實驗室膜超濾裝置

1. 第三節超濾

膜處理技術作為一項新型的高效分離技術，因其工藝簡單、操作方便、設備緊湊、分離效果好、經濟性高，進年來在水處理、環保、醫葯、食品、化工等領域得到快速應用。在解決水資源缺乏的問題上，膜處理技術起到了非常重要的作用。在水與廢水循環回用方面，膜的特殊作用顯得十分重要，尤其在水供應缺乏的地區，更引起了人們的廣泛關注。

微濾、超濾、納濾、反滲透均屬於外力驅動型膜處理技術。目前，在幾種主要的膜分離技術中，以超濾和反滲透的應用最為廣泛。

超濾過程是以膜兩側壓差為驅動力、以機械篩分為基礎的溶液分離過程。超濾膜的孔徑為0.005～1.0μm。比超濾膜孔徑小的物質和溶解在水中的物質能作為透過液透過濾膜，不能透過濾膜的物質將被截留下來濃縮在排放液中。因此，產水（透過液）含有水、 離子和小分子物質，而膠體物質、顆粒、細菌、病毒和原生動物將被膜去除。膜分離過程為動態過濾過程，大分子溶質被膜阻隔，隨濃縮液流出膜組件。膜不易被堵塞，可連續長期使用。超濾過程可在常溫、低壓下運行，無相態變化，高效節能。圖2-4所示為超濾膜的基本原理。

要過濾的水由超濾給水泵加壓後輸送到膜組件中，由於膜內外的壓差作用，水滲過濾膜，而水中雜質則被截留，無法透過濾膜。如果分離的雜質在膜上過多沉積，會導致難溶性鹽聚集在膜表面形成覆蓋層進而結垢。為了避免這一點，往往在分離過程中讓雜質隨一部分水作為濃縮液流出去。根據膜的類型和應用不同，這樣的過程要持續進行或者在迴流時進行。超濾同傳統的凈化方式如絮凝、沉澱以及砂濾比較，其過濾的水質穩定、設備管理比較簡單，不會產生過濾殘渣或絮凝污泥等廢棄物。

當超濾用於水處理時，其材質的化學穩定性和親水性是兩個最重要的性質。化學穩定性決定了材料在酸鹼、氧化劑、微生物等作用下的壽命，還直接關繫到清洗可以採取的方法；親水性則決定了膜材料對水中有機污染物的吸附程度，影響膜的通量。超濾膜有各種類型和規格，可根據實際需要選用。

1.超濾膜制備所需的化學材料

製造超濾膜的材料有很多：但用於製造中空纖維式超濾膜的材料主要為成纖性能良好的高分子材料。對膜材料的要求是具有良好的成膜性、熱穩定性、化學穩定性、耐酸鹼性、抗微生物侵蝕性和抗氧化性，並且具有良好的親水性，以得到較高的水通量和抗污染能力。目前：常用的中空纖維式超濾膜材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚碸(PFS)、聚碸(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PF)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)等。性能優良的聚偏氟乙烯和聚醚碸是日前最廣泛使用的超濾膜材料。

2.超濾膜組件的結構

超濾膜一般可分為板框式(板式)、卷式、管式、中空纖維式等多種結構。

板式超濾膜是最原始的一種膜結構，主要用於大顆粒物質的分離，由於其佔地面積大，能耗高， 逐步被市場所淘汰。

卷式膜組件也被稱作螺旋卷式膜組件，由於其所用的膜易於大規模工業化生產，制備的 組件也易於工業化，所以獲得了廣泛的應用，涵蓋了反滲透、納濾、超濾、微濾四種膜分離過程，並在反滲透、納濾領域有著最高的使用率。

管式超濾膜能較大范圍地耐懸浮固體和纖維、蛋白等物質，對料液的前處理要求低，對料液可以進行高倍濃縮，但設備的投資費用高，佔地面積大。

在眾多的膜組件結構形式中，目前以中空纖維式超濾膜為主，組件的結構需要考慮盡量提高膜的填充密度，增加單位體積的產水量，盡量減小濃差極化的影響，便於清洗，製造成本低。

目前中空纖維式超濾膜以其不可比擬的優勢成為超濾的最主要形式。根據緻密層位置的不同，中空纖維式超濾膜又可分為內壓膜、外壓膜兩種，如圖2-5所示。外壓中空纖濾膜是將原液經壓差沿維式超徑向由外向內滲透過中空纖維成為透過液，而其截留的物質則匯在中空纖維的外部。該膜進水流道在膜絲之間，膜絲存在一定的自由活動空間，因而更適合原水水質較差、懸浮物含量較高的情況。內壓中空纖維式超濾膜中的原液進人中空纖維的內部，經壓差驅動，沿徑向由內向外透過中空纖維成為透過液，濃縮液則留在中空纖維的內部，由另一端流出。該膜進水流道是中空纖維的內腔，為防止堵塞，對進水的顆粒粒徑和含量都有較嚴格的要求，因而適合於原水水質較好的工況。

3.超濾膜組件的截留性能

⑴對微粒的截留。利用超濾通常可以將濾液的渾濁度降到0.1NTU以下。在原水濁度不穩定的情況下：使用超濾比較合適。與傳統的凈化過程相比，超濾可以非常容易地實現自動化。

⑵對有機質的截留。有機質包括微粒、膠體和能溶於水的有機物質。由於超濾對不同類型的有機質的截留能力不同，因此其凈化效率就取決於水中有機質的成分組成。與傳統的方式相比，用超濾的方法既不必考慮沉澱作用，又不必注意凝固物的可過濾性，因為超濾的凈化效率與凝固物的形狀和密度無關。根據是否絮凝與原水的水質不同，超濾對有機質的截留率為40%～60%。

超濾系統的運行有 全流過濾和錯流過濾兩種模式，全流過濾時 · 進水全部透過膜表面成為產水；而錯流過濾時、一部分進水透過膜表面成為產水、另二部分則帶雜質排出成為濃水。全流過濾能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低；錯流過濾則能處理懸浮物含量更高的流體。當超濾的濾液通量較低時、超濾膜的過濾負荷低，膜面形成的污染物容易被清除，因而長期濾液通量穩定；當濾液通量較高時，超濾膜發生不可恢復的污堵的傾向增大，清洗液的恢復率下降 · 不利於長期保持濾液通量的穩定。

(一)過濾模式

1.全流過濾模式

一般當原水中懸浮物和膠體含量較低(如SS<5、濁度<5NTU)時採用。原水以較低的錯流流速進入膜管，濃水則以一定比例從膜管另一端排出。產水在膜管過濾液側產出，水回收率通常是90%～99%，這由原水水質決定，和循環模式相比、全流過濾模式的操作成本較低，但水回收率和系統的出水能力可能會受限制。這種模式通常需要定期快沖和反沖來維持系統出力、當污物積累到一定程度時 · 就需要通過化學清洗來進行處理。

2.錯流過濾模式

原水中懸浮物含量較高及在大多數非水應用領域，需要通過減少回收率來保持膜管內部的高流速、這樣就會產生大量的廢水。為了避免浪費，排出的濃水會被重新加壓迴流到膜管內。這樣，雖然降低了膜管的回收率，但對於整個系統，回收率仍然很高。在這種模式下，進水連續地在膜表面循環，高速的循環水阻止了微粒在膜表面的堆積、並增加了濾液通量。因為較少的進水成為產水，為了一獲得相同的產率，錯流過濾模式的能耗就比全流過濾模式的大。

(二)超濾膜的運行

超濾膜運行前應按以下步序進行檢查和啟動工作：

⑴進水水質檢查。重點是檢查進水濁度，當濁度在系統限定值范圍內時、方可運行超濾設備，其次是檢查水中余氯含量及pH值。

⑵系統檢查。按工藝路線圖，檢查設備及連接是否正確，同時檢查閥門的開啟狀態是否正確。對於手動操作的系統要特別注意，開機時進水閥不能全開、濃水閥和產水閥應全開以避免開機時壓力過大，造成對超濾膜的沖擊 · 從而損壞設備。

⑶儀表的檢查。檢驗各儀表是否正常，尤其是壓力表是否完好。

⑷啟動。當做好開機前的准備工作後。可試啟動系統，即打開電源，啟動泵後，立即停止，檢查泵的葉輪轉向是否正確，泵的運轉有無異常雜訊。當確認泵正常後，方可正式啟動泵，啟動後，應檢查介面、管線有無滲漏，在自控程序運轉的第一個周期內，應檢驗閥門的啟閉是否正常，各種儀表運轉是否正常。

⑸運行。設備運行時，應定時檢查儀表是否正常，泵有無異常雜訊，產水水質是否符合要求，尤其要注意壓力表和產水流量，當出現異常時，應立即停機檢査。一般全自動控制設計時，均考慮了系統的自我保護，若出現異常，系統會自動停運並報警。設備運行過程中，應按設計要求做好設備監控和記錄工作；按設計要求定期對設備進行清洗、滅菌和消毒；應定期對設備進行排氣或檢查自動排氣閥的工作狀態。

⑹停機。①先降低系統壓力和跨膜壓差，然後停機。②當停機時間不超過7天時，可每天對設備進行20～60min(時間以一個過濾、順沖、反洗、順沖周期為准)的保護性運行，以使新鮮的水置換出設備內的存水。③當設備長期停用時，應先對設備進行徹底的清洗和消毒，然後將膜保護劑和抑菌劑注入設備中，封閉好設備所有介面，以保持膜的濕潤，防止設備內滋生細菌和藻類。

(三)超濾膜的污染

膜污染是指料液中的顆粒、膠體或溶質大分子通過物理吸附、化學作用或機械截留等作用在膜的表面吸附、沉積造成膜孔堵塞，使膜發生透過通量與分離特性明顯變化的過程。超濾過程中膜的吸附現象被認為是造成膜污染的關健，吸附污染與膜、溶劑和溶質三者的相互作用有關。由於膜組分的化學性質、結構不同、因此產生吸附作用的機理也不同、一般可分為靜電作用、疏水作用等。

(四)超濾系統的清洗

在超濾過程中，由於分離物質及其他雜質在膜表面會逐漸積聚，對膜造成污染和堵塞，因此膜的清洗是超濾系統中不可缺少的操作過程，膜的有效清洗是延長膜使用壽命的重要手段。超濾膜常用的清洗方法主要有物理清洗和化學清洗兩大類，超濾系統的清洗包括水的正洗和反洗、氣洗、化學清洗等。其中，水的正洗和反洗可以清除膜表面的濾餅層；而氣法則利用氣的強烈湍流，更有效地清除膜表面的污染層；化學清洗則通過化學反應宋清除膠體、有機物、無機鹽等在超濾膜表面和內部進水形成的污堵。

(五)超濾系統反洗

超濾反洗用水為超濾產水，因為反洗水帶進的懸浮物將會集聚在支撐結構內而隨後不斷釋放出顆粒、細菌和TOC等，所以原水不適宜作反洗用水。

隨著超濾膜組件的長期使用，水中的雜質會沉積到膜上，使膜的分離性能逐漸受到影響。因此，在運行中當超濾膜的產水量下降20%以上或使用1～4個月時，需要對超濾進進行化學清洗，以便及時去除超濾膜上的污染物，防止超濾膜形成頑固性結垢 · 及時恢復膜的性能。

化學清洗分為酸性溶液清洗和鹼性溶液清洗。當進水中硬度較高或金屬離子（如鐵離子)的含量超過設計標准，從而對膜的進水側造成無機物污染時 · 需採用酸性溶液對超濾裝置進行清洗。對於生物污染的超濾膜，需採用鹼性溶液對超濾膜裝置進行清洗。清洗時應注意以下幾點：

⑴所有清洗劑都必須從超濾系統的進水側進人組件，以防止清洗劑中可能存在的雜質從緻密過濾層的背面進人膜絲壁的內部。

⑵超濾系統進行化學清洗前都先進行徹底的反洗。

⑶超濾系統的整個化學清洗過程需要2～4h；如果污堵嚴重，需要浸泡12h以上。

⑷清洗後，超濾系統停機時間如果超過三天，則必須按照長時間關閉的要求對超濾系進行保養維護。

⑸清洗液必須使用超濾產水或者更優質的水配製。

⑹清洗劑在循環進膜組件前必須去除其中可能存在的污染物

⑺清洗液溫度一般可控制在10～40℃，提高清洗液溫度能夠提高清洗的效率。

⑻必要時，可採用多種清洗劑清洗，但清洗劑和殺菌劑不能對膜和組件材料造成損傷。每次清洗後，應排盡清洗劑，用超濾或反滲透產水將系統沖洗干凈，才可再用另一種清洗劑清洗。

對反滲透膜的化學清洗不能太頻繁，以防止膜元件造成不可逆的損傷。

2. 為什麼通常超濾膜裝置豎著放而反滲透膜裝置橫著放超濾膜工作的流程是怎樣的

超濾膜分內壓式和外壓式，兩種流程設計有點區別

3. 什麼是超濾機，超濾機有什麼作用

超濾機是目前市場上主流凈水器的一種，另外一種是純水機。這是一種能將溶液進行凈化和分離的膜分離技術。超濾膜系統是以超濾膜絲為過濾介質，膜兩側的壓力差為驅動力的溶液分離裝置。超濾膜只允許溶液中的溶劑（如水分子）、無機鹽及小分子有機物透過，而將溶液中的懸浮物、膠體、蛋白質和微生物等大分子物質截留，從而達到凈化或分離的目的。相比較純水機，它有一個致命的缺陷，就是膜的精度不高，只有0.01微米。水質環境較差的情況下，其過濾能力較差，不能有效的起到防護作用。這極大的限制了超濾機的發展，目前市場主流的還是純水機。加拿大蘭澤、美國怡口、凱奈蒂克這些進口牌子就很不錯，還有一些國產的比方說美的、海爾之類。最終選哪個品牌，關鍵還是得看你的需要，如果家裡水質比較好，超濾機足夠了。如果水質不夠好，或者說不放心，最好還是選擇純水機。

4. 超濾裝置的工作原理是什麼

超濾裝置時採用了超濾技術，設備在常溫下施加一定的壓力，藉助微孔結版構和半透膜介質權，因為在膜的兩側會形成一定的壓力，設備以這個壓力作為凈水的推動力，原水以錯流的方式通過半透膜進行過濾。半透膜可以讓溶劑以及小分子穿過，水中的大分子以及蛋白質、細菌病毒等雜質被過濾掉，達到凈水的目的。超濾技術在濃縮分離方面有很好的表現，是一種新型的分離技術，可以應用於食品飲料、牛奶等製造過程中。

5. 超濾膜裝置有什麼特點，其適用於哪些地方

超濾裝置是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾膜裝置採用最新的膜分離技術，廣泛應用於澄清過濾，酶類提取、分離、濃縮等物料分離、提純、濃縮領域。所有組件選用集成化程度較高的產品，盡可能節約了設備佔地面積；核心超濾膜元件選用了0.01μm以上過濾精度的產品，保證了產水端處於無菌狀態（最小的細菌直徑也有0.02μm）；超濾工藝使得產水水質穩定，特別是濁度和SDI值，能分布穩定控制在0.5NTU和3以下；外觀整齊大方，模塊化設計，維護擴建方便。 適用范圍： 1、反滲透裝置的預處理，高效、緊湊的超濾因過濾精度很高，可以為反滲透膜提供最大限度的保護；

2、大中型飲用水廠的深度處理；3、市政及工業廢水處理，超濾可比傳統處理工藝提供更好的處理效果實現中水、廢水回用； 4、循環排污水回用凈化處理； 5、污水中有用物質的回收； 6、礦泉水的制備、飲用水、井水的脫菌處理，去除水中各種懸浮物、膠體雜質，特別是去除隱孢子、鞭毛蟲、大腸桿菌等致病微生物； 7、口服液、生物製品的除菌、澄清、純化分離； 8、高純水終端處理； 9、果汁、蛋白質、酶制劑的濃縮分離。

6. 膜分離實驗設備的種類

膜是具有選擇性復分離功能的材制料.利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離.它與傳統過濾的不同在於,膜可以在分子范圍內進行分離,並且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑.膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同（或稱為截留分子量）,可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要還只有微濾級別的膜,主要是陶瓷膜和金屬膜.有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等.

7. 膜通量小的超濾裝置為什麼要設置循環泵

應該不是通量小而使用循環泵，設置循環泵的原因應該是增加膜的錯流速度，減緩膜堵塞。

8. 超濾膜裝置的適用范圍是什麼

超濾裝置是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾(UF)裝置是一種先進的膜分離技術，料液中含有的溶劑及各種小的溶質從高壓料液側透過濾膜到達低壓側，從而得到透過液或稱為超濾液;其超濾膜微孔可達0.01微米(十萬分之一毫米)以下，能有效地去除水中的微粒、膠體、細菌、熱源和有機物力作用下，而尺寸比膜孔徑大的溶質分子被膜截留成濃縮液。

基本原理是在常溫下以一定壓力和流量，利用不對稱微孔結構和半透膜介質，依靠膜兩側的壓力差作為推動力，以錯流方式進行過濾，使溶劑及小分子物質通過，大分子物質和微粒子如蛋白質、水溶性高聚物、細菌等被濾膜阻留，從而達到分離、分級、純化、濃縮目的的一種新型膜分離技術。超濾屬於壓力驅動型膜分離過程，超濾膜的分離范圍為相對分子質量500-100萬的大分子物質和膠體特質，相對應粒子的直徑為0.005-0.1μm;分離機理一般認為是機械篩分超濾膜組件有板式、卷式凈水用超濾膜。

濃差極化乃是膜分離過程的自然現象，如何將此現象減輕到最低程度，是超濾技術的重要課題之一。目前採取的措施有:①提高膜面水流速度，以減小邊界層厚度，並使被截留的溶質及時由水帶走;②採取物理或化學的洗滌措施。

典型工藝流程:原液-儲罐-加壓泵-精密過濾器-中空超濾設備-儲液罐-反洗水箱-反洗泵。

9. 超濾膜的超濾設備

超濾概念

超濾設備公司生產超濾膜凈水設備,超濾膜設備被大量用於水處理凈水設備工程;超濾膜設備技術在反滲透預處理,飲用水處理,中水回用,酒類和飲料的除菌與除濁,葯品的除熱原以及食品及制葯物濃縮等領域發揮著越來越重要的作用。

超濾過濾孔徑和截留分子量的范圍一直以來定義較為模糊，一般認為超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.1微米，截留分子量(Molecular weigh cut-off, MWCO)為1,000-1,000,000 Dalton。嚴格意義上來說超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.01微米，截留分子量為1,000-300,000 Dalton。若過濾孔徑大於0.01微米，或截留分子量大於300,000 Dalton的微孔膜就應該定義為微濾膜或精濾膜。

一般用於水處理的超濾膜標稱截留分子量為30,000-300,000 Dalton，而截留分子量為6,000-30,000 Dalton 的超濾膜大多用於物料的分離、濃縮、除菌和除熱源等領域。