超滤膜原理基础

   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0.001~0.02 um;逆渗透膜(RO)为0.0001~0.001 um。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、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。超滤膜的径大约在0.0020.1微米范围内(MWCO约为1,000-500000)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。


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