微滤分离工程

微滤•定义•原理•微滤膜•应用•前景Contents·一.微滤定义Microfiltration，MF，又称微孔过滤，它属于精密过滤，一般精度范围为0.1微米以上，能够过滤微米（micron）级的微粒和细菌，能够截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及大分子溶质都能透过的膜的分离过程。微滤与反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）均属于压力驱动型膜分离技术，而且在反渗透（RO）、超滤（UF）和微滤（MF）三种主要的膜分离技术中，以微滤的应用最为广泛。水分子反渗透，0.1nm-1nm盐，金属离子，矿物质纳滤，0.5nm-5nm糖，染料，表面活性剂，矿物质超滤，5nm-50nm乳化油，颜料，胶体微滤，0.1-10um细菌，悬浮物压力驱动膜(PDM)原理图筛分过程，操作压力一般在0.07-0.7MPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料包括：折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器等。通过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜（微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.1～100μm，膜厚120～150微米），利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜从而被去除。决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。二.微滤膜过滤原理MF分离机理可分两大类：（1）膜表面层截留：又分有①机械截留（筛分截留),指MF膜将尺寸大于其孔径的微粒等杂质截留；②吸附截留，指MF膜将尺寸小于其孔径的微粒通过物理或化学作用吸附而截留；③架桥截留，指固体颗粒在膜的微孔入口因架桥作用而被截留。（2）膜内部截留（也称为网络截留），这种截留发生在膜的内部，往往是由于膜孔的曲折而形成。微滤膜过滤方式图8错流过滤终端过滤9两种微滤过程的通量与滤饼厚度随时间的变化关系终端过滤错流过滤微滤膜种类按膜形式来分：平板膜、中空纤维式、熔喷式（PP棉）、线绕式、折叠微滤膜按膜材料来分：有机膜（PP、PVC、PVDF、PES等）、无机膜（陶瓷膜、氧化铝膜）熔喷PP棉相对于聚合物材料，无机膜材料有其显著的三大特点，热稳定性、化学稳定性和机械强度。即可据实际需求选择所要的无机膜材料：玻璃、金属、陶瓷、炭和沸石及其他廉价无机物等。无机材料的化学稳定性也很突出，通常适用于任何pH范围和有机溶剂，也不会产生微生物引起的生化降解等。无机材料大多硬而脆，可承受高压和自支撑。平板膜中空纤维无机陶瓷膜三.微滤膜对于MF膜，比较公认的有两种结构，一种称为“筛分”膜(screenmembranes)，它拥有几乎完美的圆柱形孔，这些孔或多或少与膜表面垂直并随机分散。用核刻蚀法制备的PC膜即属该类。另一种是“深层”膜(depthmembranes)，其孔是弯曲不规则的，膜的表面也很粗糙，一部分孔的路径与膜表面是平行的。通常的商品PVC、PVDF、PTFE、CA、PES和PP等材质膜即属该类。筛分膜深层膜(a)Screenfiltration(b)Depthfiltration膜结构MF的特点与深层过滤介质如硅藻土、沙、无纺布相比，MF膜有以下几个特点：①属于绝对过滤介质②孔径均匀，过滤精度高③厚度薄，吸附量小。MF膜的厚度一般为10~200μm。④通量大。由于MF膜的孔隙率高，因此在同等过滤精度下，流体的过滤速度比常规过滤介质高几十倍。⑤无介质脱落，不产生二次污染。⑥颗粒容纳量小，易堵塞。微孔膜的缺点①颗粒容量较小，易被堵塞；②使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。四.膜污染定义由于与膜存在物化作用或机械作用，进料中的微粒、胶体或溶质在膜表面或孔内发生吸附、凝聚和沉积，使膜孔径变窄或堵塞，其透过通量和分离性能也有不可逆的变化，这一现象谓之膜污染。膜污染的影响因素1．膜的物化性质•膜的亲水性和表面张力亲水性好的膜，膜表面与水成氢键，不疏水溶质接近膜表面时，要打破这一氢键结合，这需能量，膜耐污染；而疏水膜表面无氢键形成，疏水溶质接近膜表面时，挤开水是一熵增大过程，易进行，则膜易被污染。•膜的荷电性荷电膜处理同离子溶质的料液，由于荷电排斥，也不易污染。2．膜的结构•对称结构的膜耐污染不如相同孔径的不对称膜；•两面双皮层的膜耐污染不如相同孔径的单皮层的膜；•膜孔径分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；•表面光滑的膜耐污染性好。3．进料的组成和性质•进料会与膜有相互作用：•静电作用：膜表面电荷与溶液中荷电介质相同时，相互排斥，膜不易被污染；反之则易被污染；•范氏压力：溶质和膜亲水，则之间吸引力弱，溶质不易污染膜；•其他：进料浓度，温度，pH，离子强度，溶质分子大小和形状等。膜污染的控制据影响污染的因素，相应的控制污染的方法如下：•膜材料的选择、注意材料的亲水性和荷电性等；•选择合适结构的膜，包括膜的对称性，皮层结构，孔径大小及其分布，膜表面粗糙度等；•选择合适的膜组件，合适的操作参数（如压力，流速，回收率等）；•选择合适的进料的浓度，pH，温度，离子强度等。膜的清洗膜清洗必要性和注意事项•必要性：消除污染物，使水通量恢复，使膜寿命延长，能耗降低等。•注意事项：•1)膜的物化特性，如耐温，耐酸、碱，耐氧化性等；•2)污染物特性，如种类，可溶解性，可氧化性，可酶解性等。五.微滤的应用原水絮凝沉淀砂、无烟煤过滤加氯消毒杀菌预过滤RO阳床阴床阴阳混床MF用户电子工业超纯水制备流程1.电子工业微滤在电子工业纯水制备中主要有两方面的作用：第一，在反渗透或电渗析前作为保安过滤器，用以去除细小的悬浮物；第二，在阴、阳或混合交换柱后，作为最后一级终端过滤手段，滤除树脂碎片或细菌等杂质。PP棉滤芯增压泵前置活性炭滤芯后置活性炭滤芯反渗透滤芯压力罐鹅颈龙头高压开关单向快接双进水电磁阀自来水进口废水出口废水比电磁阀在家庭生活中的应用由于我国城市自来水供给系统在输送过程中的不完善，我们日常饮用的自来水往往存在着二次污染的问题，这对我们的人身健康带灰很大的隐患。采用MF技术制造的家用净水器，通过MF膜的过滤不仅能有效去除水中的铁锈、泥沙等肉眼可见物，还能截留住水中的细菌、大肠杆菌等。微滤技术PP棉颗粒活性炭烧秸活性炭2.食品、饮料工业食品、酿酒业、麦芽酿造及软饮料工业的生产过程需要大量水并产生大量的废水，最近几年最明显的趋势是重视啤酒生产废水的再利用。对于不涉及啤酒生产过程的清洁用水使用情况，使用砂滤已足以将大量的悬浮物去除，但作为瓶装冲洗水以及在生产过程中涉及原料的用水必须保证合格的水质，经厌氧生物处理后的出水再经过连续微滤处理和消毒即可回用，可有效地脱除酿造行业中的酵母、霉菌以及其他微生物，得到的滤过液清澈、透明、保质期长，这是一个经济有效的解决方案，可实现零排放。原料糖化发酵后发酵硅藻土过滤膜过滤Ⅰ缓冲罐膜过滤Ⅱ罐装鲜生啤酒生产中膜过滤流程4.油田采出水处理国内大部分油井采出的表层原油大都是油水共存的，经油水分离后，采出水要回灌到地层深处，以防地壳下沉。采用聚丙烯中空纤维微滤装置作为终端装置，其出口水可完全达到回灌要求。3.医药卫生在医药行业，微滤的作用主要是分离病毒、细菌、胶体及悬浮微粒，以分离溶液中大于0.05um的微细粒子为特征，切割分子量值大于100万。在水精制、药物中细菌和微粒的去除、生物和微生物的检测、化验以及医学的诊断的方面，微滤都显示出其独特的功效，因此它的应用范围十分广泛。微滤技术是膜分离过程中应用最广的一种，它具有精密性高、经济价值大的特点。目前，微滤技术主要用于制药工业的除菌过滤、电子工业集成电路生产所用水、气、试剂的纯化过滤及超纯水生产的终端过滤，而城市污水处理、反渗透脱盐的预处理及废水处理是微滤技术应用的两大潜力市场。从微滤技术发展的历程和趋势可以看出微滤技术总体上发展前景较好，但就局部及其应用的某一些领域来说，微滤技术尚存在一些问题如明胶和葡萄糖澄清中，微滤技术应用存在黏度高的问题，它在白酒澄清中存在膜污染等问题。概括地说，微滤技术在各行业的应用中存在的问题主要有：一是技术问题；二是经济问题。技术问题是指微滤技术在应用过程中引发一些问题如啤酒泡沫稳定性及其风味问题，还有微滤技术在某些方面上尚未应用或推广应用；经济问题是指微滤技术在某些领域已推广应用但尚未工业化或者说微滤技术产生的经济效益没有达到应有水平。五.总结