過(guò)濾與膜分離技術(shù)-微濾技術(shù)

—超濾與微濾膜分離技術(shù)一、超濾1.1超濾技術(shù)簡(jiǎn)介1.2超濾技術(shù)原理1.3超濾設(shè)備1.4超濾設(shè)備在生產(chǎn)中的應(yīng)用1.1超濾技術(shù)簡(jiǎn)介什么是超濾？

超濾是在壓差推動(dòng)力作用下進(jìn)行的篩孔分離過(guò)程，它介于納濾和微濾之間，膜孔范圍在1nm-0.05um.1.1超濾技術(shù)簡(jiǎn)介超濾的特點(diǎn)？1.在常溫和低壓下進(jìn)行分離。2.設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3.工藝流程簡(jiǎn)單，易于操作管理。4.超濾膜是由高分子材料制成的均勻連續(xù)體，純物理方法過(guò)濾，物質(zhì)在分離過(guò)程中不發(fā)生質(zhì)的變化，并且在使用過(guò)程中不會(huì)有任何雜質(zhì)脫落，保證超濾液的純凈。1.1超濾技術(shù)簡(jiǎn)介超濾的發(fā)展過(guò)程：1.1861年Schmidt首次公布了牛心胞薄膜截留可溶性阿拉伯膠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2.1867年，Traube制成第一次人工膜；3.1907年開(kāi)始使用“超濾”這一術(shù)語(yǔ)；4.20世紀(jì)70年代，超濾從實(shí)驗(yàn)規(guī)模進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用；我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究，隨后進(jìn)入快速發(fā)展階段。1.2超濾技術(shù)原理超濾膜篩分過(guò)程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過(guò)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(guò)而成為透過(guò)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)原液的凈化、分離和濃縮的目的。1.2超濾技術(shù)原理傳質(zhì)模型種類：

篩子模型

細(xì)孔模型

超濾原理是在常溫下以一定壓力和流量，利用不對(duì)稱微孔結(jié)構(gòu)和半透膜介質(zhì)，依靠膜兩側(cè)的壓力差作為推動(dòng)力，以錯(cuò)流方式進(jìn)行過(guò)濾，使溶劑及小分子物質(zhì)通過(guò)，大分子物質(zhì)和微粒子如蛋白質(zhì)、水溶性高聚物、細(xì)菌等被濾膜阻留，從而達(dá)到分離、分級(jí)、純化、濃縮目的的一種新型膜分離技術(shù)。1.2超濾技術(shù)原理影響超濾的因素：1、操作壓力2、操作溫度3、料液流速4、料液的預(yù)處理1.3超濾設(shè)備：1.3超濾構(gòu)造與組成平板式膜組件1.3超濾構(gòu)造與組成卷式膜組件1.3超濾構(gòu)造與組成中空纖維式膜組件1.3超濾構(gòu)造與組成超濾流程間歇錯(cuò)流截留液全循環(huán)截留液部分循環(huán)1.3超濾構(gòu)造與組成超濾流程連續(xù)錯(cuò)流單段連續(xù)操作多段連續(xù)操作1.3超濾構(gòu)造與組成超濾膜1.3超濾構(gòu)造與組成超濾膜制備有機(jī)高分子超濾膜采用相轉(zhuǎn)化法、拉伸法、復(fù)合膜法、燒結(jié)法、核徑跡法等無(wú)機(jī)超濾膜采用固體粒子燒結(jié)法、溶膠凝膠法、陽(yáng)極氧化法、動(dòng)態(tài)膜法、薄膜沉積法、水熱法等；1.3超濾構(gòu)造與組成超濾膜污染控制膜污染的定義:

指處理物料中的微粒，膠體粒子或溶質(zhì)大分子，由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性的不可逆變化。2.造成膜污染的主要原因：料液性質(zhì)膜及膜組件性質(zhì)操作條件1.3超濾構(gòu)造與組成超濾膜污染控制1、膜的壓差較低時(shí)，膜自身的機(jī)械阻力和膜污染阻力占主導(dǎo)地位，應(yīng)盡量減少膜污染阻力來(lái)提高膜的運(yùn)行水平膜材料：與溶質(zhì)電荷相同的強(qiáng)親水和強(qiáng)疏水性膜較耐污染；膜孔徑：一般選孔徑比被截留粒子尺寸小一個(gè)數(shù)量級(jí)的膜；溶液pH值：一般把它調(diào)至遠(yuǎn)離等電點(diǎn)，可減少污染；鹽：自身沉積或改變蛋白質(zhì)性質(zhì)而產(chǎn)生膜污染；溫度：適宜的料液溫度會(huì)減少膜的污染。1.3超濾構(gòu)造與組成超濾膜污染控制2、膜的壓差較高時(shí)，濃差極化產(chǎn)生的阻力占主導(dǎo)地位，此時(shí)應(yīng)著重減少濃差極化阻力，其措施主要是：增大料液流速；升高料液溫度；選擇合適的膜組件結(jié)構(gòu)3、膜壓差很高時(shí)，凝膠層阻力占主導(dǎo)地位，凝膠層是由濃差極化造成的，所以防止凝膠層的形成應(yīng)盡量控制濃差極化。1.4超濾應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域1、工業(yè)廢水處理（1）還原性染料廢水處理；（2）電泳涂漆廢水處理；（3）含乳化油廢水處理；（4）生活污水處理2、食品工業(yè)中的應(yīng)用3、高純水制備中的應(yīng)用4、生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用1.4超濾應(yīng)用MBR處理污水工藝流程生活污水與工業(yè)廢水處理1.4超濾應(yīng)用超濾在除鹽中作反滲透（RO）的預(yù)處理1.4超濾應(yīng)用超濾在飲用水處理中的應(yīng)用二、微濾2.1微濾技術(shù)簡(jiǎn)介2.2微濾技術(shù)原理2.3微濾設(shè)備2.4微濾設(shè)備在生產(chǎn)中的應(yīng)用2.1微濾技術(shù)簡(jiǎn)介定義：

微濾又稱微孔過(guò)濾，屬于精密過(guò)濾。微濾能夠過(guò)濾掉溶液中的微米級(jí)或納米級(jí)的微粒和細(xì)菌。2.1微濾技術(shù)簡(jiǎn)介1.1超濾技術(shù)簡(jiǎn)介發(fā)展19世紀(jì)中葉開(kāi)始出現(xiàn)微濾膜技術(shù)；20世紀(jì)初開(kāi)始對(duì)該技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究；20世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)入飛躍發(fā)展階段；我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)五、六十年代，80年代初期開(kāi)始起步并得到快速發(fā)展。2.2微濾技術(shù)原理微濾的分離機(jī)理是篩分機(jī)理，膜的物理結(jié)構(gòu)起決定性作用。此外，吸附和電性能對(duì)截留也有影響。微濾膜的截留分表面層截留和內(nèi)部截留兩種：表面層截留：機(jī)械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架橋作用膜內(nèi)部截留：膜的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用，是指將微粒截留在內(nèi)部而不是在膜的表面2.2微濾技術(shù)原理超濾與微濾的區(qū)別1.微濾最適合液體介質(zhì)的降濁、除菌處理，而超濾主要可用于對(duì)低分子溶解物與有機(jī)大分子的分離。2.微濾膜一般指孔徑在0.02-1μm，高度均勻，具有篩網(wǎng)特征的多孔固體連續(xù)相，而超濾的孔徑為0.002-0.2μm，在進(jìn)行分離時(shí)的壓力也分別為0.01-0.3Mpa和0.2-1.0Mpa。3.微濾膜透過(guò)物質(zhì)主要是水、溶液和溶解物。被截留物質(zhì)主要是懸浮物、細(xì)菌類、微粒子。超濾膜透過(guò)物質(zhì)主要是水、溶劑、離子和小分子，被截留物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)、各類酶、細(xì)菌、病毒、乳膠、微粒子、過(guò)濾精度為10-4cm~10-7cm；利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體進(jìn)行分離，其分子切割量（CWCO）一般為6000~50萬(wàn)，孔徑為100nm。2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成無(wú)流動(dòng)操作（靜態(tài)過(guò)濾或死端過(guò)濾）錯(cuò)流操作（動(dòng)態(tài)過(guò)濾）微濾操作模式2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜的分類：按形態(tài)結(jié)構(gòu)可分兩類對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜按材料可分兩類有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜微濾膜的結(jié)構(gòu)：具有毛細(xì)管狀孔結(jié)構(gòu)的篩網(wǎng)型微孔濾膜具有曲孔的深度型微孔濾膜微濾膜分類2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜特點(diǎn)微濾主要以篩分機(jī)理截留粒子而分離，所有比膜孔徑大的粒子全部截留，其他深層過(guò)濾介質(zhì)達(dá)不到絕對(duì)截留的要求孔徑分部均勻，過(guò)濾精度高，可靠性強(qiáng)孔隙率高，過(guò)濾速度快微濾膜整體性強(qiáng)，不脫落，不對(duì)物料產(chǎn)生二次污染，且膜層薄，對(duì)物料吸附少，減少損失與其它深層過(guò)濾方法結(jié)合使用，可延長(zhǎng)微濾膜使用壽命。2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜材料對(duì)于微濾膜，選擇膜材料時(shí)材料的加工要求、耐污染能力和其化學(xué)及熱穩(wěn)定性等是主要的考慮因素2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜制備微濾膜的制備包括燒結(jié)法、拉伸法、相轉(zhuǎn)化法、徑跡蝕刻法和溶膠凝膠法等2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜污染控制微濾膜的污染與過(guò)濾阻力主要是來(lái)自于被截留的溶質(zhì)或顆粒在膜的表面形成的濃差極化和濾餅層阻力及顆粒在膜微孔中的吸附和堵塞。減少膜污染的措施——料液的預(yù)處理：絮凝沉淀、多介質(zhì)機(jī)械過(guò)濾、熱處理、調(diào)pH值、加配位劑（EDTA等）、氯化、活性炭吸附、化學(xué)處理、精密過(guò)濾等。膜的運(yùn)行方式：死端過(guò)濾膜通量減小快，一般應(yīng)選用錯(cuò)流過(guò)濾的運(yùn)行方式。膜組件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：通過(guò)提高傳質(zhì)系數(shù)（如高流速等）和使用較低通量的膜可以減少濃差極化，采用端流強(qiáng)化器也可以減少膜的污染。電場(chǎng)作用：通過(guò)電場(chǎng)作用促進(jìn)膜表面聚集的帶電微粒向料流主體遷移，從而增加其傳質(zhì)系數(shù)，也可減少膜的污染。2.3微濾結(jié)構(gòu)與組成微濾膜清洗物理清洗包括水力學(xué)反沖洗和氣體反沖洗?；瘜W(xué)清洗包括酸堿液、表面活性劑、氧化劑、酶、配合