超濾原理

 

一、基本內容
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。當被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時，水分子和分子量小于300—500的溶質透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說，當水通過超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時可去除大量的有機物等。

 

二、超濾膜凈水工藝對進水水質技術要素

如今海德能超濾膜在凈水工業應用十分廣泛，以成為預處理工藝工程中單元操作之一。可因為水中還有微生物雜志進行凈化、分離、濃縮等深度處理，而且根據中空纖維超濾膜特性提供前處理要求。

在采用超濾膜處理時，其中精密的微結構，截留分子級甚至離子級的微粒，用濁度來反映水質明顯是不精確的。可有效去除水中含有懸浮物、膠體、微生物所還有的雜質。而水中SDI值主要用于檢測水中膠體和懸浮物等微粒的多少，是表征系統進水水質的重要指標。而SDI的值的大小大致可反映膠體污染程度，即需進行預處理。

海德能超濾膜技術對SDI值的降低最為有效，特別是較大顆粒對海德能中空纖維超濾膜有嚴重的污染，在超濾工藝中必須進行預處理，至于采取何種處理工藝尚無固定的模式，這是因為供水來源不同，因而預處理方法也各異。

對于水質中含有5μm以上粒徑雜質，濾器必須選用5μm過濾精度去除，雖然上述常規過濾技術很難去除超濾對這些微粒和膠體有絕對的去除作用，但對海德能中空纖維超濾膜的危害是極為嚴重的。特別是膠體粒子帶有電荷，是水中物質分子和離子的聚合體，主要是同性電荷的膠體粒子相互排斥的結果，所以膠體能穩定在水中存在。

因此證明，超濾膜在凈水工藝處理中發展速度，為了超濾膜技術能開辟工業凈水的廣闊市場空間，國內水質污染采用超濾技術也越來越多，是解決未來城市水資源危機的有效途徑之一。

超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料制得。最適于處理溶液中溶質的分離和增濃，也常用于其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離，其應用領域在不斷擴大。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。采用超濾膜以壓力差為推動力的膜過濾方法為超濾膜過濾。

超濾膜最適于處理溶液中溶質的分離和增濃，或采用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。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、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。

東麗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，屬于深層過濾;后者具有較致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，并具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬于表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。

 

三、超濾裝置工藝原理及技術優勢

超濾處理過程無相變，對物料中組成成分無任何不良影響，且分離、純化、濃縮過程中始終處于常溫狀態，特別適用于熱敏性物質的處理，完全避免了高溫對生物活性物質破壞這一弊端，有效保留原物料體系中的生物活性物質及營養成分。

超濾設備系統回收率高，可實現物料的高效分離、純化及高倍數濃縮。系統制作材質采用衛生級管閥，現場清潔衛生，滿足GMP或FDA生產規范要求。系統工藝設計先進，集成化程度高，結構緊湊，占地面積少，操作與維護簡便，工人勞動強度低。超濾設備系統能耗低，生產周期短，與傳統工藝設備相比，能有效降低生產成本，提高企業經濟效益。

 

四、原理

超濾原理并不復雜。在超濾過程中，由于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，這使得超濾的應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，小于膜孔的深劑（水）及小分子溶質透水膜，成為凈化液（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于平衡，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。

 

五、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. 超濾過程僅采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、易于控制和維護。

5. 超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質溶液，一般只能得到10～50％的濃度。

 

六、超濾裝置

 

七、超濾技術的應用

早期的工業超濾應用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術的發展，如今超濾膜技術的應用領域已經很廣，主要包括食品工業、飲料工業、乳品工業、生物發酵、生物醫藥、醫藥化工、生物制劑、中藥制劑、臨床醫學、印染廢水、食品工業廢水處理、資源回收以及環境工程等等。