微濾——分離工程

1、微濾 定義 原理 微濾膜 應用 前景Contents一一.微濾定義微濾定義 Microfiltration，MF，又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，一般精度范圍為0.1微米以上，能夠過濾微米（micron）級的微粒和細菌，能夠截留溶液中的沙礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱孢子蟲、藻類和一些細菌等，而大量溶劑、小分子及大分子溶質(zhì)都能透過的膜的分離過程。微濾與反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）均屬于壓力驅(qū)動型膜分離技術，而且在反滲透（RO）、超濾（UF）和微濾（MF）三種主要的膜分離技術中，以微濾的應用最為廣泛。水分子反滲透，0.1nm-1nm鹽，金屬離子，礦物質(zhì)納濾，0.5nm-5nm糖，染

2、料，表面活性劑，礦物質(zhì)超濾，5nm-50nm乳化油，顏料，膠體微濾，0.1-10um細菌，懸浮物 篩分過程，操作壓力一般在0.07-0.7MPa，原料液在靜壓差作用下，透過一種過濾材料。過濾材料包括：折疊濾芯、熔噴濾芯、布袋式除塵器等。通過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜（微孔膜的規(guī)格目前有十多種，孔徑范圍為0.1100 m，膜厚120150微米），利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜從而被去除。決決定膜的分離效果的是膜的物理結(jié)構，孔的形狀和大小定膜的分離效果的是膜的物理結(jié)構，孔的形狀和大小。二二.微濾膜過濾原理微濾膜過濾原理MFMF分離機理可分兩大類：分離機理可分兩大類

3、：（1）膜表面層截留：又分有機械截留（篩分截留),指MF膜將尺寸大于其孔徑的微粒等雜質(zhì)截留；吸附截留，指MF膜將尺寸小于其孔徑的微粒通過物理或化學作用吸附而截留；架橋截留，指固體顆粒在膜的微孔入口因架橋作用而被截留。（2）膜內(nèi)部截留（也稱為網(wǎng)絡截留），這種截留發(fā)生在膜的內(nèi)部，往往是由于膜孔的曲折而形成。 微濾膜過濾方式圖8錯流過濾終端過濾9兩種微濾過程的通量與濾餅厚度隨時間的變化關系兩種微濾過程的通量與濾餅厚度隨時間的變化關系終終端端過過濾濾錯錯流流過過濾濾微濾膜種類微濾膜種類 按膜形式來分：平板膜、中空纖維式、熔噴式（PP棉）、線繞式、折疊微濾膜 按膜材料來分：有機膜（PP、PVC、PVDF

4、、PES等）、無機膜（陶瓷膜、氧化鋁膜） 熔噴PP棉相對于聚合物材料，無機膜材料有其相對于聚合物材料，無機膜材料有其顯著的三大特點，顯著的三大特點，熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度和機械強度。即可據(jù)實際需求選擇所要的。即可據(jù)實際需求選擇所要的無機膜材料：玻璃、金屬、陶瓷、炭和沸無機膜材料：玻璃、金屬、陶瓷、炭和沸石及其他廉價無機物等。石及其他廉價無機物等。無機材料的化學無機材料的化學穩(wěn)定性也很突出，通常適用于任何穩(wěn)定性也很突出，通常適用于任何pH范圍范圍和有機溶劑，也不會產(chǎn)生微生物引起的生和有機溶劑，也不會產(chǎn)生微生物引起的生化降解等?；到獾?。無機材料大多硬而脆，可承受高壓和

5、無機材料大多硬而脆，可承受高壓和自支撐自支撐。平板膜中空纖維無機陶瓷膜三三.微濾膜微濾膜 對于MF膜，比較公認的有兩種結(jié)構，一種稱為“篩分篩分”膜膜(screen membranes)，它擁有幾乎完美的圓柱形孔，這些孔或多或少與膜表面垂直并隨機分散。用核刻蝕法制備的PC膜即屬該類。 另一種是“深層深層”膜膜(depth membranes)，其孔是彎曲不規(guī)則的，膜的表面也很粗糙，一部分孔的路徑與膜表面是平行的。通常的商品PVC、PVDF、PTFE、CA、PES和PP等材質(zhì)膜即屬該類。篩篩分分膜膜深深層層膜膜(a)Screenfiltration(b)Depthfiltration膜結(jié)構膜結(jié)構M

6、F的特點的特點 與深層過濾介質(zhì)如硅藻土、沙、無紡布相比，MF膜有以下幾個特點：屬于絕對過濾介質(zhì)孔徑均勻，過濾精度高厚度薄，吸附量小。MF膜的厚度一般為10200m。通量大。由于MF膜的孔隙率高，因此在同等過濾精度下，流體的過濾速度比常規(guī)過濾介質(zhì)高幾十倍。無介質(zhì)脫落，不產(chǎn)生二次污染。顆粒容納量小，易堵塞。微孔膜的缺點微孔膜的缺點顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞；使用時必須有前道過濾的配合，使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。否則無法正常工作。四四.膜膜污染污染定義定義由于與膜存在物化作用或機械作用，進料由于與膜存在物化作用或機械作用，進料中的微粒、膠體或溶質(zhì)在膜表面或孔內(nèi)

7、發(fā)中的微粒、膠體或溶質(zhì)在膜表面或孔內(nèi)發(fā)生吸附、凝聚和沉積，使膜孔徑變窄或堵生吸附、凝聚和沉積，使膜孔徑變窄或堵塞，其透過通量和分離性能也有不可逆的塞，其透過通量和分離性能也有不可逆的變化，這一現(xiàn)象謂之膜污染變化，這一現(xiàn)象謂之膜污染。膜污染的影響因素膜污染的影響因素1膜的物化性質(zhì)膜的物化性質(zhì)膜的親水性和表面張力親水性好的膜膜的親水性和表面張力親水性好的膜，膜表面與水成氫鍵，膜表面與水成氫鍵，不疏水溶質(zhì)接近膜表面時，要打破這一氫鍵結(jié)合，這需能量，不疏水溶質(zhì)接近膜表面時，要打破這一氫鍵結(jié)合，這需能量，膜耐污染；而膜耐污染；而疏水膜疏水膜表面無氫鍵形成，疏水溶質(zhì)接近膜表面表面無氫鍵形成，疏水溶質(zhì)接近膜

8、表面時，擠開水是一熵增大過程，易進行，則膜易被污染。時，擠開水是一熵增大過程，易進行，則膜易被污染。膜的荷電性膜的荷電性荷電膜荷電膜處理同離子溶質(zhì)的料液，由于荷電排斥，處理同離子溶質(zhì)的料液，由于荷電排斥，也不易污染。也不易污染。2膜的結(jié)構膜的結(jié)構對稱結(jié)構的膜耐污染不如相同孔徑的不對稱膜；對稱結(jié)構的膜耐污染不如相同孔徑的不對稱膜；兩面雙皮層的膜耐污染不如相同孔徑的單皮層的膜；兩面雙皮層的膜耐污染不如相同孔徑的單皮層的膜；膜孔徑分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；膜孔徑分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；表面光滑的膜耐污染性好。表面光滑的膜耐污染性好。3進料的組成和性質(zhì)進料的組成和性質(zhì)進料會與

9、膜有相互作用：進料會與膜有相互作用：靜電作用：膜表面電荷與溶液中荷電介質(zhì)相同時，相互排靜電作用：膜表面電荷與溶液中荷電介質(zhì)相同時，相互排斥，膜不易被污染；反之則易被污染；斥，膜不易被污染；反之則易被污染；范氏壓力：溶質(zhì)和膜親水，則之間吸引力弱，溶質(zhì)不易污范氏壓力：溶質(zhì)和膜親水，則之間吸引力弱，溶質(zhì)不易污染膜；染膜；其他：進料濃度，溫度，其他：進料濃度，溫度，pH，離子強度，溶質(zhì)分子大小和，離子強度，溶質(zhì)分子大小和形狀等。形狀等。膜污染的控制膜污染的控制據(jù)影響污染的因素，相應的控制污染的方法如下：據(jù)影響污染的因素，相應的控制污染的方法如下：膜材料的選擇、注意材料的親水性和荷電性等；膜材料的選擇、

10、注意材料的親水性和荷電性等；選擇合適結(jié)構的膜，包括膜的對稱性，皮層結(jié)選擇合適結(jié)構的膜，包括膜的對稱性，皮層結(jié)構，孔徑大小及其分布，膜表面粗糙度等；構，孔徑大小及其分布，膜表面粗糙度等；選擇合適的膜組件，合適的操作參數(shù)（如壓力，選擇合適的膜組件，合適的操作參數(shù)（如壓力，流速，回收率等）；流速，回收率等）；選擇合適的進料的濃度，選擇合適的進料的濃度，pH，溫度，離子強度，溫度，離子強度等。等。膜的清洗膜的清洗膜清洗必要性和注意事項膜清洗必要性和注意事項 必要性：消除污染物，使水通量恢復，使膜必要性：消除污染物，使水通量恢復，使膜壽命延長，能耗降低等。壽命延長，能耗降低等。 注意事項：注意事項： 1

11、)膜的物化特性，如耐溫，耐酸、堿，耐氧膜的物化特性，如耐溫，耐酸、堿，耐氧化性等；化性等； 2)污染物特性，如種類，可溶解性，可氧化污染物特性，如種類，可溶解性，可氧化性，可酶解性等。性，可酶解性等。五五.微濾微濾的應用的應用原水原水絮凝沉淀絮凝沉淀砂、無煙煤過濾砂、無煙煤過濾加氯消毒殺菌加氯消毒殺菌預過濾預過濾RO陽床陽床陰床陰床陰陽混床陰陽混床MF用戶用戶電子工業(yè)超純水制備流程電子工業(yè)超純水制備流程 1.電子工業(yè)微濾在電子工業(yè)純水制備中主要有兩方面的作用：第一，在反滲透或電滲析前作為保安過濾器，用以去除細小的懸浮物；第二，在陰、陽或混合交換柱后，作為最后一級終端過濾手段，濾除樹脂碎片或細菌

12、等雜質(zhì)。 PP棉濾芯增壓泵前置活性炭濾芯后置活性炭濾芯反滲透濾芯壓力罐鵝頸龍頭高壓開關單向快接雙進水電磁閥自來水進口廢水出口廢水比電磁閥在家庭生活中的應用在家庭生活中的應用 由于我國城市自來水供給系統(tǒng)在輸送過程中的不完善，我們?nèi)粘ｏ嬘玫淖詠硭嬖谥挝廴镜膯栴}，這對我們的人身健康帶灰很大的隱患。采用MF技術制造的家用凈水器，通過MF膜的過濾不僅能有效去除水中的鐵銹、泥沙等肉眼可見物，還能截留住水中的細菌、大腸桿菌等。微濾技術PP棉顆?；钚蕴繜栈钚蕴?. 食品、飲料工業(yè) 食品、釀酒業(yè)、麥芽釀造及軟飲料工業(yè)的生產(chǎn)過程需要大量水并產(chǎn)生大量的廢水，最近幾年最明顯的趨勢是重視啤酒生產(chǎn)廢水的再利用

13、。對于不涉及啤酒生產(chǎn)過程的清潔用水使用情況，使用砂濾已足以將大量的懸浮物去除，但作為瓶裝沖洗水以及在生產(chǎn)過程中涉及原料的用水必須保證合格的水質(zhì)，經(jīng)厭氧生物處理后的出水再經(jīng)過連續(xù)微濾處理和消毒即可回用，可有效地脫除釀造行業(yè)中的酵母、霉菌以及其他微生物，得到的濾過液清澈、透明、保質(zhì)期長，這是一個經(jīng)濟有效的解決方案，可實現(xiàn)零排放。原料原料糖化糖化發(fā)酵發(fā)酵后發(fā)酵后發(fā)酵硅藻土過濾硅藻土過濾膜過濾膜過濾緩沖罐緩沖罐膜過濾膜過濾罐裝罐裝鮮生啤酒生產(chǎn)中膜過濾流程鮮生啤酒生產(chǎn)中膜過濾流程4. 油田采出水處理 國內(nèi)大部分油井采出的表層原油大都是油水共存的，經(jīng)油水分離后，采出水要回灌到地層深處，以防地殼下沉。采用聚

14、丙烯中空纖維微濾裝置作為終端裝置，其出口水可完全達到回灌要求。3. 醫(yī)藥衛(wèi)生 在醫(yī)藥行業(yè)，微濾的作用主要是分離病毒、細菌、膠體及懸浮微粒，以分離溶液中大于0.05um的微細粒子為特征，切割分子量值大于100萬。在水精制、藥物中細菌和微粒的去除、生物和微生物的檢測、化驗以及醫(yī)學的診斷的方面，微濾都顯示出其獨特的功效，因此它的應用范圍十分廣泛。微濾技術是膜分離過程中應用最廣的一種，它具有精密性高、經(jīng)濟價值大的特點。目前，微濾技術主要用于制藥工業(yè)的除菌過濾、電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)所用水、氣、試劑的純化過濾及超純水生產(chǎn)的終端過濾，而城市污水處理、反滲透脫鹽的預處理及廢水處理是微濾技術應用的兩大潛力市場。從微濾技術發(fā)展的歷程和趨勢可以看出微濾技術總體上發(fā)展前景較好，但就局部及其應用的某一些領域來說，微濾技術尚存在一些問題如明膠和葡萄糖澄清中，微濾技術應用存在黏度高的問題，它在白酒澄清中存在膜污染等問題。概括地說，微濾技術在各行業(yè)的應用中存在的問題主要有：一是技微濾技術在各行業(yè)的應用中存在的問題主要有：一是技術問題；二是經(jīng)濟問題。技術問題是