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    超濾與納濾區別

    2012-07-16 20:15:19
     超过滤(簡稱超濾)和微孔過濾(簡稱微濾)也是以壓力差爲推動力的膜分離過程,一般用于液相分離,也可用于氣相分離,比如空氣中細菌與微粒的去除。超濾所用的膜爲非對稱膜,其表面活性分離層平均孔徑約爲10一200A,能夠截留分子量爲500以上的大分子與膠體微粒,所用操作壓差在0.1—0.5MPa。原料液在壓差作用下,其中溶劑透過膜上的微孔流到膜的低限側,爲透過液,大分子物質或膠體微粒被膜截留,不能透過膜,從而實現原料液中大分子物質與膠體物質和溶劑的分離。超濾膜對大分子物質的截留機理主要是篩分作用,決定截留效果的主要是膜的表面活性層上孔的大小與形狀。除了篩分作用外,膜表面、微孔內的吸附和粒子在膜孔中的滯留也使大分子被截留。實踐證明,有的情況下,膜表面的物化性質對超濾分離有重要影響,因爲超濾處理的是大分子溶液,溶液的滲透壓對過程有影響。從這一意義上說,它與反滲透類似。但是,由于溶質分子量大、滲透壓低,可以不考慮滲透壓的影響。微濾所用的膜爲微孔膜,平均孔徑0.02—10 ,能夠截留直徑0.05—10 的微粒或分子量大于100萬的高分子物質,操作壓差一般爲0.01~0.2MPa。原料液在壓差作用下,其中水(溶劑)透過膜上的微孔流到膜的低壓側,爲透過液,大于膜孔的微粒被截留,從而實現原料液中的微粒與溶劑的分離。

            微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用,决定膜的分离效果是膜的物理结构,孔的形状和大小。超滤膜一般为非对称膜,其制造方法与反渗透法类似。超滤膜的活性分离层上有无数不规则的小孔,且孔径大小不一,很难确定其孔径,也很难用孔径去判断其分离能力,故超滤膜的分离能力均用截留分子量来予以表述。定义能截留90%的物質的分子量爲膜的截留分子量。工業産品一般均是用截留分子量方法表示其産品的分離能力,但用截留分子量表示膜性能亦不是完美的方法,因爲除了分子大小以外,分子的結構形狀,剛性等對截留性能也有影響,顯然當分子量一定,剛性分子較之易變形的分子,球形和有側鏈的分子較之線性分子有更大的截留率。目前用作超濾膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素等。微濾膜一般均爲均勻的多孔膜,孔徑較大,可用多種方法測定,可直接用測得的孔徑來表示其膜孔的大小。
             超滤、微滤和反渗透均是以压差作为推动力的膜分离过程,它们组成了可以分离溶液中的离子、分子、固体微粒的这样一个三级分离过程。根据所要分离物质的不同,选用不同的方法。但也需说明,这三种分离方法之间的分界并不十分严格。
            过程与操作 與反滲透過程相似,微濾、超濾過程也必須克服濃差極化和膜孔堵塞帶來的影響。一般而言,超濾和微濾的膜孔堵塞問題十分嚴重,往往需要高壓反沖技術予以再生。因此在設計微濾、超濾過程時,除象設計反滲透過程一樣,注意膜面流速的選擇,料液的湍動、預處理以及膜的清洗等因素以外,尚需特別注意對膜的反沖洗以恢複膜的通量。由于超濾過程膜通量遠高于反滲透過程,因此其濃差極化更爲明顯,很容易在膜面形成一層凝膠層,此後膜通量將不再隨壓差增加而升高,這一滲透量稱之爲臨界滲透通量。對于一定濃度的某種溶液而言,壓差達到一定值後滲透通量達到臨界值,所以實際操作應選在接近臨界滲透通量附近操作,此時壓差一般在0.4—0.6MPa,過高的壓力不僅無益而且有害。超濾過程操作一般均呈錯流,即料液與膜面平行流動,料液流速影響著膜面邊界層的厚度,提高膜面流速有利于降低濃差極化影響,提高過濾通量,這與反滲透過程機理是類似的。
           微滤过程以前大都采用折褶筒过滤,属终端过滤,对于固相含量高的料液无法处理,近年来发展起来的错流微滤技术的过滤过程类似于反渗透和超滤,设计时可以借鉴。微滤、超滤过程的操作压力、温度以及料液预处理、膜清洗过程的原理与反渗透极为相似,但其操作过程亦有自己的特点。
           超滤过程流程与反渗透类似,采用错流操作,常用的操作模式有三种。
            ⑴、单段间歇操作:在超滤过程中,为了减轻浓差极化的影响,膜组件必需保持较高的料液流速,但膜的渗透通量较小,所以料液必需在膜组件中循环多次才能使料液浓缩到要求的程度,这是工业过滤装置*基本的特征。圖示兩種回路的區別在于閉式回路中料液從膜組件出來後不進料液槽而直接流至循環泵人口,這樣輸送大量循環液所需能量僅僅是克服料液流動系統的能量損失,而開式回路中的循環泵除了需提供料液流動系統的能量損失外,還必需提供超濾所需的推動力即壓差,所以閉式回路的能耗低。間歇操作適用于實驗室或小規模間歇生産産品的處理。
           ⑵、单段连续操作:与间歇操作相比,其特点是超滤过程始终处于接近浓缩液的浓度下进行,因此渗透量与截留率均较低,为了克服此缺点,可采用多段连续操作。
          ⑶、多段连续操作:各段循环液的浓度依次升高,*后一段引出浓缩液,因此前面几段中料液可以在较低的浓度下操作。
          这种连续多段操作适用于大规模工业生产。应用
         1)、超濾的應用超濾技術廣泛用于微粒的脫除,包括細菌、病毒、熱源和其它異物的除去,在食品工業、電子工業、水處理工程、醫藥、化工等領域已經獲得廣泛的應用,並在快速發展著。在水處理領域中,超濾技術可以除去水中的細菌、病毒、熱源和其它膠體物質,因此用于制取電子工業超純水、醫藥工業中的注射劑、各種工業用水的淨化以及飲用水的淨化。在食品工業中,乳制品、果汁、酒、調味品等生産中逐步采用超濾技術,如牛奶或乳清中蛋白和低分子量的乳糖與水的分離,果汁澄清和去菌消毒,酒中有色蛋白、多糖及其它膠體雜質的去除等,醬油、醋中細菌的脫除,較傳統方法顯示出經濟、可靠、保證質量等優點。在醫藥和生物化工生産中,常需要對熱敏性物質進行分離提純,超濾技術對此顯示其突出的優點。用超濾來分離濃縮生物活性物(如酶、病毒、核酸、特殊蛋白等)是相當合適的從動、植物中提取的藥物(如生物堿、荷爾蒙等),其提取液中常有大分子或固體物質,很多情況下可以用超濾來分離,使産品質量得到提高。在廢水處理領域,超濾技術用于電鍍過程淋洗水的處理是成功的例子之一。在汽車和家具等金屬制品的生産過程中,用電泳法將塗料沉積到金屬表面上後,必需用清水將産品上吸著的電鍍液洗掉。洗滌得到含塗料1~2%的淋洗廢水,用超濾裝置分離出清水,塗料得到濃縮後可以重新用于電塗,所得清水也可以直接用于清洗,即可實現水的循環使用。目前國內外大多數汽車工廠使用此法處理電塗淋洗水。超濾技術也可用于紡織廠廢水處理。紡織廠退漿液中含有聚乙烯醇(PVA),用超濾裝置回收PVA,清水回收使用,而濃縮後的PVA濃縮液可重新上漿使用。隨著新型膜材料(功能高分子、無機材料)的開發,膜的耐溫、耐壓、耐溶劑性能得以大幅度提高,超濾技術在石油化工、化學工業以及更多的領域應用將更爲廣泛。
          2)、微濾的應用微濾主要用于除去溶液中大于0.05 左右的超細粒子,其應用十分廣泛,在目前膜過程面業銷售額中占首位。在水的精制過程中,微濾技術可以除去細菌和固體雜質,可用于醫藥、飲料用水的生産。在電子工業超純水制備中,微濾可用于超濾和反滲透過程的預處理和産品的終端保安過濾。微濾技術亦可用于啤酒、黃酒等各種酒類的過濾,以除去其中的酵母、黴菌和其它微生物,使産品澄清,並延長存放期。微濾技術在藥物除菌、生物檢測等領域也有廣泛的應用。
     

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