分离相对分子质量大约为100000.⑶琼脂糖凝胶:①用氯化十六烷基吡啶/乙烯醇等将海藻多糖琼脂中带负电基团的琼脂胶沉淀除去,得到中性多糖成分即为琼脂糖.②商品名:Sepharose 2B`4B`6B.表示琼脂糖浓度
油田注聚采油废水油水分离技术研究 篇6
【关键词】油田；注聚采油；废水；油水分离；现状；油水分离剂
当前石油开发已经进入高含水的开发阶段，采取的浆液含水量大，并且开采难度大。同时，随着各种增产措施的应用，开采出的原油的物性发生了很大的变化，主要表现为稠度增加、密度增加和含聚浓度增加三个方面，而这三个方面的增加也增加了原油脱水和污水处理的难度。原油高含聚合物的存在，使得外输污水含油过高，一方面造成了原油的浪费，另一方面造成污水回注地层，造成二次污染。虽然当前油田采取了生物破乳剂技术、油气水三相分离工艺技术的措施，但都没有从根本上解决高含聚污水处理的难题。虽然联合站大规模的提升了生产工艺，提高了破乳剂质量和使用浓度，但效果也不是很明显。显然，依靠脱水、污水处理以及各种管理措施，无法从根本上解决高含聚污水的难题。高含聚污水处理难题已经成为当前我国石油开采过程中的重大难题之一。对高含聚污水的处理不仅关系到油田经济效益，同样关系到当地环境的保护，必须加以重视。
1.油田高含聚采油废水的现状
当前，我国对于采油污水的处理技术主要是针对回注污水这个阶段，而且我国油田经过多年开采，都已经进入了高含水、高速度开采和高采出粘度的阶段。油井原油的含水量不断增加，原有的回注水量的平衡被打破，而且，低渗油藏和稠油油藏对于回注污水的水质要求特别的高，这就导致采油污水必须外排，造成了原油的浪费和环境的污染。采油污水的破乳除油和污水达标排放已经成为当前油田发展的重要制约因素。
而解决采油污水外排的关键是提高采油污水的处理率以及采用先进的处理污水工艺。当前对于采油污水主要通过重力除油技术、粗粒化除油、气浮分离技术和微生物处理技术进行处理。其中，粗粒化除油主要利用装有粗粒化材料的机械，水中的油在凝聚、附着的过程中，从小到大，除去油珠。油田一般主要有六座大型联合站，分为原油脱水部分和污水处理部分。近年来，加大了对联合站的工艺改造投入，用于各种类型的破乳剂的研究，以降低对破乳剂的消耗，从而降低生产成本，但效果不明显。同时，油田一般是松散的砂岩油田，采出的原油含粘土颗粒多，污水处理难度相当大。处理后的水质相当差，含油量也很高，原油浪费很严重，有时还会导致油层的二次污染，污水的外排也会造成环境污染。各种化学剂、注聚等措施的采用，大大提高了产油量，但也增加了污水处理的难度，主要原因有各种化学助剂的使用、大规模注聚、污水处理工艺简单和污水治理投入不足四个方面。如何高效的使油水分离、设计合理的工艺流程和提高破乳剂的破乳能力是本课题的主要研究目标。
2.油水分离剂研制
油水分离剂的研究主要包括主剂、助剂的合成筛选与复配的研究，主剂主要是以阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂为主，助剂主要以阳离子高聚物为主。主剂主要是针对O/W型乳液进行破乳，降低污水中乳液的含量浓度。助剂主要是通过阳离子高聚物的聚结作用机理，以电荷中和、多孔吸附的作用进行净化污水。当前油田进入了高含水开发期，采出液含水量高，乳化程度复杂，使得原油脱水效果差、污水含油量高，造成了极大的浪费和环境污染。为了使采出液油水快速的分离，降低破乳剂的使用量，改善脱水效果，需进行试验，研究出新的药剂。结合油水分离剂主剂和助剂的工作原理，将主剂和助剂进行正交试验，从而确定油水分离的配方。主要是利用阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、有机阳离子聚合物的特殊功效，进行阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、有机阳离子聚合物和助剂的有机复配试验，从而确定各个剂的使用数量，确定最佳效果方法。经过试验，SLWY-2油水分离剂单独使用，脱水效果十分差，甚至没有破乳能力，但将之与破乳剂配合使用，就能充分发挥两者的共同作用，能够加快破乳的速度，提高油水分离的效率。而且一方面SLWY-2油水分离剂的制作技术相当成熟，工艺条件也简单方便控制，产品质量稳定；另一方面，在生产的过程中，没有三废的排放，可以批量生产。因此，SLWY-2油水分离剂是当前油水分离剂的最佳选择。
3.SLWY-2油水分离剂现场应用
SLWY-2油水分离剂经过反复的试验和评价，各种性能指标符合当前油水分离的实际需要，并达到了预期目标。而且SLWY-2的合成条件完整，技术工艺完备，具有批量化生产的条件和应用能力。特别是，油田已经进入高含水三次采油开发阶段，注聚、稠油热采等工艺的采用，使得采出原油的物性发生了很大的变化，原油的密度、粘度皆增加，原油的乳化状态也更加复杂，原油脱水和污水处理的的难度系数也相应的增加了。当前原油脱水主要采用二段沉降、电化学工艺的方法进行，污水的处理则主要通过压力过滤的方法进行。原油脱水产生的污水含油度高，而且处理后的污水水质差。通过药剂投加、降药控制、稳定观察和改善污水含油指标四个阶段的试验，SLWY-2的使用降低了药剂总量的使用，外输原油的含水量的到了有效的控制，外输污水的含油量降低了，并且处理后的污水水质也得到了提高。经过现场的长期使用，采出液的综合处理成本降低了，对环境的污染减少了，取得了良好的经济效益和社会效益。可见，油水分离剂对原油具有较强的适应能力，能够有效的降低破乳剂的使用，经济和社会效益明显。
4.结束语
SLWY-2油水分离剂的应用，较大幅度的降低了采出液的处理成本，提高了破乳剂的破乳效率和降低了破乳剂的使用量，并且明显的降低了污水的含油量。SLWY-2的使用能够充分发挥各种药剂的作用，使油水快速的分离，从而减少污水对破乳剂的消耗，降低了脱水的成本。油水分离剂和破乳剂的联合使用，改善了原油的含水指标，降低污水的含油量。而且，油水分离的工艺水平成熟，能够批量化生产，十分适合当前原油油水分离的生产实际。
【参考文献】
[1]徐鹏等.表面活性剂对疏水缔合聚合物溶液性质的影响[J].油田化学，2001.
油水分离技术优化研究 篇7
现阶段,我国大部分陆上油田已进入开发后期,含水达到80%~90%。随着油田含水率的上升,不仅给油田开采带来了严重的经济问题,更增加了油水分离的困难程度。目前,油水分离技术主要有:重力分离法、电脱分离法、离心分离法、化学处理法和聚结分离法等[1]。电脱分离法和离心分离法需要外界动力提供能量支持,耗能量高,化学试剂所引起二次污染限制了化学处理法的应用。目前,应用较为广泛的油水分离技术是波纹板和螺旋管油水分离技术[2,3,4]。
目前对油水分离主要是在实验室中利用实验器材进行研究,其具有易于观察、数据明显,但其不足之处是费用较高且不能确定管内具体分离特征和流体流动情况。随着计算机技术以及计算流体力学的迅速发展,数值研究方法日益成熟,开始应用于模拟管道内流体流动情况,从而获得流体流动特性[5]。目前对于油水分离技术的研究集中于螺旋管和波形板凝结分离器的研究。在前人的基础上,利用CFD软件采用VOF模型对直管、波形管、螺旋管油水分离进行数值模拟,得到了油水分离规律。为油田原油脱水技术的改进提供了一定的理论依据。
1 基本方程
1.1 油水不相容,采用VOF模型
体积分数方程
如果相下标用1、2表示,第二相的体积分数被跟踪,每一单元中的密度为
ρ=α2ρ2+(1-α2)ρ1 (2)
动量方程
表面张力
表面法向量
1.2 标准k-ε模型
对于两相分离、分层流及密度比较接近的情况,利用混合物物性及混合速度能够获得湍流的重要特征[6]。采用目前广泛使用的标准k-ε模型。
其中
1.3 边界条件
2 计算模型
直管管径60 mm,管长15 m;波形管管径60 mm,波高60 mm,波长300 mm,管道轴向长度15 m;螺旋管轴向长度15 m,管径60 mm,螺距300 mm,回转半径60 mm,圈数n=50。局部管道模型见图1。采用四面体和六面体结合的网格对计算模型进行网格划分。其中直管划分63 920个单元,81 549个节点;波纹管划分85 800个单元,107 305个节点; 螺旋管划分562 453个单元131 990个节点。
3 模拟结果及分析
3.1 直管中的油水分离
管道水平放置,重力沿y向下。图2给出了管道轴线右侧x=0、x=0.01、x=0.02截面的体积分数沿轴向变化图。由图可知,油水混合物在重力作用下,进入管道后开始分离,离管心越远分离现象越不明显。轴向水的体积分布见图3。可知,油水分
离呈阶段性变化,在3 m、9 m、13.5 m处分离程度较大,13.5m处水的体积分数到达95%,分离已基本完成。而后水的体积分离程度变小,由此可见在该工况下,支管中的油水分离在13.5处达到最大程度,为了提高油水的分离效率可在z=13.5 m处下方开一出流口。
3.2 波形管
图4为沿波形管中轴线切面水相体积分布图。由图可知,原油进入波形管初期油水分离现象不明显,仅在平衡位置附近出现油水分离。在第27个波谷处出现第一个明显的油水分离区。稍后在第35、45、50个波谷处出现明显油水分离。这是由于过流断面不断变化和波纹状管道,使得原油速度的大小和方向不断发生变化,油滴的碰撞机会增加了。油滴在运动过程中不断变大,到达一定管长时出现最大油水分离现象。通过吸附凝结润湿等作用,在波纹管的上表面形成油膜。由于流体的不断冲刷,其沿板面脱落。由于重力作用最终在波形管波峰处出现最大含油率,波谷处出现最大含水率。波形管内管道原油速度大小和方向不断发生变化,导致在轴向方向上油水分离现象不稳定,没有明显规律(见图5)。
3.3 螺旋管
图6为螺旋管内水相体积分布,由图可知原油进入管道一段距离后,在离心作用及重力作用下,开始出现油水分离。由计算可知,螺旋管产生了约14 g的离心加速度。由于重力和离心力共同作用,在管道外侧偏下方出现最大含水率。
图7、图8、图9给出了管道各个截面的水相体积分布,水相体积分数在外侧较大。由图7、图8可知管道形状变化,使已分离的油水出现了再混合的情况。为了避免该情况,需要在螺旋管上一定距离处开设出流口。综合图7、图8可知,第8、18、28、38、48圈处油水分离现象比较明显且稳定,在此位置附近开设出流口比较合理。
4 结论
(1)输油直管中,离管心越远分离现象越不明显,轴向油水分离呈阶段性变化, 13.5 m处水的体积分数到达95%,分离已基本完成。
(2)波形管中,在第35、45、50个波谷处出现明显油水分离,由于重力作用最终在波形管波峰处出现最大含油率,波谷处出现最大含水率。
(3)螺旋管中,由于重力和离心力共同作用,在管道外侧偏下方出现最大分离现象。为了避免油水再混合的现象,第8、18、28、38、48圈附近开设出流口较合理。
(4)在相同的输送工况下,螺旋管对油水的分离率较大,且分离能较好的避免油水再混合。
本文在未考虑出流口的情况下,对管道内的油水分离现象进行了数值模拟,虽与实际情况有一定差别,但也能反映管道内的油水分离趋势,为油水分离技术提供了一定的理论基础。
文中各符号含义如下:
g——重力加速度;α——相含率;ρ——密度;μ——湍流黏度;v——速度;下标p——液体相p;下标q——液体相q;p——压力;
摘要：现阶段,我国大部分陆上油田已进入开发后期,不仅带来了严重的经济问题,更增加了油水分离的困难程度。目前对于油水分离技术的研究集中于螺旋管和波形板凝结分离器方面,其中波纹板和螺旋管油水分离技术应用广泛。利用CFD软件采用VOF模型对直管、波形管、螺旋管油水分离进行数值模拟,得到了油水分离规律:(1)在输油直管中,离管心越远分离现象越不明显,轴向油水分离呈阶段性变化,一定长度时分离已基本完成;(2)波形管中,在第35、45、50波谷处出现最大含水率;(3)螺旋管中,由于重力和离心力共同作用,在管道外侧偏下方出现最大分离现象;(4)螺旋管能提高油水分离效率,避免油水再混合。为油田原油脱水技术的改进提供了一定的理论依据。
关键词：油水分离,优化研究,直管,波形管,螺旋管
参考文献
[1]孙莉英.含油废水处理技术进展[J].华中科技大学学报,2002,19(2):87-90.
[2]王国栋,何利民,吕宇玲,等.重力式分离器的分离特性研究[J].石油学报,2006,27(6):112-115.
[3]曹建树,李卫清.新型波纹板油水分离器的应用研究[J].流体机械,2005,33(9):1-3.
[4]张治谦,王振波,等.油水重力分离过程油滴浮生规律的实验研究[J].2009,9(1):23-27.
[5]王福军.计算流体动力学分析:CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004,9.
泡沫分离技术专利分析 篇8
泡沫分离技术,又称泡沫吸附分离技术,它是以泡沫作为分离介质,以组分之间的表面活性差异作为分离依据,利用在溶液中的鼓泡来达到浓集物质目的的一种新型分离技术。泡沫分离技术在20世纪早期已经应用于矿物浮选和处理废水中的表面活性剂,20世纪70年代以后此种技术得到了更为广泛的使用。目前,泡沫分离技术已被用于蛋白质、多糖及生物活性物质等的分离提取及浓缩过程。通过梳理泡沫分离技术的中国专利申请,获得了泡沫分离技术的基本发展趋势,及其在废水处理、生物、医药、化工领域中的应用研究进展。
二、泡沫分离技术的基本原理及发展态势
1. 基本原理
泡沫分离是根据吸附的原理,利用待分离物质本身具有表面活性或能与表面活性剂结合在一起的性质,向含表面活性物质的液体中鼓泡,使待分离物质被吸附在气液界面(气泡表面)上,气泡聚集在液体主体上方形成泡沫层,将泡沫层和液相主体分开,就可以达到分离待分离物质的目的。
2. 泡沫分离技术发展趋势
(1)申请量分析
图1为泡沫分离技术中国专利申请量的时间分布情况。由图1可以看出,1995-2004年,泡沫分离技术中国专利申请量在较低的水平上略有浮动,这可能与当时专利申请意识较为薄弱,且泡沫分离技术还未广泛应用有关。从2005年开始,申请量开始逐渐增加,2013年专利申请量达到了峰值。2014-2016年的申请量略有下降,应当是由于部分专利还未进入公开阶段。由专利申请量激增的趋势可以看出,近十几年,泡沫分离技术的研究引起了学者的关注,且专利技术的保护意识增强,显示出其巨大的应用前景。
(2)主要申请人分析
表1列出了泡沫分离技术中国专利申请主要申请人分布情况。可以看到,该领域中国专利申请的前10位申请人主要是高校申请人,中国矿业大学以37件的申请量位列第1,这与泡沫分离技术最早主要应用于金属离子的浮选相吻合,随着其在生物、医药、化工领域中的应用受到广泛关注,各大高校和相关企业均开始对该技术的应用进行广泛的研究,并对其技术成果进行公开和保护,使其在将来的工业应用中发挥作用。
三、泡沫分离技术的应用
泡沫分离技术因其具有低成本、高效率、且对环境友好的优势,在废水处理、生物、医药、化工等领域都受到了极大的关注。
1. 表面活性物质的分离、浓缩
底泥磷的核磁共振分析普遍采用Na OH-EDTA萃取法,然而有机磷含量常常不能满足测定需要,CN102353567A根据底泥中有机磷的主要成分中,磷酸单脂和磷酸双脂是生物体细胞膜的主要组成部分,具有表面活性,磷酸含有疏水的脂肪族链烃以及亲水的磷酸头部,也具有两性。DNA虽然是亲水性高分子聚合物,但是在细菌细胞内DNA分子上结合有很多表面结合蛋白,形成的生物大分子也具有不同程度的表面活性,采用了泡沫分离技术进行底泥中有机磷的富集。相比传统方法,泡沫分离方法富集有机磷的能力更强,有效地满足了核磁共振的检测需求。
目前,运用结晶法提纯双季戊四醇不能有效去除其中的有机杂质,有机杂质带入结晶体系干扰双季戊四醇结晶,影响产品质量。CN101962317A利用溶液中有机杂质自身的发泡性能,控制双季戊四醇溶液的浓度和温度,向溶液中通入洁净空气使溶液产生泡沫,分离泡沫层后双季戊四醇溶液即得到净化,有效地把有机杂质分离出来,使得双季戊四醇中的有机杂质下降2%-10%。
皂苷是一类在水溶液中经振摇能产生大量持久泡沫的复杂分子,其分子量大、极性较大,水溶性强,分离、精制有一定的难度。新型分离技术中,超临界液体萃取、超声提取技术、大孔吸附树脂分离等技术的运用,提高了皂苷的分离效果的同时,也存在着操作复杂、成本高或环境不友好等缺陷。由于皂苷类成分是天然的表面活性成分,在泡沫提取工艺中无须另外添加表面活性剂,这样既避免了表面活性剂的回收及其所带来的污染问题,又有成本低、效率高的优点。因此,学者们开始关注泡沫分离方法提取皂苷的研究。CN101838338A采用泡沫分离方法实现了对竹节参皂苷的分离,CN103110678A采用泡沫分离方法实现了对人参总皂苷的分离,CN102190697A采用泡沫分离方法实现了对芦笋皂苷的分离,均取得了较好的效果。
2. 具有与表面活性物质结合性质的物质的浓缩
含铜废水是常见的工业废水之一,已成为人类面临的重要环境问题,目前去除铜离子的方法主要有离子交换法、电解法、化学沉淀法、膜处理法等,但都存在一定的局限性,例如费用高、操作条件苛刻、容易二次污染等。CN105481144A提供了一种含铜废水的高效处理装置和方法,其中的装置包括原料供给系统、泡沫分离系统、泡沫处理系统和控制装置,利用该装置对浓度为20mg/L的铜离子废水溶液处理后残液中铜离子的残留率为0.42-0.51%,即0.102mg/L,达到了铜离子废水0.5mg/L的废水排放标准,铜离子的去除率达97.8-98.4%,回收了达88.6-94.2%,有效利用了泡沫分离工艺投资少、能耗低、条件温和的优势。
众所周知,土壤是一个复杂的系统,在一些特定的工业或医疗领域,不可避免的会存在土壤被放射性物质污染的现象。泡沫土壤浮选是一种土壤放射性去污的新方法,CN104470648A通过向包含土壤和至少一种捕收剂的悬浮液中吹气泡产生的分散气浮泡沫,气泡根据亲和力大小和疏水性“运载”含污染胶体的颗粒。含有放射性核素污染物和捕收剂的联合亲水性颗粒形成疏水性固体颗粒,该颗粒浮动到表面,通过溢出或抽吸处理泡沫浓缩液,从而将放射性核素分离出来。
目前,分离大豆异黄酮的方法主要包括有机溶剂萃取法和大孔树脂吸附法,但两种方法在分离过程中都要对废水进行处理,以除去废水中的大豆蛋白,该过程操作复杂、成本高且难以实现工业化。CN102838576A利用大豆异黄酮与大豆蛋白之间的络合作用,借助泡沫分离过程中大豆蛋白的浓缩,使得大豆异黄酮也得到了浓缩,并通过三级泡沫分离工艺有效提高了大豆异黄酮的浓缩效果。
近几年来,采用泡沫分离法富集微藻成为了研究热点,研究发现泡沫分离技术可以有效实现微藻的浓缩,有部分学者已经开始着重研究分离装置的改进和参数的优化,对微藻的浓缩效果进行更进一步的优化。CN105176826A提供了一种具有高回收率和浓缩倍数,同时低成本和高产能的微藻采收的泡沫分离方法及相应的分离装置。其中采用了逐级浓缩的方法,以成本非常低的弱碱性絮凝为初步浓缩,在此基础上进行环流泡沫分离,由于第1步的浓缩也可达10倍左右,因此环流泡沫分离塔的体积、能耗和助剂消耗可大幅度减小,充分发挥了泡沫浮选的优势。CN104450527A采用泡沫分离方法对小球藻进行浓缩分离,利用小球藻细胞表面与表面活性剂之间的络合作用,通过调节溶液温度、PH、气流速度等参数实现了对小球藻的浓缩。
四、结论
通过对历年泡沫分离技术的中国专利申请进行分析,发现自2005年开始,申请量开始逐步增长。然而,该领域中国专利申请数量依然较少,这表明,泡沫分离技术在新的领域中工业化应用还未普及,尚处于研究优化阶段,研究人员的知识产权保护意识还有待进一步增强。泡沫分离技术的相关研究覆盖了废水处理、生物、医药、化工等众多领域,可见,泡沫分离技术具有广泛的应用前景。国内学者应当重视可工业化专利技术的开发,提高产业化能力,引领行业的快速发展。
摘要：泡沫分离技术具有成本低、环境友好、效率高的优势。对历年泡沫分离技术在中国专利申请中的整体态势进行分析,介绍了其在废水处理、生物、医药、化工等领域中的应用,分析了泡沫分离技术在中国的发展方向。
关键词：泡沫分离,吸附,表面活性
参考文献
[1]Ahmad SI.Laws of foam formation and foam fractionation 1.The effect of different operating parameters on the foam fractionation of albumin from a solution containing organic and inorganic materials.Sep.Sci.1975,10:673-688.
[2]Knuckey RM,Brown MR,Robert R.Production of microalgal concentrates by flocculation and their assessment as aquaculture feeds.Aquacultural Engineering,2006,35(3):300-313.
膜分离技术及其应用现状 篇9
膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点,而且特别适合热敏性物质的处理的特点,其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面,现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业。虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离,但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入,膜分离技术应将得到更加广泛的应用,其在未来是世界各国研究的热点,它将在各个领域发挥更引人注目的作用。
2 膜分离技术
2.1 膜分离技术的特点[2]
(1)在常温下进行,特别适用于热敏性物质的分离、分级、提纯和浓缩,且可以同步进行能较好地保持产品原有的色、香、味和营养成分;
(2)分离过程中不发生相变,挥发性物质损失少,节约能源;
(3)具有冷杀菌作用,保存期长,无二次污染;
(4)选择性好,应用范围广,但要选择相应的膜类型;
(5)设备简单,易于操作,可连续进行,效率高。
2.2 膜分离技术的分类
2.2.1 微滤
微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力[(50～100) kPa],溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为(0.1～20)μm的对称微孔膜,只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使
溶液或水得到净化。微滤技术是目前所有膜技术中应用最广、经济价值最大的技术,主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等[3]。在微滤方面今后应着重研究开发廉价膜组件;耐高温抗溶剂的膜及组件;不污染,易清洗的长寿命膜。
2.2.2 超滤
超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。在一定的压力[(100～1 000) kPa]条件下溶剂或小分子量的物质透过孔径为(1～20)μm的对称微孔膜,而直径在(5～100)nm之间的大分子物质或微细颗粒被截留,从而达到了净化的目的。超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。在超滤方面今后应重点开发抗污染膜;比较廉价的,长寿命的膜组件;低能耗的膜组件;抗溶剂的膜及组件;适用于高温、高pH值和抗氧化的膜。
2.2.3 反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理,以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力[(1 000～10 000) kPa]，当此压力大于溶液的渗透压时，就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1～1nm的非对称膜流向稀溶液一侧,这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。在这方面今后应优先发展抗氧化膜;耐细菌侵蚀的膜;透水性好的易清洗、消毒的膜。
2.2.4 纳滤
纳滤是膜分离技术的一个新兴领域,纳滤膜(Nanofihhrahion Membranes)是20世纪80年代末期问世的一种新型分离膜,其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,约为200～2 000,由此推测纳滤膜可能拥有1mm左右的微孔结构,故称之为“纳滤”。纳滤膜大多是复合膜,其表面分离层由聚电解质构成,因而对无机盐具有一定的截留率。目前国外已经商品化的纳滤膜大多是通过界面缩聚及缩合法在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的超薄分离层。纳滤也是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过程。它兼有反渗透和超滤的工作原理。在此过程中,水溶液中低分子量的有机溶质被截留,而盐类组分则部分透过非对称膜。纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐,而在渗透过程中溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可使被反渗透膜所截留的盐透过,堪称为当代最先进的工业分离膜。由于它具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能,所以在工业领域有着广泛的用途,随着纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程,纳滤膜分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。
2.2.5 渗透
渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分和吸附扩散原理,主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对称微孔膜进行交换,而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大分子溶液中分离低分子组分。由于超滤技术的发展,渗析技术正逐渐被取代。但是近年来,血液渗析技术的发展使渗析技术得到重视,血液渗析和血液超滤技术互有补充,各有侧重。
下表形象地表示了几种膜过程的分离、浓缩特点[4]。
3 膜分离技术的应用领域
自20世纪50年代的微滤膜和离子交换膜率先进入工业应用后,60年代的反渗透进入工业应用,70年代为超滤,80年代为气体分离,90年代为渗透汽化,以及后来的一些新型膜分离技术的工业应用。至今膜分离技术已经在国民经济的各行各业中确立了自己的地位,下面对它在各个领域的应用做以简略叙述。
3.1 在化工及石油化工中的应用
由于各国普遍重视环境保护和治理,因而微滤和超滤分离在化工生产中的应用尤为常见,广泛用于水中细小微粒,包括细菌、病毒、及各种金属沉淀物的除去等。例如:目前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离除去磷石膏废水中含氟的化合物[5]。气体分离在化工和石油化工方面的应用也颇具意义,例如:在合成氨工艺中回收H2;在3次石油回采中从甲烷中分离C02;由膜分离氧和氮等。电渗析在化工中的应用也较为广泛,例如:自然水的纯化,海水脱盐等。醇类与水的沸点相差较小,所以醇类与水的分离要想达到理想的分离效果,若采用传统的精馏分离将十分困难,采用电渗析技术则变得较为方便。在化工生产中甲醛与己醛反应生成季戊四醇,还生成副产物甲酸,采用电渗析法可有效地对季戊四醇进行精制和分离。膜分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔的前景,它对于生产设备的优化及提高经济效益都有着十分重要的作用。尽管此项技术还有许多理论与实践问题有待于进一步研究探讨,但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在化工及石油天然气工业中发挥巨大的作用。
3.2 在废水处理中的应用
我国目前城市污水集中处理率不高,大量污水未经处理直接排人江河湖海,造成严重污染。用传统工艺与膜技术集成,可以将废水或污水净化、再生,从而循环使用。近年来,水处理专家将膜分离技术引入废水生物处理系统,开发了一种新型的水处理系统,即膜生物反应器(MBR),它是膜组件与生物反应器相结合的一个生化反应系统。目前有三种形式:即分离式、一体式和一体重力淹没式。90年代以后MBR在国外已有应用实例。加拿大的Zenon公司开发的膜生物反应器已被美国、德国、法国等地方应用,规模从380 m3/到7600m3/d。由于我国膜材料生产技术达不到要求,因此目前关于MBR的研究仅限于实验室和小规模应用阶段。但也取得了丰硬的成果,为将来大规模实际应用打下良好基础。韩怀芬等人初步研究了膜生物反应器在难降解的造纸废水中的处理效果,并与传统的活性污泥法和生物接触氧化法进行了对比,结果表明:在同样水质的条件下,膜生物反应器的处理效果明显好于普通的生物法。污泥浓度达6000 mg/L以上时,膜生物反应器出水COD可降至100 mg/L以下。白晓慧，陈英旭采用厌氧/膜生物反应器(MBR)工艺对生产医药中间体酰氯的废水进行了中试。结果表明,膜生物反应器具有抗冲击能力强,处理效果好,占地面积小的优点,适合于处理水量小、浓度高的废水[6]。当前,国内外专家学者研究的焦点集中在:减少膜污染、利用MBR脱氮除磷、去除水中微污染、寻找MBR最佳运行条件等方面。
3.3 在医疗医药中的应用
人工肾主要为中空丝型,分为透析型和过滤型,主要是通过由透析膜相隔的血液和透析液中各成分之间的浓,度差所造成的扩散,达到清除血液中废物和有害杂质的目的控制释放膜主要用于制造控制释放药物。许多口服药不需要控制释放,但若药物在体内的有效浓度范围窄,并且超过最低中毒浓度就会有明显的副作用,就要利用控制释放膜制取口服控制释放药物皮肤渗透法主要适用于对皮肤有高渗透性并且所需剂量不大的药物,此类体系最主要的优点是避免了一次性代谢。黏膜植入通常用于眼睛、口腔、子宫及阴道等,这类系统也可避免一次性代谢,能够释放局部作用的药物。皮下植入是目前仍在研究的一种方法,主要用于不适合于口服的大分子药物,如胰岛素、麻醉拮抗药、干扰素等[7]。膜分离在制药领域中的应用非常广泛,根据不同的应用范围,采用膜电解、电渗析、透析、微滤、超滤或反渗透技术,将药的有效成分分离、纯化。
膜分离在生化制药方面的应用最早,曾用于酶、激素、核酸、病毒、多肽、疫苗、血清制剂以及蛋白质制剂的浓缩、脱盐精制等。超滤法去除右旋糖苷注射液热原;微孔精密过滤器用于丝裂霉素、妥布霉素、阿霉素、柔红霉素等大生产的分离过滤,用于葡萄糖与活性炭混合液的分离。电渗析已用在血浆的处理、免疫球蛋白和其他蛋白质的分离。
3.4 在食品工业中的应用
膜分离技术用于食品工业开始于20世纪60年代末,首先是从乳品加工和啤酒的无菌过滤开始的,随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒精类精制等方面。至今,膜分离技术在食品工业中已得到广泛应用。主要用于以下几个方面:(1)利用膜分离技术对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离。如:采用超滤和反渗透相结合的方法,进行大豆乳清的分离回收;采用超滤和反渗透技术处理花生,可将花生蛋白和花生油全部提取且无废料;采用超滤法从菜籽粕中制取菜籽浓缩蛋白和分离蛋白等。(2)利用膜分离技术加工乳制品。如:农场采用反渗透就地对牛奶进行预浓缩后加工成炼乳等制品;制造干酪前用超滤对牛奶进行组分分离;电渗析除乳清灰分;利用膜生物反应器将乳糖转化为产成品(例如乳胶)等。(3)利用膜分离技术对卵蛋白进行浓缩。如:采用膜分离技术和喷雾干燥组合的生产工艺.可有效除去卵蛋白中引起变色的葡萄糖和无机盐分子;采用超滤法可浓缩全蛋等。(4)利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。如:采用超滤技术,以板框式超滤装置来浓缩动物全血,目前已可将其干物质含量从18%～21%提高到了28%～30%。(5)利用膜分离技术对明胶进行浓缩和提纯。动物的骨胳和肌肉组织中含有明胶,采用超滤法目前可将明胶浓缩到固形物含量达15%[8]。
膜分离技术用于食品加工有很多优点:与传统方法相比,不会因加热而产生色、香、营养成分等质量指标的恶化;节省能源、设备占地面积小;更重要的是由于分离膜性能的提高,能在很高精度水平下分离各种成分。
4 展望
膜分离技术在21世纪是世界各国研究的热点它将在各个领域发挥更引人注目的作用。
(1)海水是地球上最大水源,膜法是净化技术的前沿,成本又低,因此膜技术在淡水资源开发上有极其广阔的市场需求背景。
(2)预计21世纪膜分离的应用将持续增长,尤其是微滤/超滤、微滤/反渗透、微滤/超滤/反渗透或纳滤结合的膜处理过程。增长的领域包括:饮用水处理、工业废水的脱色、垃圾填场渗滤液的处理、膜生物反应器的应用、水的回收与循环利用。这些膜分离技术的应用将降低未来的环境污染,前景非常广阔
应作为首选重点。
(3)石油化工是膜技术在21世纪可以大显身手的重要领域,从油田淡水供应、污水处理,到生产加工过程的反应、分离、浓缩、纯化等,都和膜技术息息相关,而膜技术在这方面的应用目前还处在初始阶段,所以,膜技术在此方面的应用潜力非常巨大。
参考文献
[1]许振良.膜法水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2]李英杰.几种新型膜分离技术及其在食品工业中的应用[J].广州食品工业科技.1998.14(3):159—162.
[3]陈一鸣.慕惠如.剂玉荣.膜分离技术的现状及其存染料化工中的应用[J].化工装备技术.2001.22(1):6-11.
[4]何旭敏.何国梅.曾碧榕等.膜分离技术的应用[J].厦门大学学报(自然科学版).2001.40(2):495-502.
[5]高以旭.高速发展的膜分离技术[J].食品工业科技,1997.5:78.
[6]程淑英.龚莉莉.膊分离技术应用现状及展望[J].化工技术经济.1999.17(2):15-18.
[7]陈红霞.膜技术在医疗医药中的应用[J].中国药物与临床.2005,5(4):296-298.
磁化分离水体净化技术 篇10
关键词：磁化分离水体,净化技术,河流水环境,应急处理
1 背景
深圳市西部沿海区域部分河流已基本渠化或涵化，尽管区域内污水收集干管已基本形成，但因河流空间受到严重挤占、征拆艰难，支管网建设滞后导致大量污水入河，造成河道水体污染严重。特别在感潮河段，受珠江口近海污染及潮汐影响，污染水体在河道内回荡，散发恶臭，溶解氧、氨氮、五日生化需氧量、化学需氧量等指标超标严重，水质劣于地表水Ⅴ类水质标准，恶劣的水环境给两岸居民的生产生活带来极大的影响，已影响到周边居民的生活质量和城市形象。
常规的雨污分流、沿河截污等水环境治理措施实施周期长、工程投资多、建设难度大，难以一步到位。如何快速减缓此类城市河流黑臭现象成为河道治理最为迫切的问题，借鉴北京等其他城市河流水环境治理中采用磁化分离水体净化技术快速削减入河集中污染的经验，针对深圳市河流水环境治理的现状及治理目标，对磁化分离水体净化技术在深圳市河流水环境应急处理中的应用做简单探讨。
2 磁化分离水体技术工艺简介
磁化分离水体净化技术是基于物化法的高效吸附净化技术，其通过必要的物理、化学反应使不同污染物形成磁性絮团，再利用磁场快速实现污染物与水体的分离，是一种对水体中污染物“主动打捞”的水体净化技术。具体工艺流程详见图1。
3 应用分析
3.1 工艺效果
根据在深圳后海北河河口磁化分离水体净化技术装置试验性应用，其作为一级强化处理工艺，磁化分离水体净化技术去除主要的污染物为SS及TP，同时对COD有一定的去除效果。
通过现场观察对比，出水透明度明显提高，进水由灰褐色提升至透明色，感官效果提升明显；出水臭味明显缓解。经取样检测，TP由4.5mg/L下降到1.3mg/L，去除率约为70%（见图2);SS由85mg/L下降到16mg/L，去除率约为81%（见图3);COD由130mg/L下降到81mgL，去除率约为38%。
3.2 技术特点
(1）磁分离时间短，占地面积小。磁盘表面产生的磁力是重力的640倍以上，能快速捕捉到微磁性絮团，使整个净化过程时间大大缩短，来水自混凝反应池进至磁盘机出水的时间为3～6min，大大优于传统的沉淀法。
(2）混凝效果好，药剂用量少。依靠强磁力进行吸附和分离，采用微絮凝方式，无需形成大的沉淀絮体。混凝药剂用量较传统混凝沉淀工艺减少20%～50%。
(3）泥渣浓度高，污泥脱水易。磁分离出的污泥浓度大于70 000mg/L，含水率小于93%（普通沉淀污泥含水率为98%～99%），可不经过浓缩直接进入脱水设备，可节省污泥浓缩池占地，减少污泥脱水设备规模。
(4）技术设施灵活、可重复利用。磁化分离水体净化技术设施占地面积小，投资省，运行费用低，建设工程期短，应急响应快，机动灵活。此技术采用集装箱组装模式，可将成套设备运至处理场所，接上相应管道即可运行。设备调试期短，见效快。同时，待周边长效的污水收集、处理设施完善后，装置可移往他处发挥作用。
(5）污泥处置难、溶解性污染物去除低。物化反应产生的污泥量较大，污泥处置费用较高；对溶解性污染物（如BOD5、氨氮等）去除效果较差。
综上，磁化分离水体净化技术宜作为临时性的应急污水处理措施，在河流水环境整治过程中，适宜处理集中排放污水，缓解黑臭现象，控制入河污染负荷。
3.3 适用性分析
(1）可以快速缓解河流黑臭、改善河道水体环境。深圳西部沿海部分河流片区截污、治污等基础设施建设滞后，造成大量污水入河，现状水体黑臭，严重影响了两岸居民的生活质量和居住环境。周边居民迫切期待河道的水环境能够得到改善，采用雨污分流、沿河截污、正本清源等工程实施受征地拆迁、建设规划、区域地理条件等因素制约，近期内难以实施。为尽快改善污染河流两岸居民的生活质量和居住环境，对此类河流集中污水采取临时应急处理措施是必要可行的。
(2）有利于解决污水处理厂网不配套、漏排污水难以进厂处理的问题。由于部分市政配套管网建设滞后，部分区域河流漏排污水无法截入管网转输至污水处理厂处理，在近期配套管网无法完善的情况下，可利用磁化分离水体净化技术应急处理措施处理集中排放污水，快速改善河流水质。在下游已综合整治或正在开展水质改善工程的前提下，采用临时应急处理措施处理上游污水，出水可回补至下游河道，并可减少对污水处理厂的冲击负荷。
(3）有利于消减入海污染物总量、提高近岸海水水质。深圳西部沿海区域地势低洼，河流均具感潮特性，并建有挡潮闸。目前，深圳西部大空港片区水系规划尚未落地，近期内截污治污工程尚未启动，可通过磁化分离水体净化技术对此类片区河流入海前集中处理，消减入海污染物总量，改善珠江口近岸海水水质。
(4）有利于消减入库污染、保障饮用水源水质。深圳主要饮水水库中，深圳水库、西丽水库、铁岗水库及石岩水库入库河流目前均设置了相应的强化治污措施（截排隧洞、湿地、人工快渗或前置库），但仍有部分入库河流受地理位置等因素制约，无法完全截排。磁化分离水体净化技术，可作为处理此类入库污水的临时工程，辅以生态湿地或雨水花园设施对出水进行深度净化，消减入库污染物，使其成为饮水水源水库保护防线。
3.4 投资分析
鉴于磁化分离水体净化技术在河流水环境治理中主要为临时应急措施，根据其工艺特点，此类工程投资模式可分为两种：
模式一：由设备厂家自行提供设备，并按处理水量收取相应的处理费用的模式；无需设备投资费用，与厂家约定吨水处理费用，只计算运行费用。
模式二：由业主购买成套设备，委托相应运营单位管理运行的模式。
4 结语
(1）磁化分离水体净化技术作为一级强化处理工艺，主要去除污染物为SS及TP，对COD有一定的去除效果；可提高排水透明度，降低臭味，提高感官效果，有效控制排入水体的污染负荷。
(2）磁化分离水体净化设施占地面积小、建设工程期短，应急响应快，设备调试期短，机动灵活的优势，适宜作为临时性的应急污水处理措施，处理集中排放污水。
(3）磁化分离水体净化设施产生的污泥量较大，污泥处置费用相对较高，该工艺对溶解性污染物（如BOD、氨氮等）去除效果不明显。
(4）磁化分离水体净化技术对污水漏排口较集中的河道水环境治理有效，但对于沿河排放口较多的河道效果不佳。
(5）该装置安装位置需有完备的水电供应条件。
(6）鉴于深圳市西部沿海片区水环境状况复杂，若采用磁化分离水体净化技术，建议运营费用与处理水量、出水达标情况挂钩。；建议在采用此类设备之前，运营方应提供所产污泥弃置方案，并做出相关承诺，避免二次污染情况发生；建议在采用此类设备之前，应做好排放口水量及水质测量或检测，应落实设备放置位置及相应的水电条件。
参考文献
[1]深圳市宝安区西部海湾水系河流水环境临时应急工程方案设计.深圳市水务规划设计院:2014.
[2]王军,陈卫东,贾绍义,等.磁化技术在化工领域中的应用[J].化学工业与工程,2000,17(3):177-183.
[3]朱元保,颜流水,曹祉祥,等.磁化水的物理化学性质[J].湖南大学学报(自然科学版),1999,26(1):21-25.
