超滤膜基础原理篇

超滤膜基础原理篇超滤膜基础原理篇一、超滤膜工作原理超滤膜是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的一种微孔过滤膜。超滤膜采用压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。以膜的额定孔径范围作为区分标准时压力差为推动力的膜过滤可区分为：微孔膜（MF）的额定孔径范围为0.02~10um；超滤膜（UF）为0.001~0.02um；逆渗透膜（RO）为0.0001~0.001um。超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。利用膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用，去除废水中的大分子物质和微粒。一般认为主要是筛分。在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着超滤膜表面流动，溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子，从高压侧透过超滤膜进入低压侧，并作为滤液而排出；而溶液中高分子物质、胶体微粒及微生物等被超滤膜截留，溶液被浓缩并以浓缩液形式排出。1、 超滤膜和膜组件（1） 超滤膜：常用的有醋酸纤维素膜和聚砜膜（2） 超滤的膜组件（同反渗透组件）：分为板式、管式、卷式和中空纤维组件。2、 超滤的浓差极化（1） 概念：溶液在膜的高压侧，由于溶剂和低分子物质不断透过超滤膜，结果在膜表面溶质（或大分子物质）的浓度不断上升，产生膜表面浓度与主体流浓度的浓度差，这种现象称为膜的浓差极化。（2） 影响：发生浓差极化时，由于高分子物质和胶体物质在膜表面截留会形成一个凝胶层。有凝胶层时，超滤的阻力增加，因为除了膜阻力外，又有凝胶层的阻力，在给定的压力下，凝胶层势必影响水透过超滤膜的通量。（3）减缓措施：一是提高液料的流速，控制料液的流动状态，使其处于紊流状态，让膜面处的液体与主流更好地混合；二是对膜面不断地进行清洗，消除已形成的凝胶层。3、 超滤的影响因素料液流速、操作压力、温度、运行周期、进料浓度、料液的预处理、膜的清洗4、 超滤流程超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程并按分子量大小来分离颗粒。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米范围内（MWCO约为1,000-500，000）溶解物质和比膜孔径小的物质将能作为透过液透过膜滤，不能透过滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水，离子和小分子量物质，而胶体物质，颗粒，细菌，病毒和原生动物将被膜去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。通过超滤处理水可获得：从医药和工业用水中几乎去除所有的颗粒，悬浮物，细菌，病毒和原生动物。去除胶体物质（非活性硅、铁、铝等）去除高分子量有机物。KOCH超滤中空纤维截面图料液进出口的压力差将决定流体沿膜表面的流体情况。此外，进料液的一部分将透过滤膜，这部分被称为产水或透过液。料液侧和产水侧的压力差直接影响产水的产率。5、 超滤膜的分类超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200~250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，分为内压式和外压式。现在应用的为清一色全为外压式。主要优点为单位容积内装填的有效膜面积大，且占地面积小。超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物（例如：醋酯纤维或其性能类似的高分子材料）、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。由此可知，超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。PTFE（聚四氟乙烯）：适合水系及各种有机溶剂，耐所有溶剂，低溶解性。具有透气不透水、气通量大、高微粒截留率、耐温性好，抗强酸、碱、有机溶剂和氧化剂，耐老化及不粘、不燃性和无毒、生物相容性等特点。其相关产品广泛应用于化工、医药、环保、电子、食品、能源等领域。水系PES（聚醚砜）：具有较高的化学和热稳定性，流速快、耐酸碱能力强（pH范围1-14）；具有高机械强度。水系CA（醋酸纤维）：适合水溶液，较低的蛋白吸附，流速高，热稳定性强，不适用于有机溶剂，特别适用于水基溶液。有机系尼龙：具有良好的亲水性，耐酸耐碱，抗氧化剂。不仅适用于含有酸碱性的水溶液，更适用于含有有机溶剂，如醇类、烃类、脂类、酚类、酮类等有机溶剂。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式。其中，中空纤维式国内应用最为广泛的一种，其典型特点为没有膜的支撑物，是靠纤维管的本身强度来承受工作压力的。二、 超滤膜污染的成因分析超滤膜的污染主要有三个方面：表面吸附、颗粒的阻塞、表面的附着；一个膜如果能够很好的克服这三个方面的污染，那么这个膜通过简单的反洗就可以达到理想的清洗效果，从而可以更好的实现应用于大规模的水处理工程。首先从克服表面吸附入手，使用强亲水性的膜材料，膜的生产过程中都要经过严格的质量检验，，膜的空间分布很窄，没有大孔缺陷，所以很好的克服了颗粒的阻塞；第三表面的附着，在实际产水过程中定期加入次氯酸钠杀菌，用来杜绝膜的表面吸附；克服了这三方面的污染问题，也就是保证了超滤膜组件在大规模水处理工程应用的可靠性。三、 超滤膜净水器性能规范1、定义一种由超滤膜（UF膜）为核心元件，与其它过滤材料、控制装置等组成，将饮用水进行净化的净水产品。主要提供厨房煮饭、煲汤、泡茶所需的优质净化饮用水，适合与管线机搭配安装使用满足制冷加热，也可根据市场需要增加相关辅助功能。2、 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。3、 性能（1） 、能够有效去除水中泥沙、铁锈、细菌、病毒、异色异味、重金属以及大分子有机物等水中有害物质，出水可以直饮；（2） 、与水接触材料的卫生要求、整机的卫生安全要求及净化处理效益应符合中华人民共和国卫生部《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范 般水质处理器》的要求，为食品级材料；4、 出水水质出水水质符合中华人民共和国卫生部《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范 般水质处理器》的出水水质要求，出水可以直接饮用。5、 产品功能超滤机产品可以全面过滤净化来自水中的杂质污染物，并保留对人体有益的矿物质微量元素。滤芯使用寿命长，出水量大，无须加电、加压，净化成本低，水的利用率高，为消费者提供厨房煮饭、煲汤、泡茶所需的优质净水。有效去除：水中的分子杂质、泥沙、铁锈、胶体、悬浮物；重金属、有机物等；细菌、病毒；异色、异味；余氯。6、 产品优点：水的利用率高，无废水排放。可现实自动冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤。7、 消费者利益泡茶：口感纯真、香浓甘醇、不结茶垢做饭：洁白清香、甜润可口煲汤：原汁原味、营养健康全屋净化：让家人更分健康8、 关键问题释疑主要材料：聚丙烯腈（PAN）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）过滤精度：超滤膜采用具有皮层的多孔膜。超滤膜的孔径 1-50nm，该膜可透过分子量小于1000的水、溶剂、离子及小分子，而将分子量在1000-300000之间的生化制品、胶体及大分子截留。超滤的分离机理为筛分，用于分离两相均为液态的系统。超滤的操作静压差一般为0.1-0.5Mpa，被分离组分的直径大约为0.01-0.1um。过滤分类：主要分为内压式、夕卜压式两种。三、超滤膜应用领域分析近30年是超滤技术迅速发展的时期，超滤分离技术被广泛地应用于饮用水制备、食品工业、制药工业、工业废水处理（电泳涂漆废水处理、含油废水处理、含聚乙烯醇（PVA）废水的处理、纤维加工油剂废水处理、颜色和染色废水处理、纸浆废水处理、皮革废水处理、光学玻璃研磨排水的处理、照相行业排水的处理）、放射性废水处理、金属加工涂料、生物产品加工、石油加工等领域。大规模的水处理通常集中在以下方面：饮用水供水终端、地表水处理、海水处理和流体的回用。（1）饮用水处理由于对饮用水的质量要求越来越严格，水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物。为了做到这一点，一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验，或者在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。采用UF系统，可以非常方便的建成这样的屏障。超滤膜对细菌的去除率可以达到6log,对于病毒的去除率达到4log，因此水厂和用水者都不必在担心细菌和病毒的问题。由于饮用水的质量本身就很高(浊度和悬浮固体都非常低)，因此此时的膜系统可以采用很高的膜通量，可以达到135升/平米•小时。因此反冲频率和化学加强反洗的频率都可以非常低，产水量可以达到99%。如果需要还可以设立二级超滤系统，将第一级的反洗水进一步回用。(2)地表水处理UF系统非常多的应用在地表水处理上，处理后的水用于灌溉或作为反渗透的入水，来制备工业用水。在荷兰，出现了越来越多的这类工厂。这种技术提供了一种新型的工业用水的方式，即不必在购买越来越贵的饮用水，而是就近取用地表水处理后使用。(3)海水淡化中东地区是水资源缺乏最严重的地方。为了解决这个问题，最早人们通常采用蒸馏技术。从十九世纪60年代，膜技术被用于解决这些国家的缺水问题。但是，许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。主要因为反渗透海水淡化系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此绝大多数淡化工厂，在远远低于其设计出水量的情况下工作，甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的30%。小型淡化装置的研究非常清楚的表明，超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质，为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明，超滤系统的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。这些测试在超滤系统前不必用任何预处理，并且适用各种海水水质。污水回用西方国家费了很大的精力处理废水，处理后确仅仅是将其通过排水管网排到地表水源中，这种作为非常不合理。再一次，超滤因为其价格方面的优势为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。市政饮用水处理的安全应用用膜法制造的自来水，其浊度十分低且稳定，凝聚剂原则上可以不用，如果要用其最大量也是老工艺的1/3以下。同时有机物含量可大幅度降低。1992-1994年间，日本政府用错流微滤膜和超滤技术来改良旧式的自来水制造工艺，并在日本多家自来水厂进行中间试验，效果令人满意。用膜法制造的自来水，其浊度十分低且稳定，凝聚剂原则上可以不用，如果要用其最大量也是在老工艺的1/3以下。同时有机物含量可大幅度降低。为此，日本政府在1995-1998年三年间，又执行一个名叫“21世纪水计划”进一步研究膜技术在城