超濾設備:
超濾又稱(chēng)超過(guò)濾,用于截留水中膠體大小的顆粒,而水和低分子量溶質(zhì)則允許透過(guò)膜。超濾的機理是指由膜表面機械篩分、膜孔阻滯和膜表面及膜孔吸附的綜合效應,以篩濾為主。
原理:
超濾膜篩分過(guò)程,以膜兩側的壓力差為驅動(dòng)力,以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì),在一定的壓力下,當原液流過(guò)膜表面時(shí),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(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,成為濃縮液,因而實(shí)現對原液的凈化、分離和濃縮的目的。
超濾膜與超濾裝置:
①超濾膜的種類(lèi):
常用的超濾膜有:醋酸纖維素膜,聚砜膜,聚酰胺膜
②超濾裝置:主要有板框式、管式、卷式和中空纖維式等,與反滲透裝置類(lèi)似。
Ⅰ板框式超濾裝置
優(yōu)點(diǎn):裝置牢固,適合在廣泛的壓力范圍內工作;流道間隙大小可調,原水流道不易被雜物堵塞;具有可拆性,清洗方便;通過(guò)增減膜及支撐板的數量可處理不同水量。
缺點(diǎn):裝置較笨重;單位體積內的有效膜面積較??;膜的強度要求較高,一般做在無(wú)紡布上,以增強膜的機械性能。
Ⅱ管式超濾裝置
優(yōu)點(diǎn):原液流道截留面積較大,不易堵塞;膜面的清洗比較容易,可化學(xué)清洗或擦洗。
缺點(diǎn):?jiǎn)挝惑w積內膜的充填密度較低,占地面積大;膜管的彎頭及連接件多,設備安裝費時(shí)。
Ⅲ卷式超濾裝置
優(yōu)點(diǎn):?jiǎn)挝惑w積內的有效膜面積較大,水在膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好,結構緊湊,占地面積較小。缺點(diǎn):進(jìn)水預處理要求嚴格,對所用的膜強度要求較高,使用過(guò)程中,一旦發(fā)現膜破損須更換新的膜元件。
Ⅳ中空纖維式超濾裝置:
優(yōu)點(diǎn):?jiǎn)挝惑w積內有效膜面積最大,工作效率最高,占地面積小。中空纖維無(wú)須支撐物。
缺點(diǎn):膜的清洗較困難,只能用水力沖洗或化學(xué)清洗,不能用機械清洗,另外,中空纖維膜損壞后要更換整個(gè)組件。
超濾工藝參數:
主要參數有膜通量、膜清洗和膜壽命。
在操作壓力為0.11~0.6Mpa,溫度小于60℃時(shí),超濾膜的膜通量以1~500L/m2h為宜。影響膜通量的因素有:進(jìn)水流速、操作壓力、溫度、進(jìn)水濃度和原水預處理等。
膜必須定期清洗,以延長(cháng)膜的壽命,正常使用的膜的壽命為12~18個(gè)月。
超濾在廢水處理中的應用:
如今已應用在汽車(chē)制造行業(yè)噴漆廢水、金屬加工廢水以及食品工業(yè)廢水的處理及有用物質(zhì)的回收。
超濾原理也是一種膜分離過(guò)程原理,超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。通過(guò)膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過(guò)膜表面時(shí),水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過(guò)膜,而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留,從而使水得到凈化。也就是說(shuō),當水通過(guò)超濾膜后,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時(shí)可去除大量的有機物等。
超濾原理并不復雜。在超濾過(guò)程中,由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累,會(huì )產(chǎn)生濃差極化現象,當膜面溶質(zhì)濃度達到某一極限時(shí)即生成凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的應用受到一定程度的限制。為此,需通過(guò)試驗進(jìn)行研究,以確定最佳的工藝和運行條件,最大限度地減輕濃差極化的影響,使超濾成為一種可靠的反滲透預處理方法。
a. 超濾與傳統的預處理工藝相比,系統簡(jiǎn)單、操作方便、占地小、投資省、且水質(zhì)極優(yōu),可滿(mǎn)足各類(lèi)反滲透裝置的進(jìn)水要求。
b. 合理地選擇運行條件和清洗工藝,可完全控制超濾的濃差極化問(wèn)題,使此預處理方法更可靠。
c.超濾對水中的各類(lèi)膠體均具有良好的去除特性,因而可以考慮擴大到凝結水精處理及離子交換除鹽系統的預處理中。
在超濾過(guò)程中,水深液在壓力推動(dòng)下,流經(jīng)膜表面,小于膜孔的深劑(水)及小分子溶質(zhì)透水膜,成為凈化液(濾清液),比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團被截留,隨水流排出,成為深縮液。超濾過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾,分離是在流動(dòng)狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積,超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡,且通過(guò)清洗可以恢復。
超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的,膜孔徑在20-1000A°之間。中空纖維超濾器(膜)具有單位溶器內充填密度高,占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
超濾技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
與傳統分離方法相比,超濾技術(shù)具有以下特點(diǎn):
1. 濾過(guò)程是在常溫下進(jìn)行,條件溫和無(wú)成分破壞,因而特別適宜對熱敏感的物質(zhì),如藥物、酶、果汁等的分離、分級、濃縮與富集。
2. 濾過(guò)程不發(fā)生相變化,無(wú)需加熱,能耗低,無(wú)需添加化學(xué)試劑,無(wú)污染,是一種節能環(huán)保的分離技術(shù)。
3. 超濾技術(shù)分離效率高,對稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。
4. 超濾過(guò)程僅采用壓力作為膜分離的動(dòng)力,因此分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護。
5. 超濾法也有一定的局限性,它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質(zhì)溶液,一般只能得到10~50%的濃度。
超濾裝置是在一個(gè)密閉的容器中進(jìn)行,以壓縮空氣為動(dòng)力,推動(dòng)容器內的活塞前進(jìn),使樣液形成內壓,容器底部設有堅固的膜板。小于膜板孔徑直徑的小分子,受壓力的作用被擠出膜板外,大分子被截留在膜板之上。超濾開(kāi)始時(shí),由于溶質(zhì)分子均勻地分布在溶液中,超濾的速度比較快。但是,隨著(zhù)小分子的不斷排出,大分子被截留堆積在膜表面,濃度越來(lái)越高, 自下而上形成濃度梯度,這日才超濾速度就會(huì )逐漸減慢,這種現象稱(chēng)為濃度極化現象。為了克服濃度極化現象,增加流速,設計了幾種超濾裝置:
1. 無(wú)攪拌式超濾
這種裝置比較簡(jiǎn)單,只是在密閉的容器中施加一定壓力,使小分子和溶劑分子擠壓出膜外,無(wú)攪拌裝置濃度極化較為嚴重,只適合于濃度較稀的小量超濾。
2. 攪拌式超濾
攪拌式超濾是將超濾裝置位于電磁攪拌器之上,超濾容器內放人一支磁棒。在超濾時(shí)向容器內施加壓力的同時(shí)開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器,小分子溶質(zhì)和溶劑分子被排出膜外,大分子向濾膜表面堆積時(shí),被電磁攪拌器分散到溶液中。這種方法不容易產(chǎn)生濃度極化現象,提高了超濾的速度。
3. 中空纖維超濾
由于膜板式超濾裝置,截留面積有限,中空纖維超濾是在一支空心柱內裝有許多的,中空纖維毛細管,兩端相通,管的內徑一般在0.2mm左右,有效面積可以達到1平方厘米每一根纖維毛細管像一個(gè)微型透析袋,極大地增大了滲透的表面積,提高了超濾的速度。納米膜表超濾膜也是中空超濾膜的一種。
超濾原理超濾應用:
凈水器行業(yè)是超濾應用比較廣泛的一個(gè)行業(yè)。家用超濾凈水器,是如今市場(chǎng)上主流的凈水器產(chǎn)品。它的核心部件是超濾膜。
超濾膜一種孔徑規格一致,額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過(guò)濾膜。采用以壓力差為推動(dòng)力的膜過(guò)濾方法為超濾膜過(guò)濾。超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類(lèi)似的高分子材料制得。最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃,也常用于其他分離技術(shù)難以完成的膠狀懸浮液的分離,其應用領(lǐng)域在不斷擴大。以壓力差為推動(dòng)力的膜過(guò)濾可區分為超濾膜過(guò)濾、微孔膜過(guò)濾和逆滲透膜過(guò)濾三類(lèi)。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區分標準時(shí),則微孔膜(MF)的額定孔徑范圍為0.02~10μm;超濾膜(UF)為0.001~0.02μm;逆滲透膜(RO)為0.0001~0.001μm。由此可知,超濾膜最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃,或采用其他分離技術(shù)所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術(shù),即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術(shù)是極其重要的??椎目刂埔蛩剌^多,如根據制膜時(shí)溶液的種類(lèi)和濃度、蒸發(fā)及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜,用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式,廣泛用于如醫藥工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境工程等。篩子是用來(lái)篩東西的,它能將細小物體放行,而將個(gè)頭較大的截留下來(lái)??墒?,您聽(tīng)說(shuō)過(guò)能篩分子的篩子嗎?超膜 --這種超級篩子能將尺寸不等的分子篩分開(kāi)來(lái)!那么,到底什么是超濾膜呢? 超濾膜是一種具有超級“篩分”分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米,也就是說(shuō)只有一根頭發(fā)絲的1‰!在膜的一側施以適當壓力,就能篩出大于孔徑的溶質(zhì)分子,以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2~20納米的顆粒。超濾膜的結構有對稱(chēng)和非對稱(chēng)之分。前者是各向同性的,沒(méi)有皮層,所有方向上的孔隙都是一樣的,屬于深層過(guò)濾;后者具有較致密的表層和以指狀結構為主的底層,表層厚度為0.1微米或更小,并具有排列有序的微孔,底層厚度為200~250微米,屬于表層過(guò)濾。工業(yè)使用的超濾膜一般為非對稱(chēng)膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯。
超濾原理應用范圍
超濾技術(shù)廣泛用于水處理設備工藝中:
<1>. 反滲透的預處理,原水包括海水、地表水、井水等。
<2>. 城市、鄉鎮、農村供水處理。
<3>. 冷凝水回用,食品、飲料加工用水。
<4>. 制藥用水除熱源。
<5>. 處理地表水和井水用于飲用。
<6>. 深度處理廢水進(jìn)行回收利用。
<7>. 白酒的除濁,果酒、葡萄酒、黃酒的除菌、除濁。
<8>. 應用于食品、發(fā)酵、乳業(yè)中的濃縮處理。