一、压缩空气的污染源
【压缩机网】（1）大气。有报告显示，每立方米空气中含有一亿四千万个悬浮粒子，其中80%以上的粒子直径小于2um。其中还包括0.3～5um的各种细菌，0.04um的噬菌体和0.01um的病毒。这样的空气被抽入空压机并加以压缩，其浓度会迅速提高数倍。有人以为空气被压缩后，温度往往高达100℃以上，可将大部分细菌杀死。其实不然，通常干法灭菌温度为162℃，时间至少需2h。而空气通过空压机的速度，可能只有千分之几秒，不足以杀死细菌。
（2）空压机的油污染。不同形式的压缩机所带出的油含量有很大的差异。活塞式压缩机：新机25ppm（1ppm=10-6,下同），运转一年以上可达50～150ppm；螺杆式压缩机：新机2～10ppm，运转一年以上可达100ppm；转子式压缩机：新机5ppm，运转一年以上可达50～150ppm；无油压缩机：新机0.05～1ppm。无油压缩机由于其结构的原因，实际上不是真正无油，而是少油。压缩空气中所含的油呈现三种状态：油滴（2～5um）、油雾(0.1～0.3um)、油气（0.01～0.1um）。压缩空气中油含量通常应保证低于0.01ppm。
（3）凝结水的污染。不饱和的并具有一定湿度的大气，经压缩后因过饱和而凝结成水滴，并经过一段距离的输送，温度下降，凝结水更会大量生成。在压缩空气输送过程中，管道内一旦接触水分或油污，就会因腐蚀而生锈和污染。
压缩空气的预过滤，可有效滤除空气中大量的细微悬浮粒子，具有收集液滴水油并不断排除的能力。其结构坚固防腐，安装操作方便且安全，压力降小、使用寿命长。
二、膜过滤技术
膜分离是利用特殊制造并具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行过滤、分离、提纯、浓缩的一种分离方法。推动力常见的有压力差、电位差、浓度差。在压缩空气领域，以压力为驱动力的膜分离过程为主，主要有反渗透、纳滤、超滤、微滤等膜过程。其主要特性分别如下：
（1）微滤
过滤精度0.02～10um，绝对过滤，可分离胶体和悬浮粒子等。用于低压（≤0.3MPa）条件下的过滤，如空气净化、压缩空气净化、氮气净化，发酵用无菌空气的过滤，纯净水的制造，输液、注射液等生物用剂的过滤。
（2）超滤
过滤精度0.001～0.1um或分子量1000～50000，非绝对过滤。能阻截蛋白质，适用于中压（0.3～1MPa）条件下的过滤，如疫苗、核酸、蛋白质等物质的浓缩、分离和精制，无菌水的制造。
（3）反渗透
过滤精度0.0001～0.001μm或分子量50～1000，非绝对过滤。能阻截蛋白质、糖和盐的分子。适用于高压（1MPa左右）条件下的过滤，如药液、发酵液和抗生素浓缩，热原去除，超纯水的制造。
（4）纳滤
过滤精度0.001～0.01μm或分子量200～1000，非绝对过滤。能截留通过超滤膜的溶质，如盐类，而通过的盐类可被反渗透膜截留。适用于海水淡化，超纯水，多糖、乳酸、发酵液和抗生素浓缩。
三、膜材料分类和应用
1、分类
1)按材料分类：有天然膜、生物膜、天然物质改性或再生而成的合成膜、无机膜、高分子聚合物膜。
2)按膜的结构分类：多孔膜、微孔膜、大孔膜；非多孔膜、无机膜、聚合物膜、结晶型膜、无定型膜、液膜。
3)按膜的用途分类：气相系统用膜、气液系统用膜、液液系统用膜、气固系统用膜、液固系统用膜、固固系统用膜。
4)按膜的作用机理分类：吸附性多孔膜、反应膜、扩散性聚合膜、金属膜、玻璃膜、阴阳离子交换树脂膜，加热处理的微孔玻璃膜、过滤型微孔膜。
2、膜材料
膜材料应具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性能。用于压缩空气，过滤膜最好有亲水性和很好的疏水性，高水通量和抗污染能力。常见为高分子膜聚合物，有纤维素类、聚酰胺类（尼龙）、聚酯类（涤纶）、含硅聚合物、含氟聚合物；无机膜中以各类金属及其合金膜为主的致密膜，常见有金属钯膜、金属银膜等。以氧化物为主的致密膜，主要由钙钛矿型氧化膜、三氧化二铝、氢氧化锆膜等。多孔膜孔径范围可分为三类：孔径大于50nm的为粗孔膜，孔径介于2～50nm的为过渡孔膜，孔径小于2nm的为微孔膜。压缩空气过滤使用的大多是无机多孔膜，主要由三层结构构成：多孔载体、过渡层和活性分离层。多孔载体的孔径一般为10～15um，过渡层的孔径在0.2～5um之间，分离层的孔径为4～5um，厚度一般为0.5～10um。
3、压缩空气使用的膜组件结构特点
常见压缩空气膜组件主要有圆筒式、卷绕式、中空纤维式。膜组件具有：流体流动速率均匀、良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性，高装填密度、低制造成本，组件更换方便易于维护，压力损失小，能耗低。
四、膜分离的一些基本概念
4.1微滤（MF）
一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.02～10um，具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质，微过滤技术属于一种精密过滤技术。根据微孔的形态不同，微滤膜可分为弯曲孔膜和柱状孔膜。弯曲孔膜的微孔结构为交错连接的曲线孔道的网络，柱状孔膜的微孔结构几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构。弯曲孔膜因其微孔的网络结构，其孔隙率较高，一般为35%～90%，而柱状孔膜的孔隙率较低，一般小于10%，但由于柱状孔膜的膜厚通常在15μm以下，较通常的弯曲孔膜小，因此膜的通量还是可观的。微滤膜的另一个重要指标为孔径分布，膜的孔径可以用标称孔径或绝对孔径来表征。绝对孔径表明等于或大于该孔径的粒子或大分子均会被截留，而标称值则表示该尺寸的粒子或大分子以一定的比例（95%或98%）被截留。压缩空气杂质粒子的捕捉，采用直接碰撞、惯性碰撞、布朗运动三种不同的机理。对压缩空气三大污染源的过滤就是这三种机理综合应用。常见过滤器有：玻璃纤维空气过滤器、高流量空气过滤器等。
a)玻璃纤维空气过滤器 以玻璃纤维作滤材的过滤器。采用直径0.5μm、厚度1000μm的玻璃纤维滤材制作，不但能捕捉细菌和噬菌体，而且因其纤维只占滤材体积的6%，而具有94%的过滤空间，所以是一种流量大、压降低的薄膜过滤器。其过滤元件是用两层不锈钢冲孔网，两层粗玻璃纤维无纺布，一层玻璃纤维滤材，制成圆筒形的滤芯，底部接口采用两道O形密封圈。
b)高流量空气过滤器 随着工业的发展和储气容量的增大，气体过滤流量也相应增大，需要加大过滤面积和单支滤芯的过滤流量，并进一步降低压力降。因此，需要开发折叠式结构（因玻璃纤维滤材不能折叠）的新型滤材，例如聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯等新型滤材。
c)涂覆四氟乙烯的空气过滤器 高流量BIO-X空气过滤器是由英国DomnickHunter公司制成的最新一代空气过滤器，并开始投入使用。它采用新开发的涂覆聚四氟乙烯的玻璃纤维滤材，将BIO-X玻璃纤维滤材的高流量、低压降和聚四氟乙烯薄膜的可折叠性、抗腐蚀性能相结合，取得了较好的过滤效果。
4.2超滤（UF）
超滤所分离的组分直径为0.005～10μm，一般为分子量大于500的大分子和胶体。所采用的操作压力较小，一般为0.1～0.5MPa，通常使用非对称膜，膜的水透过率为0.5～5.0m3/（m2·d）。超滤膜为不对称结构膜，可分为两层，一层是超薄活化层，约0.25μm厚，孔径为5.0～20.0nm，对溶质的分离起主要作用；另一层是多孔层，75～125μm厚，孔径约为0.4μm，具有很高的透水性，主要起支撑作用。超滤膜的分离特性是指膜的透水通量和截留率。超滤膜的主要种类：无机超滤膜（无机陶瓷、氧化铝、多孔玻璃等）。
超滤装置主要膜组件有板框式、管式、螺旋式、毛细管式及中空纤维式等。
4.3纳滤（NF）
作为一种新型分离技术，纳滤膜在其分离应用中表现出下列两个显著特征：一个是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为200～2000；另一个是纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所构成，对离子有静电相互作用。从结构上来看，纳滤膜大多是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据其第一个特征，推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故称为“纳滤”。纳滤膜组件的主要形式有卷式、中空纤维式、管式及板框式等。
4.4反渗透（RO）
反渗透（RO）广泛地被应用于溶液中一种或几种组分的分离。主要应用领域有海水和苦咸水的淡化，纯水和超纯水的制备，饮用水的净化，医药、化工和食品等工业料液处理与浓缩，以及废水处理。反渗透，顾名思义就是与自然渗透相反的一种渗透。在浓液一边加上比自然渗透更高的压力，从而扭转自然渗透的方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边（稀溶液中），这样就产生了与自然渗透相反的过程，因此称为反渗透。反渗透过程必须具备两个条件，即具有高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择性半透膜；操作压力必须高于溶液的渗透压。
4.5气体膜（GP）渗透
是利用特殊制造的膜与原料气接触，在膜两侧压力差驱动下，气体分子透过膜的现象。由于不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的气体在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体则在原料侧富集。气体膜分离正是利用分子的渗透速率差，使不同气体在膜两侧富集实现分离的。气体分离的方法主要有深冷分离法、吸附分离法等。
A）深冷分离法是把气体经压缩、冷却后，利用气体的沸点差进行蒸馏，对不分离气体回收，其特点是产品气纯度高，冷冻干燥机气水分离就是其典型代表。
b）吸附分离法是利用吸附剂只吸附特定气体的性质对不同气体进行分离。根据对吸附气体的解吸方式不同，吸附分离又分为变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）。其中变压吸附的吸附-解吸循环周期短，装置可以小型化，而且操作能耗也不高，吸附式干燥塔分离手段就是其典型代表。
总之，膜过滤技术是工业向纵深化发展、向精密化发展一种必备手段，应用其基本原理来服务于工业生产的各个领域，掌握它和利用它是支撑制造业发展一项重要方式。
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一、压缩空气的污染源
【压缩机网】（1）大气。有报告显示，每立方米空气中含有一亿四千万个悬浮粒子，其中80%以上的粒子直径小于2um。其中还包括0.3～5um的各种细菌，0.04um的噬菌体和0.01um的病毒。这样的空气被抽入空压机并加以压缩，其浓度会迅速提高数倍。有人以为空气被压缩后，温度往往高达100℃以上，可将大部分细菌杀死。其实不然，通常干法灭菌温度为162℃，时间至少需2h。而空气通过空压机的速度，可能只有千分之几秒，不足以杀死细菌。
（2）空压机的油污染。不同形式的压缩机所带出的油含量有很大的差异。活塞式压缩机：新机25ppm（1ppm=10-6,下同），运转一年以上可达50～150ppm；螺杆式压缩机：新机2～10ppm，运转一年以上可达100ppm；转子式压缩机：新机5ppm，运转一年以上可达50～150ppm；无油压缩机：新机0.05～1ppm。无油压缩机由于其结构的原因，实际上不是真正无油，而是少油。压缩空气中所含的油呈现三种状态：油滴（2～5um）、油雾(0.1～0.3um)、油气（0.01～0.1um）。压缩空气中油含量通常应保证低于0.01ppm。
（3）凝结水的污染。不饱和的并具有一定湿度的大气，经压缩后因过饱和而凝结成水滴，并经过一段距离的输送，温度下降，凝结水更会大量生成。在压缩空气输送过程中，管道内一旦接触水分或油污，就会因腐蚀而生锈和污染。
压缩空气的预过滤，可有效滤除空气中大量的细微悬浮粒子，具有收集液滴水油并不断排除的能力。其结构坚固防腐，安装操作方便且安全，压力降小、使用寿命长。
二、膜过滤技术
膜分离是利用特殊制造并具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行过滤、分离、提纯、浓缩的一种分离方法。推动力常见的有压力差、电位差、浓度差。在压缩空气领域，以压力为驱动力的膜分离过程为主，主要有反渗透、纳滤、超滤、微滤等膜过程。其主要特性分别如下：
（1）微滤
过滤精度0.02～10um，绝对过滤，可分离胶体和悬浮粒子等。用于低压（≤0.3MPa）条件下的过滤，如空气净化、压缩空气净化、氮气净化，发酵用无菌空气的过滤，纯净水的制造，输液、注射液等生物用剂的过滤。
（2）超滤
过滤精度0.001～0.1um或分子量1000～50000，非绝对过滤。能阻截蛋白质，适用于中压（0.3～1MPa）条件下的过滤，如疫苗、核酸、蛋白质等物质的浓缩、分离和精制，无菌水的制造。
（3）反渗透
过滤精度0.0001～0.001μm或分子量50～1000，非绝对过滤。能阻截蛋白质、糖和盐的分子。适用于高压（1MPa左右）条件下的过滤，如药液、发酵液和抗生素浓缩，热原去除，超纯水的制造。
（4）纳滤
过滤精度0.001～0.01μm或分子量200～1000，非绝对过滤。能截留通过超滤膜的溶质，如盐类，而通过的盐类可被反渗透膜截留。适用于海水淡化，超纯水，多糖、乳酸、发酵液和抗生素浓缩。
三、膜材料分类和应用
1、分类
1)按材料分类：有天然膜、生物膜、天然物质改性或再生而成的合成膜、无机膜、高分子聚合物膜。
2)按膜的结构分类：多孔膜、微孔膜、大孔膜；非多孔膜、无机膜、聚合物膜、结晶型膜、无定型膜、液膜。
3)按膜的用途分类：气相系统用膜、气液系统用膜、液液系统用膜、气固系统用膜、液固系统用膜、固固系统用膜。
4)按膜的作用机理分类：吸附性多孔膜、反应膜、扩散性聚合膜、金属膜、玻璃膜、阴阳离子交换树脂膜，加热处理的微孔玻璃膜、过滤型微孔膜。
2、膜材料
膜材料应具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性能。用于压缩空气，过滤膜最好有亲水性和很好的疏水性，高水通量和抗污染能力。常见为高分子膜聚合物，有纤维素类、聚酰胺类（尼龙）、聚酯类（涤纶）、含硅聚合物、含氟聚合物；无机膜中以各类金属及其合金膜为主的致密膜，常见有金属钯膜、金属银膜等。以氧化物为主的致密膜，主要由钙钛矿型氧化膜、三氧化二铝、氢氧化锆膜等。多孔膜孔径范围可分为三类：孔径大于50nm的为粗孔膜，孔径介于2～50nm的为过渡孔膜，孔径小于2nm的为微孔膜。压缩空气过滤使用的大多是无机多孔膜，主要由三层结构构成：多孔载体、过渡层和活性分离层。多孔载体的孔径一般为10～15um，过渡层的孔径在0.2～5um之间，分离层的孔径为4～5um，厚度一般为0.5～10um。
3、压缩空气使用的膜组件结构特点
常见压缩空气膜组件主要有圆筒式、卷绕式、中空纤维式。膜组件具有：流体流动速率均匀、良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性，高装填密度、低制造成本，组件更换方便易于维护，压力损失小，能耗低。
四、膜分离的一些基本概念
4.1微滤（MF）
一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.02～10um，具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质，微过滤技术属于一种精密过滤技术。根据微孔的形态不同，微滤膜可分为弯曲孔膜和柱状孔膜。弯曲孔膜的微孔结构为交错连接的曲线孔道的网络，柱状孔膜的微孔结构几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构。弯曲孔膜因其微孔的网络结构，其孔隙率较高，一般为35%～90%，而柱状孔膜的孔隙率较低，一般小于10%，但由于柱状孔膜的膜厚通常在15μm以下，较通常的弯曲孔膜小，因此膜的通量还是可观的。微滤膜的另一个重要指标为孔径分布，膜的孔径可以用标称孔径或绝对孔径来表征。绝对孔径表明等于或大于该孔径的粒子或大分子均会被截留，而标称值则表示该尺寸的粒子或大分子以一定的比例（95%或98%）被截留。压缩空气杂质粒子的捕捉，采用直接碰撞、惯性碰撞、布朗运动三种不同的机理。对压缩空气三大污染源的过滤就是这三种机理综合应用。常见过滤器有：玻璃纤维空气过滤器、高流量空气过滤器等。
a)玻璃纤维空气过滤器 以玻璃纤维作滤材的过滤器。采用直径0.5μm、厚度1000μm的玻璃纤维滤材制作，不但能捕捉细菌和噬菌体，而且因其纤维只占滤材体积的6%，而具有94%的过滤空间，所以是一种流量大、压降低的薄膜过滤器。其过滤元件是用两层不锈钢冲孔网，两层粗玻璃纤维无纺布，一层玻璃纤维滤材，制成圆筒形的滤芯，底部接口采用两道O形密封圈。
b)高流量空气过滤器 随着工业的发展和储气容量的增大，气体过滤流量也相应增大，需要加大过滤面积和单支滤芯的过滤流量，并进一步降低压力降。因此，需要开发折叠式结构（因玻璃纤维滤材不能折叠）的新型滤材，例如聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯等新型滤材。
c)涂覆四氟乙烯的空气过滤器 高流量BIO-X空气过滤器是由英国DomnickHunter公司制成的最新一代空气过滤器，并开始投入使用。它采用新开发的涂覆聚四氟乙烯的玻璃纤维滤材，将BIO-X玻璃纤维滤材的高流量、低压降和聚四氟乙烯薄膜的可折叠性、抗腐蚀性能相结合，取得了较好的过滤效果。
4.2超滤（UF）
超滤所分离的组分直径为0.005～10μm，一般为分子量大于500的大分子和胶体。所采用的操作压力较小，一般为0.1～0.5MPa，通常使用非对称膜，膜的水透过率为0.5～5.0m3/（m2·d）。超滤膜为不对称结构膜，可分为两层，一层是超薄活化层，约0.25μm厚，孔径为5.0～20.0nm，对溶质的分离起主要作用；另一层是多孔层，75～125μm厚，孔径约为0.4μm，具有很高的透水性，主要起支撑作用。超滤膜的分离特性是指膜的透水通量和截留率。超滤膜的主要种类：无机超滤膜（无机陶瓷、氧化铝、多孔玻璃等）。
超滤装置主要膜组件有板框式、管式、螺旋式、毛细管式及中空纤维式等。
4.3纳滤（NF）
作为一种新型分离技术，纳滤膜在其分离应用中表现出下列两个显著特征：一个是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为200～2000；另一个是纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所构成，对离子有静电相互作用。从结构上来看，纳滤膜大多是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据其第一个特征，推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故称为“纳滤”。纳滤膜组件的主要形式有卷式、中空纤维式、管式及板框式等。
4.4反渗透（RO）
反渗透（RO）广泛地被应用于溶液中一种或几种组分的分离。主要应用领域有海水和苦咸水的淡化，纯水和超纯水的制备，饮用水的净化，医药、化工和食品等工业料液处理与浓缩，以及废水处理。反渗透，顾名思义就是与自然渗透相反的一种渗透。在浓液一边加上比自然渗透更高的压力，从而扭转自然渗透的方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边（稀溶液中），这样就产生了与自然渗透相反的过程，因此称为反渗透。反渗透过程必须具备两个条件，即具有高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择性半透膜；操作压力必须高于溶液的渗透压。
4.5气体膜（GP）渗透
是利用特殊制造的膜与原料气接触，在膜两侧压力差驱动下，气体分子透过膜的现象。由于不同气体分子透过膜的速率不同，渗透速率快的气体在渗透侧富集，而渗透速率慢的气体则在原料侧富集。气体膜分离正是利用分子的渗透速率差，使不同气体在膜两侧富集实现分离的。气体分离的方法主要有深冷分离法、吸附分离法等。
A）深冷分离法是把气体经压缩、冷却后，利用气体的沸点差进行蒸馏，对不分离气体回收，其特点是产品气纯度高，冷冻干燥机气水分离就是其典型代表。
b）吸附分离法是利用吸附剂只吸附特定气体的性质对不同气体进行分离。根据对吸附气体的解吸方式不同，吸附分离又分为变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）。其中变压吸附的吸附-解吸循环周期短，装置可以小型化，而且操作能耗也不高，吸附式干燥塔分离手段就是其典型代表。
总之，膜过滤技术是工业向纵深化发展、向精密化发展一种必备手段，应用其基本原理来服务于工业生产的各个领域，掌握它和利用它是支撑制造业发展一项重要方式。
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