超濾
⑴原理
超濾膜篩分過程,以膜兩側的壓力差為驅動力,以超濾膜為過濾介質,在一定的壓力下,當原液流過膜表面時,超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及
小分子物質通過而成為透過液,而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側,成為濃縮液,因而實現對
原液的
淨化、
分離和
濃縮的目的。
⑵超濾膜與超濾裝置
①超濾膜的種類:
②超濾裝置:主要有板框式、管式、卷式和中空纖維式等,與反滲透裝置類似。
Ⅰ板框式超濾裝置
優點:裝置牢固,適合在廣泛的壓力範圍內工作;流道間隙大小可調,原水流道不易被雜物堵塞;具有可拆性,清洗方便;通過增減膜及支撐板的數量可處理不同水量。
缺點:裝置較笨重;單位體積內的有效膜面積較小;膜的強度要求較高,一般做在無紡布上,以增強膜的機械性能。
Ⅱ管式超濾裝置
優點:原液流道截留面積較大,不易堵塞;膜面的清洗比較容易,可化學清洗或擦洗。
缺點:單位體積內膜的充填密度較低,占地面積大;膜管的彎頭及連線件多,設備安裝費時。
Ⅲ卷式超濾裝置
優點:單位體積內的有效膜面積較大,水在膜表面流動狀態比較好,結構緊湊,占地面積較小。缺點:進水預處理要求嚴格,對所用的膜強度要求較高,使用過程中,一旦發現膜破損須更換新的膜元件。
優點:單位體積內有效膜面積最大,工作效率最高,占地面積小。中空纖維無須支撐物。
缺點:膜的清洗較困難,只能用水力沖洗或化學清洗,不能用機械清洗,另外,中空纖維膜損壞後要更換整個組件。
③超濾工藝參數
主要參數有膜通量、膜清洗和膜壽命。
在操作壓力為0.11~0.6Mpa,溫度小於60℃時,超濾膜的膜通量以1~500L/m2h為宜。影響膜通量的因素有:進水流速、操作壓力、溫度、進水濃度和
原水預處理等。
膜必須定期清洗,以延長膜的壽命,正常使用的膜的壽命為12~18個月。
④超濾在廢水處理中的套用
如今已套用在汽車製造行業噴漆廢水、金屬加工廢水以及食品工業廢水的處理及有用物質的回收。
超濾原理也是一種膜分離過程原理,超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可
截留分子量為3x10000—1x10000的物質。當被處理水藉助於外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時,水分子和分子量小於300—500的溶質透過膜,而大於膜孔的微粒、大分子等由於篩分作用被截留,從而使水得到淨化。也就是說,當水通過超濾膜後,可將水中含有的大部分膠體矽除去,同時可去除大量的有機物等。
超濾原理並不複雜。在超濾過程中,由於被截留的雜質在膜表面上不斷積累,會產生
濃差極化現象,當膜面
溶質濃度達到某一極限時即生成
凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的套用受到一定程度的限制。為此,需通過試驗進行研究,以確定最佳的工藝和運行條件,最大限度地減輕濃差極化的影響,使超濾成為一種可靠的
反滲透預處理方法。
a. 超濾與傳統的預處理工藝相比,系統簡單、操作方便、占地小、投資省、且水質極優,可滿足各類反滲透裝置的進水要求。
b. 合理地選擇運行條件和清洗工藝,可完全控制超濾的濃差極化問題,使此預處理方法更可靠。
c.超濾對水中的各類膠體均具有良好的去除特性,因而可以考慮擴大到凝結水精處理及離子交換除鹽系統的預處理中。
在超濾過程中,水深液在壓力推動下,流經膜表面,小於膜孔的深劑(水)及小分子溶質透水膜,成為淨化液(濾清液),比膜孔大的溶質及溶質集團被截留,隨水流排出,成為深縮液。超濾過程為動態過濾,分離是在流動狀態下完成的。溶質僅在膜表面有限沉積,超濾速率衰減到一定程度而趨於平衡,且通過清洗可以恢復。
超濾是以壓力為推動力的膜分離技術之一。以
大分子與小分子分離為目的,膜
孔徑在20-1000A°之間。中空纖維超濾器(膜)具有單位溶器內充填密度高,占地面積小等優點。
超濾技術的優缺點
與傳統分離方法相比,超濾技術具有以下特點:
1. 濾過程是在常溫下進行,條件溫和無成分破壞,因而特別適宜對熱敏感的物質,如藥物、酶、果汁等的分離、分級、濃縮與富集。
2. 濾過程不發生相變化,無需加熱,能耗低,無需添加化學試劑,無污染,是一種節能環保的分離技術。
3. 超濾技術分離效率高,對稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。
4. 超濾過程僅採用壓力作為膜分離的動力,因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易於控制和維護。
5. 超濾法也有一定的局限性,它不能直接得到乾粉製劑。對於蛋白質溶液,一般只能得到10~50%的濃度。
超濾裝置是在一個密閉的容器中進行,以壓縮空氣為動力,推動容器內的活塞前進,使樣液形成內壓,容器底部設有堅固的膜板。小於膜板孔徑直徑的小分子,受壓力的作用被擠出膜板外,
大分子被截留在膜板之上。超濾開始時,由於
溶質分子均勻地分布在溶液中,超濾的速度比較快。但是,隨著
小分子的不斷排出,大分子被截留堆積在膜表面,濃度越來越高, 自下而上形成
濃度梯度,這日才超濾速度就會逐漸減慢,這種現象稱為濃度極化現象。為了克服濃度極化現象,增加流速,設計了幾種超濾裝置:
1. 無攪拌式超濾
這種裝置比較簡單,只是在密閉的容器中施加一定壓力,使小分子和溶劑分子擠壓出膜外,無攪拌裝置濃度極化較為嚴重,只適合於濃度較稀的小量超濾。
2. 攪拌式超濾
攪拌式超濾是將超濾裝置位於電磁攪拌器之上,超濾容器內放人一支磁棒。在超濾時向容器內施加壓力的同時開動磁力攪拌器,小分子
溶質和溶劑分子被排出膜外,
大分子向濾膜表面堆積時,被電磁攪拌器分散到溶液中。這種方法不容易產生濃度極化現象,提高了超濾的速度。
4. 中空纖維超濾
由於膜板式超濾裝置,截留面積有限,中空纖維超濾是在一支空心柱內裝有許多的,中空纖維毛細管,兩端相通,管的內徑一般在0.2mm左右,有效面積可以達到1平方厘米每一根纖維毛細管像一個微型透析袋,極大地增大了滲透的表面積,提高了超濾的速度。
納米膜表超濾膜也是中空超濾膜的一種。
超濾套用
淨水器行業是超濾套用比較廣泛的一個行業。家用超濾淨水器,是如今市場上主流的淨水器產品。它的核心部件是
超濾膜。
超濾膜一種孔徑規格一致,額定孔徑範圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。採用超濾膜以壓力差為推動力的膜過
濾方法為超濾膜過濾。超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料製得。最適於處理溶液中
溶質的分離和增濃,也常用於其他分離技術難以完成的膠狀
懸浮液的分離,其套用領域在不斷擴大。以壓力差為推動力的
膜過濾可區分為
超濾膜過濾、微孔膜過濾和
逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定
孔徑範圍作為區分標準時,則
微孔膜(MF)的額定孔徑範圍為0.02~10μm;超濾膜(UF)為0.001~0.02μm;逆滲透膜(RO)為0.0001~0.001μm。由此可知,超濾膜最適於處理溶液中溶質的分離和增濃,或採用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術,即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是極其重要的。孔的控制因素較多,如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及
孔徑分布的
超濾膜。超濾膜一般為
高分子分離膜,用作超濾膜的高分子材料主要有
纖維素衍生物、聚碸、
聚丙烯腈、
聚醯胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式,廣泛用於如醫藥工業、食品工業、環境工程等。篩子是用來篩東西的,它能將細小物體放行,而將個頭較大的截留下來。可是,您聽說過能
篩分子的篩子嗎?超膜 --這種超級篩子能將尺寸不等的分子篩分開來!那么,到底什麼是超濾膜呢? 超濾膜是一種具有超級“篩分”分離功能的
多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米,也就是說只有一根頭髮絲的1‰!在膜的一側施以適當壓力,就能篩出大於孔徑的溶質分子,以分離分子量大於500道爾頓、粒徑大於2~20納米的顆粒。
超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是
各向同性的,沒有皮層,所有方向上的孔隙都是一樣的,屬於深層過濾;後者具有較緻密的表層和以指狀結構為主的底層,表層厚度為0.1微米或更小,並具有排列有序的微孔,底層厚度為200~250微米,屬於表層過濾。工業使用的超濾膜一般為
非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯。
套用範圍
超濾技術廣泛用於水處理設備工藝中:
<1>. 反滲透的預處理,原水包括海水、地表水、井水等。
<2>. 城市、鄉鎮、農村供水處理。
<3>. 冷凝水回用,食品、飲料加工用水。
<4>. 製藥用水除熱源。
<5>. 處理地表水和井水用於飲用。
<6>. 深度處理廢水進行回收利用。
<7>. 白酒的除濁,果酒、葡萄酒、黃酒的除菌、除濁。
<8>. 套用於食品、發酵、乳業中的濃縮處理。