超濾膜的原理、分類及特性

一、超濾膜原理

超濾超濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過膜表面時(shí)，超濾膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)原液的的凈化、分離和濃縮的目的。

     超濾膜膜表面的微孔篩選可將直徑為0.002-0.1μm之間的顆粒和雜質(zhì)截留，可有效去除水中膠體、硅、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。

　　1、超濾膜的制水流程
    自來水先進(jìn)入超濾膜管內(nèi)，在水壓差的作用下，膜表面上密布的許多0.01微米的微孔只允許水分子、有益礦物質(zhì)和微量元素透過，成為凈化水。而細(xì)菌、鐵銹、膠體、泥沙、懸浮物、大分子有機(jī)物等有害物質(zhì)則被截留在超濾膜管內(nèi)，在超濾膜進(jìn)行沖洗時(shí)排出。

    2、超濾膜沖洗流程

    超濾膜使用一段時(shí)間后，被截留下來的細(xì)菌、鐵銹、膠體、懸浮物、大分子有機(jī)物等有害物質(zhì)會(huì)依附在超濾膜的內(nèi)表面，使超濾膜的產(chǎn)水量逐漸下降，尤其是自來水質(zhì)污染嚴(yán)重時(shí)，更易引起超濾膜的堵塞，定期對(duì)超濾膜進(jìn)行沖洗可有效恢復(fù)膜的產(chǎn)水量。

    3、超濾膜濾芯
   將成束的超濾膜絲經(jīng)過澆鑄工藝后制成如下圖所示的超濾芯，濾芯由ABS外殼、外殼兩端的環(huán)氧封頭和成束的超濾膜絲三部分組成。環(huán)氧封頭填充了膜絲與膜絲之 間的空隙，形成原液與透過液之間的隔離，原液首先進(jìn)入超濾膜孔內(nèi)，經(jīng)超濾膜過濾后成為透過液，防止了原液不經(jīng)過濾直接進(jìn)入到透過液中。
 

    4、超濾膜濾芯膜絲總面積的計(jì)算：
    在單位膜絲面積產(chǎn)水量不變的情況下，濾芯裝填的膜面積越大，則濾芯的總產(chǎn)水量越多，

    其計(jì)算公式為：

    S內(nèi)=πdL×n

    S外=πDL×n

    其中：S內(nèi)為膜絲總內(nèi)表面積，d為超濾膜絲的內(nèi)徑；

         S外為膜絲總外表面積，D為超濾膜絲的外徑；

         L為超濾膜絲的長度；

         n為超濾膜絲的根數(shù)。

二、超濾膜分類

內(nèi)壓式和外壓式中空纖維超濾膜

    一支超濾膜由成百到上千根細(xì)小的中空纖維絲組成，一般將中空纖維膜內(nèi)徑在0.6-6mm之間的超濾膜稱為毛細(xì)管式超濾膜，毛細(xì)管式超濾膜因內(nèi)徑較大，不易被大顆粒物質(zhì)堵塞。

    按進(jìn)水方式的不同，超濾膜又分為內(nèi)壓式和外壓式兩種：

    1、 內(nèi)壓式：

    即原液先進(jìn)入中空絲內(nèi)部，經(jīng)壓力差驅(qū)動(dòng)，沿徑向由內(nèi)向外滲透過中空纖維成為透過液，濃縮液則留在中空絲的內(nèi)部，由另一端流出。

    2、外壓式:
    中空纖維超濾膜則是原液經(jīng)壓力差沿徑向由外向內(nèi)滲透過中空纖維成為透過液，而截留的物質(zhì)則匯集在中空絲的外部。
 

    三、超濾膜的性能表征
    超濾膜的性能通常是指膜的物化性能和分離透過性能，物化性能主要包括膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)藥品、耐熱溫度范圍和適用PH值范圍等，分離透過性能主要指膜的水通量和切割分子量及截留率。

    四、超濾膜材料及特性   
     主要材料：聚丙烯腈（PAN）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）等。
    PAN膜：
    ● 具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，有耐酸、耐堿以及耐水解的性能，能廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域；
    ● 膜絲具有很好的強(qiáng)度和柔韌性；
    ● 經(jīng)過親水改性，產(chǎn)水量大，并具備很強(qiáng)的抗污染性。
    ● 膜絲配方材料少，工藝容易控制，不會(huì)出現(xiàn)象PVC原料配方材料多而導(dǎo)致膜本身的異味問題。
PVDF膜：
    ●  耐紫外線，有優(yōu)良的耐污染和化學(xué)侵蝕性能；
    ●  耐熱溫度可以達(dá)到140℃，可采用超高溫的蒸汽和環(huán)氧乙烷殺菌消毒；
    ●  能在較寬的PH（1-13）范圍內(nèi)使用，可以在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿和各種有機(jī)溶劑條件下使用。

五、影響超濾膜產(chǎn)水量因素

    1、溫度對(duì)產(chǎn)水量的影響：溫度升高水分子的活性增強(qiáng)，粘滯性減小，故產(chǎn)水量增加。反之則產(chǎn)水量減少，因此即使是同一超濾系統(tǒng)在冬天和夏天的產(chǎn)水量的差異也是很大的。   
     2、操作壓力對(duì)產(chǎn)水量的影響：在低壓段時(shí)超濾膜的產(chǎn)水量與壓力成正比關(guān)系，即產(chǎn)水量隨著壓力升高隨著增加，但當(dāng)壓力值超過0.3MPa時(shí)，即使壓力再升高，其產(chǎn)水量的增加也很小，主要是由于在高壓下超濾膜被壓密而增大透水阻力所致。
    3、進(jìn)水濁度對(duì)產(chǎn)水量的影響：進(jìn)水濁度越大時(shí)，超濾膜的產(chǎn)水量越少，而且進(jìn)水濁度大更易引起超濾膜的堵塞。
    4、流速對(duì)產(chǎn)水量的影響：流速的變化對(duì)產(chǎn)水量的影響不像溫度和壓力那樣明顯，流速太慢容易導(dǎo)致超濾膜堵塞，太快則影響產(chǎn)水量。

六、綜述

    超濾膜分離技術(shù)作為二十一世紀(jì)六大高新技術(shù)之一，以其常溫、低壓操作、無相變、能耗低等顯著特點(diǎn)成為一種分離過程的標(biāo)準(zhǔn)，在歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)得到了廣泛的使用。國家科委對(duì)超濾膜分離技術(shù)的開發(fā)也非常重視，將超濾膜分離技術(shù)作為國家“七.五”和“八.五”的重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，投入大量的資金和人力，開展專項(xiàng)科技攻關(guān)項(xiàng)目，使我國的超濾技術(shù)水平迅速提高。在《“十五”國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)支持的技術(shù)領(lǐng)域》中將超濾膜技術(shù)列為火炬計(jì)劃重點(diǎn)支持的六大高新技術(shù)領(lǐng)域中重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步推進(jìn)了國內(nèi)超濾膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

    隨著制膜技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)?；钩瑸V膜性能更加穩(wěn)定，制膜成本大為降低，目前超濾膜在飲用水凈化、工業(yè)用水處理、飲料、生物、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等許多方面已得到廣泛應(yīng)用。