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飲用水深度處理技術(shù)—超濾膜

[2013/3/12]

　　超濾原理超濾是一種分離技術(shù)，能夠?qū)⑷芤簝艋⒎蛛x或者濃縮。超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，膜孔徑范圍為0.5µm(接近微濾)～1nm(接近納濾)。

　　(1)超濾的典型應(yīng)用是從溶液中分離大分子物質(zhì)(如細(xì)菌)和膠體，通常認(rèn)為，所能分離的溶質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量下限為幾千。超濾膜可視為多孔膜，其截留取決于膜的過(guò)濾孔徑和溶質(zhì)的大小、形狀。溶劑的傳遞正比于操作壓力。

　　(2)超濾膜的類(lèi)型超濾膜是多孔的，但與微濾膜相比，其結(jié)構(gòu)更具有不對(duì)稱(chēng)性，這種不對(duì)稱(chēng)膜包括一個(gè)很薄的皮層(一般<1µm)和一個(gè)多孔亞層。所以超濾膜的表征主要是皮層表征即厚度？讖椒植己捅砻婵紫堵剩瑸V膜皮層典型的孔徑在2～100nm范圍內(nèi)。

　　按制膜材料分類(lèi)，超濾膜可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。

　　按膜的外形特征可將超濾膜分為：平板膜、管式超濾膜，內(nèi)徑>10nm、毛細(xì)管式超濾膜，內(nèi)徑0.5～10.0nm、中空纖維超濾膜，內(nèi)徑<0.5nm、多孔超濾膜。

　　(3)制膜材料可用于制造超濾膜的材料很多，分為有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)材料兩大類(lèi)。

　、儆袡C(jī)高分子材料

　　纖維素酯類(lèi)：主要有二醋酸纖維素(CA)，三醋酸纖維素(CTA)，混合纖維素(CACN)等。這類(lèi)材料制造的超濾膜親水性好、成孔性好，材料來(lái)源廣泛、穩(wěn)定，成本較低。但這種材料耐酸堿性能差。

　　聚砜類(lèi)如聚砜(PS)和磺化聚砜(SPS)和聚醚砜(PES)等;用這種材料制膜，易成型，膜機(jī)械強(qiáng)度好，耐熱、耐化學(xué)性能也較好。是目前用得較多的材料。

　　聚烯烴類(lèi)：主要是聚丙烯(PP)和聚丙烯腈(PAN)。同聚砜相似。它的機(jī)械和化學(xué)性能較好。PAN的腈基是強(qiáng)極性基因，但PAN并不十分親水，通常引入另一種共聚單體(如醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯)，以增加鏈的柔韌性和親水性，從而改變其加工性。

　　氟材料：目前主要用的是聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTEE)，這種材料的超濾膜具有極優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫、耐化學(xué)侵蝕性性能，使用溫度40～260℃，可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和多種有機(jī)溶劑條件下使用，但成本很高。

　　聚氯乙烯(PVC)：這種材料制造的超濾膜具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和極佳的化學(xué)侵蝕性性能，材料來(lái)源廣泛、穩(wěn)定，成本適中，可以制造出優(yōu)良的超濾膜，尤其是可以制造出在跨膜壓差很低的條件下，單位膜面積產(chǎn)水量卻很高的超濾膜。

　　其他材料：除上述材料外，還有聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺等。

　、跓o(wú)機(jī)材料：這是近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型制膜材料，主要有陶瓷、玻璃、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO2)和金屬，目前國(guó)內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚未商品化生產(chǎn)，這種材質(zhì)的超濾膜最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，耐有機(jī)溶劑性能好，不易老化，可再生性強(qiáng)，適用于特種分離。

　　(3)超濾膜的保存方法膜制成成品后，需要對(duì)其進(jìn)行保存，膜保存的方法有濕態(tài)和干態(tài)兩種，其目的是為防止膜水解、微生物侵蝕、凍結(jié)及收縮變型、膜失效等。

　　①膜的濕態(tài)保存方法：保存濕態(tài)膜最主要的一點(diǎn)就是始終讓膜呈現(xiàn)濕潤(rùn)狀態(tài)。一般常用膜保存液的配方為：

　　水﹕甘油﹕亞硫酸氫鈉=79.1﹕20﹕0.9

　　保存液溫度在5～40℃.亞硫酸氫鈉的作用是防止微生物在膜表面繁殖及侵蝕膜。甘油的目的為了降低保存液的冰點(diǎn)。防止因結(jié)冰而損壞膜，配方中的亞硫酸氫鈉可用戊二醛、硫酸銅等其他對(duì)膜無(wú)傷害的抑菌劑代替。

　　對(duì)醋酸纖維素膜，pH值在4.5～5，可降低膜的水解速度，一般在抽真空的條件下，保存液的有效期為1年。

　　濕態(tài)膜會(huì)由于脫水產(chǎn)生收縮變形現(xiàn)象，使膜孔大幅度縮小，或使膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)使膜的質(zhì)地變脆，甚至使膜的過(guò)濾作用完全失效。

　　②干態(tài)膜的保存方法目前商品化的超濾膜，基本上都是干態(tài)膜的形式。因?yàn)檫@不僅有利于存放和運(yùn)輸，而且也是制作膜組件所必需的(封膠時(shí)要求膜是干態(tài))。

　　制備干態(tài)膜，普遍采用脫水劑，VanOss等,用50%的甘油水溶液或0.1%的十二烷基磺酸鈉(SDS)水溶液浸漬醋酸纖維素超濾膜1h，然后進(jìn)行干燥處理，使用前需洗凈浸漬液。

　　現(xiàn)在常用的干化處理液的配方為：

　　水﹕甘油﹕SDS=97.2﹕20﹕0.2

　　膜置于其中浸漬5～6天后在一定的溫度環(huán)境中干燥。

　　(5)超濾膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)目前商品化的超濾膜都是不對(duì)稱(chēng)膜，由致密的表皮層和多孔的支撐層構(gòu)成。皮層的厚度約為0.1～0.25µm，多孔支撐層的厚度約為100～250µm，而多孔支撐層在靠近皮層部分是具有微細(xì)孔結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層，最下層是具有較大孔徑的支持層。

　　(6)超濾膜的表征膜的特征分為外觀表征及性能表征。外觀表征是指膜的厚度、皮層結(jié)構(gòu)等，性能表征是指膜的理化性能和分離透過(guò)性能。膜的理化性能主要包括膜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐化學(xué)性、耐熱溫度范圍和適用pH值范圍，分離透過(guò)性能主要是指透水速率和截留分子量、截留率等。

　　①厚度：在其他表征相同的條件下，其厚度越小，通量越大，壓損越小，支撐層的厚度的大小，取決于膜的強(qiáng)度和剛性。

　、谀(nèi)徑：對(duì)管式膜而言，膜的內(nèi)徑與厚度的比值直接影響了膜的強(qiáng)度和剛性，它的大小也是區(qū)分管式膜、毛細(xì)管膜及中空纖維膜的主要依據(jù)，也是決定單位體積內(nèi)膜充填密度的主要因素。

　、壑螌咏Y(jié)構(gòu)：一般有兩種類(lèi)型，指狀孔結(jié)構(gòu)和海綿狀結(jié)構(gòu)，指狀孔結(jié)構(gòu)阻力小，海綿狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。

　、苣た讖剑撼瑸V膜孔徑一般為0.05µm～1µm。

　　⑤截留能力：通常用截留分子量(90%能被膜截留的分子量)來(lái)表示，膜的截留值通常以絕對(duì)方式給出。(某膜的截留分子量為10000萬(wàn)，即為分子量大于10000萬(wàn)的所有物質(zhì)90%以上被截留)。當(dāng)分子量一定時(shí)，剛性分子較之柔性分子、球形和側(cè)鏈分子較直線型分子有更大的截留值。

　、蘅讖椒植迹嚎讖椒植嫉姆秶潜碚髂た讖绞欠窬鶆虻囊环N方法，孔徑分布越窄，分離效果和抗污染性越好。

　　⑦空隙率：對(duì)于非對(duì)稱(chēng)膜而言，存在著兩種空隙率，分離層空隙率和整體空隙率，目前測(cè)定的方法，所測(cè)定的結(jié)果實(shí)際上是整體空隙率，而影響分離效果的是分離層空隙率。

　、噙^(guò)濾速率：一般超濾膜的透過(guò)能力，以純水的透過(guò)速率表示，并標(biāo)明測(cè)定條件，實(shí)際應(yīng)用中膜的過(guò)濾速率比它小得多，其原因是濃差極化和膜污染，增加了過(guò)濾時(shí)的流體阻力，水流速度、壓力、溫度、原水預(yù)處理程度均影響超濾的速率。

　、峥刮廴灸芰Γ耗さ目刮廴灸芰Q定于膜材料的物理和化學(xué)特性和分離體等物化特性之間的關(guān)系。對(duì)于水溶液體系來(lái)說(shuō)，親水性膜的抗污染性比疏水性膜好。

　　(7)密封中空纖維及毛細(xì)管膜器件的密封主要在它們之間端頭環(huán)氧密封及端頭環(huán)氧與外殼間的密封，可采用通常的橡膠密封墊圈等方法密封。

　　(8)外殼常用的膜過(guò)濾器可分為兩種：衛(wèi)生過(guò)濾用外殼和工業(yè)過(guò)濾用外殼。外殼要求能承受工作壓力，一定的防碰撞能力。常用的外殼材料有：不銹鋼、ABC、UPVC、玻璃鋼等。

　　(9)外接口與連接膜組件與應(yīng)用工程中的工藝管線，配套設(shè)備的接口以及與自控儀表閥門(mén)等相連接的部位叫外接口。大部分的超濾膜組件都有三個(gè)外接口，即原水入口、出水口和濃水出口，其連接方式視具體情況而定。一般可分為可拆卸連接和不可拆卸連接？刹鹦兜倪B接有螺紋連接、快裝連接、活接等，不可拆卸的連接有焊接、粘接等。

　　(10)超濾膜的清洗超濾膜在使用一段時(shí)間后，由于被截留物對(duì)膜表面的污染會(huì)使膜的產(chǎn)水量下降，為了維持膜通量的穩(wěn)定，必須定期對(duì)膜進(jìn)行清洗，每次30秒～60秒；瘜W(xué)清洗間隔時(shí)間相對(duì)物理清洗時(shí)間長(zhǎng)。一般最短的間隔為1天，最長(zhǎng)的間隔時(shí)間為6個(gè)月。對(duì)有機(jī)物的清洗一般采用堿液清洗，蛋白質(zhì)采用酶劑,細(xì)菌、微生物,藻類(lèi)采用過(guò)氧化氫、次氯酸鈉等氧化劑進(jìn)行清洗。 歡迎新老客戶(hù)前來(lái)咨詢(xún)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題（m.bafangshun.com.cn）