超滤膜基本知识1

图1-1：超滤膜过滤原理超滤膜基本知识超滤膜分离技术作为二十一世纪六大高新技术之一，以其常温、低压操作、无相变、能耗低等显著特点成为一种分离过程的标准，在欧美等发达国家和地区得到了广泛的使用。国家科委对超滤膜分离技术的开发也非常重视，将超滤膜分离技术作为国家“七·五”和“八·五”的重点科技攻关项目，投入大量的资金和人力，开展专项科技攻关项目，使我国的超滤技术水平迅速提高。在《“十五”国家火炬计划重点支持的技术领域》中将超滤膜技术列为火炬计划重点支持的六大高新技术领域中重点鼓励发展的产业，进一步推进了国内超滤膜技术的发展和应用。随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，制膜成本大为降低，目前在饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药、环保等许多方面已得到广泛应用。一、超滤膜过滤原理超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的，参见图1-1。二、过滤精度：超滤过程中起分离作用的是膜丝上的多孔的致密皮层决定的，一般以致密皮层上微孔径大小和孔径的分布来衡量膜的分离透过性能：1.截留率（R0）与切割分子量（MWCO）：膜丝上微孔的形状和大小并非完全一致的，常使用截留率和切割分子量两个参数共同来衡量，截留率是指溶液中被截留的特定溶质的量所占溶液中特定溶质总量的比率。当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的切割分子量。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米之间，其对应的切割分子量约为1，000—500，000。截留率R0=（1-CP/CF）×100%其中：·R0-表示截留率；·CP-透过液特定溶质的浓度；·CF-原溶液特定溶质的浓度。2.孔径的分布：相同切割分子量的超滤膜因膜丝上孔径大小分布的不同，其分离的效果也会有所差异，超滤膜壁细菌，胶体等大分子物质膜壁上微孔原液浓缩液透过液水、水分子物质透过液原液超滤膜透过液)(90-95%浓缩液)(5-10%给水泵原液超滤膜透过液)(100%给水泵原液先从膜丝内孔进，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液为内压式过滤，如右图1-2所示：内压式过滤可以使用高压大流量的顺冲洗，使冲洗水流与膜孔成切向方向快速流过，从而可以将吸附在膜内孔表面上的污染物冲去，恢复膜的水通量。图1-2内压式过滤原液经压力差驱动沿径向由外向内渗透过中空纤维膜丝成为透过液，而截留的物质汇集在中空丝的外部时为外压式过滤。如左图1-3所示：外压式超滤膜密封在膜壳内，水流的死角多，无法使用快速直冲的方法清除膜表面附着的污染物，因而不能完全去污。图1-3外压式过滤图1-4死端过滤方式原液中的水分子全部渗透过超滤膜，没有浓缩液流出，当原液中被分离物质浓度很低时,为了降低能耗，通常采用死端过滤，或称为全量过滤，如图1-4所示：在过滤时有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉，当原液中能被膜截留的物质浓度很高时，膜的过滤阻力增长很快，此时多采用错流过滤，如图1-5所示：通常使用泡压法（即在一定的气压下测定通过膜孔的气体的流速）来测定超滤膜的孔径的分布。超滤膜上的孔径大小应均匀一致，孔径分布曲线窄，截留性能敏锐，选择性好。三、超滤膜的过滤方式一个中空纤维超滤膜组件主要是由成百到上千根中空纤维丝和膜壳两部分组成，一般将中空纤维内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，因此不易被大颗粒物质堵塞，更适用于过滤原液浓度较大的场合。1.内压与外压式过滤：（1）内压式过滤：（2）外压式过滤:2．死端过滤与错流过滤：（1）死端过滤：（2）错流过滤：原液浓缩液透过液中空超滤膜丝膜壳环氧树脂端封透过液透过液原液中空超滤膜丝膜壳环氧树脂端封图1-5错流过滤方式四、主要的膜分离过程及功能:膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质微滤多孔膜,溶液的微滤、脱微粒子压力差水，溶剂和溶解物悬浮物，细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶体，细菌，各类大分子压力差水、溶剂，离子和小分子蛋白质，各类酶，细菌，病毒，乳胶，微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水，溶剂无机盐、糖类，氨基酸、BOD、COD等电渗析脱除溶剂中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶剂中的低分子及溶剂间的分离压力、浓度差蒸汽液体，无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体五、超滤膜分离技术具备以下显著特点：相对于反渗透膜和气体分离膜等其它膜分离技术，超滤的分离过程具有以下几个显著特点：1、在常温和低压下进行分离，因而能耗低，从而使设备的运行费用低。2、设备体积小，结构简单，故投资费用低。3、超滤分离过程只是简单的加压（可利用水压）输送液体，工艺流程简单，易于操作、维护、管理。4、超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不产生质变，不会有化学反应带来的残留物污染，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，因此没有二次污染之忧。保证超滤液的纯净。5、水通量大，过滤精度高，水的利用率高。6、单位成本低，运行费用低。以上特点决定了超滤膜的的应用非常广泛，从普通家用饮水的净化到高新技术领域都有大规模的应用，因而超滤膜分离技术是一种具有广阔发展前景的膜法分离技术。六、目标应用领域：综上所述，在食品饮料、生物工程、医药工业中、金属加工业、废水处理等领域，进一步详细了解其工艺流程及过滤效果的参数要求。对过滤特性的要求，既而确定相关技术参数的超滤膜。