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超濾膜的原理、分類及特性

時間:2013/9/4閱讀:3531

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)動力,以超濾膜為過濾介質(zhì),在一定的壓力下,當原液流過膜表面時,超濾膜表面密布的許多細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)則被截留在膜的進液側(cè),成為濃縮液,因而實現(xiàn)對原液的的凈化、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物。


  1、超濾膜的制水流程
    自來水先進入超濾膜管內(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。而細菌、鐵銹、膠體、泥沙、懸浮物、大分子有機物等有害物質(zhì)則被截留在超濾膜管內(nèi),在超濾膜進行沖洗時排出。

    2、超濾膜沖洗流程

    超濾膜使用一段時間后,被截留下來的細菌、鐵銹、膠體、懸浮物、大分子有機物等有害物質(zhì)會依附在超濾膜的內(nèi)表面,使超濾膜的產(chǎn)水量逐漸下降,尤其是自來水質(zhì)污染嚴重時,更易引起超濾膜的堵塞,定期對超濾膜進行沖洗可有效恢復膜的產(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)過濾直接進入到透過液中。

 

    4、超濾膜濾芯膜絲總面積的計算:
    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管式超濾膜,毛細管式超濾膜因內(nèi)徑較大,不易被大顆粒物質(zhì)堵塞。

    按進水方式的不同,超濾膜又分為內(nèi)壓式和外壓式兩種:

    1、 內(nèi)壓式:

    即原液先進入中空絲內(nèi)部,經(jīng)壓力差驅(qū)動,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械強度、耐化學藥品、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;
    ● 膜絲具有很好的強度和柔韌性;
    ● 經(jīng)過親水改性,產(chǎn)水量大,并具備很強的抗污染性。
    ● 膜絲配方材料少,工藝容易控制,不會出現(xiàn)象PVC原料配方材料多而導致膜本身的異味問題。
PVDF膜:
    ●  耐紫外線,有優(yōu)良的耐污染和化學侵蝕性能;
    ●  耐熱溫度可以達到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,可以在強酸和強堿和各種有機溶劑條件下使用。

 

五、影響超濾膜產(chǎn)水量因素


    1、溫度對產(chǎn)水量的影響:溫度升高水分子的活性增強,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、操作壓力對產(chǎn)水量的影響:在低壓段時超濾膜的產(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,但當壓力值超過0.3MPa時,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、進水濁度對產(chǎn)水量的影響:進水濁度越大時,超濾膜的產(chǎn)水量越少,而且進水濁度大更易引起超濾膜的堵塞。
    4、流速對產(chǎn)水量的影響:流速的變化對產(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、能耗低等顯著特點成為一種分離過程的標準,在歐美等發(fā)達國家和地區(qū)得到了廣泛的使用。國家科委對超濾膜分離技術(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”的重點科技攻關(guān)項目,投入大量的資金和人力,開展專項科技攻關(guān)項目,使我國的超濾技術(shù)水平迅速提高。在《“十五”國家火炬計劃重點支持的技術(shù)領(lǐng)域》中將超濾膜技術(shù)列為火炬計劃重點支持的六大高新技術(shù)領(lǐng)域中重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè),進一步推進了國內(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)?;?,使超濾膜性能更加穩(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。

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