杨伟
伊犁川宁生物技术股份有限公司 新疆伊犁 835000
摘要：近年来，中国生物化工发展迅速，生物化工需求增大，为满足这一需求，膜分离技术得到广泛应用。在经过不断的探索、实践后，应用膜分离技术在生物化工的应用已相对成熟。文章对膜分离技术做了简要分析，就如何应用膜分离技术开展生物化工做了具体的探究。
关键词：膜分离技术；应用；发展
1生物化工产业特点分析
生物化工产业的技术支持，来自生物科学与生物化工。生物化工产业逐渐进行规模化的协同发展模式，其产业自身的结构日趋优化升级，并已展现出了向集群化方向发展的趋势。各个生物化工产业在某一指定的区域进行协同发展，并根据其各自不同的情况，进行组织与合作的发展模式，就是生物化工产业的集群发展模式。产业集群不是由大量企业组成的集群，而是利用网络关系所形成的具有空间特征的集群，可以保证我国生物产业资源的更好配置。从产业结构上来分析，我国生化产业涉及领域广，产业间合作日益增多，产业分化程度降低。由于产业间的持续整合，生物化工企业自身的可用资源得到更为有效的利用，老旧的企业发展模式随之被打破。在先进科技的影响下，生物化工产品的结构趋于完善和专业化，科技含量不断提高，使工业产品的市场价值越来越高，为人们提供了更多的优质产品。生物化工产业的生产技术创新，如生化反应过程的不断优化、产品类型的不断丰富，在行业内形成了完整的循环体系。
2膜分离
在科学技术的推动下，膜的种类变得日益繁多以适应工业生产需求，其中具有代表性的有：高分子膜、液体膜、无机陶瓷膜和金属膜等。在膜分离技术中，常采用的方法包括：超滤（Ultra－Filtration，UF）、微滤（Micro－Filtration，MF）、纳滤（Nano－Filtration，NF）、反渗透（Reverse－Osmosis，RO）。
3生物化工膜分离技术的现状
3.1高分子膜
3.1.1反渗透膜的应用现状
（1）超低压膜。超低压膜的应用优势明显，可节省电能消耗、降低相关机械部件的压力等级，从而节省材料费用。近些年来应用比例较大，尤其以使用101.6mm膜为主的小型装置最受欢迎。（2）低污染膜。低污染膜的出现可以延长膜的使用寿命、减少运行费用且易清洗，有效地提升了膜系统运行的连续性和高效性。（3）带正电荷的低压复合膜。最新研制出的表面带正电荷的低压复合膜，可应用于制备高电阻率的高纯水系统。例如在国内一些制药厂的5~20t/h规模的两级反渗透系统中实现了反渗透产水电阻率为1~4MΩ。（4）耐高温、食品级、卫生级反渗透膜。在一些特殊场合，例如高温杀菌环境下，必须使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。在一些卫生条件苛刻的环境下，例如食品加工环境，则需使用特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜。
3.1.2纳滤膜及其应用现状
对纳滤膜的研制与应用比较晚，直到最近几年，对纳滤膜的研究与开发才开始进入白热化。然而，目前，学术界对纳滤膜机理和特征的认知还不充分，对其定义暂时理解为是介于反渗透膜和超滤膜之间，膜表面分离皮层可能具有纳米级微孔结构，且由于其特殊结构，只能对特定的溶质具有较高的脱除率。纳滤膜应用场景非常多，常见的包括：对脱除率要求不高的单价盐；对不同价态离子，如铬离子的分离应用；对高分子质量、低分子质量有机物的分离应用。其中，对饮用水的过滤和净化是纳滤膜最大的应用领域，也是最主要的价值体现，对消毒过程产生的微毒副产物、痕量除草剂和杀虫剂的残留物、色度、重金属残渣、硫酸盐和硝酸盐等有害物质，都可以起到很好的过滤去除作用。
此外，还具有很好的稳定性、使用方便、节能环保等优点，在饮用水应用市场上非常受欢迎；对于小分子有机物的回收和净化，纳滤膜可以分离高浓度的有机物、催化剂、杀虫剂、染料、无机盐及其他微量污染物；对于工业废水处理，纳滤膜技术可高比例地回收、净化废水，极大地浓缩了重金属，方便回收利用，创造了一定的经济效益。
3.2无机膜
无机膜的发展始于20世纪40年代，是通过无机材料加工而成的一种固态膜。其应用是当前膜技术领域的一个研究开发热点。我国对无机膜的研究已长达30年，其间已研制出具有代表性的无机微滤膜、超滤膜以及金属钯膜。无机膜具有孔径分布窄、分离效率高、过滤效果稳定、化学稳定性好和耐酸、碱以及耐高温等一系列特点，抗微生物污染能力强，适用于高温消毒灭菌和生物医药领域。在工业化应用中主要集中于液相分离领域，其中的陶瓷膜可通过微滤和超滤实现液体分离，是目前市场上应用最多的无机膜。无机膜在气体分离领域的应用，体现在分离与提纯高温气体方面。例如在大规模工业化应用的实例中，用Al2O3膜分离铀同位素。与目前工业上其他应用技术相比，无机膜分离气体流程简单，使用方便快捷且可以起到更好的分离效果，其发展前景依然良好。与纳滤膜一样，无机膜在液体的分离与净化方面技术成熟，具有十分广泛的用途。基于其耐高温、耐酸碱腐蚀和可降解等优势，无机膜在废水处理、放射性污水处理、食品加工、生物医药、给水处理等方面效果显著。在待处理水量大、成分复杂且水污染严重的应用环境中，具有明显的优势。
4生物化工膜分离技术发展
首先，在当前市场，膜技术在污水处理行业推广应用面临的最重要的制约因素是较高的成本。随着膜技术研发和应用的不断推进，加上国产替代趋势愈发明显，膜材料及膜技术应用成本都趋于下降。膜材料价格不断下探，有利于拓宽膜法水处理应用范围，还可以实现膜产品在污水处理领域的大规模应用。其次，膜元件生产和研发一直是整个膜产业链技术的核心，占据利润金字塔顶端位置。目前，低端膜市场国产化程度逐步升高，但由于技术壁垒下降，竞争趋于激烈，利润率逐步下降。反观高端膜市场，由于技术差距，大部分市场份额仍然被国际品牌占领，利润率维持在较高水平。高利润必将吸引更多企业进入，膜元件生产向高端发展是大势所趋。最后，各种膜分离技术有机组合应用。对膜技术进行有机整合，充分利用其分离技术特性将是反渗透膜工程应用的一个重要发展方向。可以预见，未来各种膜分离技术将有机组合应用，实现膜组器的优化和革新。
5结语
综上所述，膜分离技术具有分析效率高、分离效果好等优势。在生物化工分析中科学合理的应用气相色谱技术，可获得真实精准的分析结果，有助于提升分析质量，推动生物化工行业健康稳定发展。但值得注意的是，膜分离技术也存在一些缺陷，应不断加强对该项技术的研究与优化，以提高生物化工分析结果的准确性、科学性。
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