超濾與微濾在原理及應(yīng)用場(chǎng)合上的區(qū)別
超過濾(簡(jiǎn)稱超濾)和微孔過濾(簡(jiǎn)稱微濾)也是以壓力差為推動(dòng)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(xì)菌與微粒的去除。超濾所用的膜為非對(duì)稱膜，其表面活性分離層平均孔徑約為10一200A，能夠截留分子量為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(cè)，為透過液，大分子物質(zhì)或膠體微粒被膜截留，不能透過膜，從而實(shí)現(xiàn)原料液中大分子物質(zhì)與膠體物質(zhì)和溶劑的分離。超濾膜對(duì)大分子物質(zhì)的截留機(jī)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(nèi)的吸附和粒子在膜孔中的滯留也使大分子被截留。實(shí)踐證明，有的情況下，膜表面的物化性質(zhì)對(duì)超濾分離有重要影響，因?yàn)槌瑸V處理的是大分子溶液，溶液的滲透壓對(duì)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(zhì)分子量大、滲透壓低，可以不考慮滲透壓的影響。微濾所用的膜為微孔膜，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(zhì)，操作壓差一般為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(cè)，為透過液，大于膜孔的微粒被截留，從而實(shí)現(xiàn)原料液中的微粒與溶劑的分離。
微濾過程對(duì)微粒的截留機(jī)理是篩分作用，決定膜的分離效果是膜的物理結(jié)構(gòu)，孔的形狀和大小。超濾膜一般為非對(duì)稱膜，其制造方法與反滲透法類似。超濾膜的活性分離層上有無數(shù)不規(guī)則的小孔，且孔徑大小不一，很難確定其孔徑，也很難用孔徑去判斷其分離能力，故超濾膜的分離能力均用截留分子量來予以表述。定義能截留90％的物質(zhì)的分子量為膜的截留分子量。工業(yè)產(chǎn)品一般均是用截留分子量方法表示其產(chǎn)品的分離能力，但用截留分子量表示膜性能亦不是的方法，因?yàn)槌朔肿哟笮∫酝?，分子的結(jié)構(gòu)形狀，剛性等對(duì)截留性能也有影響，顯然當(dāng)分子量一定，剛性分子較之易變形的分子，球形和有側(cè)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。微濾膜一般均為均勻的多孔膜，孔徑較大，可用多種方法測(cè)定，可直接用測(cè)得的孔徑來表示其膜孔的大小。
超濾、微濾和反滲透均是以壓差作為推動(dòng)力的膜分離過程，它們組成了可以分離溶液中的離子、分子、固體微粒的這樣一個(gè)三級(jí)分離過程。根據(jù)所要分離物質(zhì)的不同，選用不同的方法。但也需說明，這三種分離方法之間的分界并不十分嚴(yán)格。
過程與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(yán)重，往往需要高壓反沖技術(shù)予以再生。因此在設(shè)計(jì)微濾、超濾過程時(shí)，除象設(shè)計(jì)反滲透過程一樣，注意膜面流速的選擇，料液的湍動(dòng)、預(yù)處理以及膜的清洗等因素以外，尚需特別注意對(duì)膜的反沖洗以恢復(fù)膜的通量。由于超濾過程膜通量遠(yuǎn)高于反滲透過程，因此其濃差極化更為明顯，很容易在膜面形成一層凝膠層，此后膜通量將不再隨壓差增加而升高，這一滲透量稱之為臨界滲透通量。對(duì)于一定濃度的某種溶液而言，壓差達(dá)到一定值后滲透通量達(dá)到臨界值，所以實(shí)際操作應(yīng)選在接近臨界滲透通量附近操作，此時(shí)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(cuò)流，即料液與膜面平行流動(dòng)，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(jī)理是類似的。
微濾過程以前大都采用折褶筒過濾，屬終端過濾，對(duì)于固相含量高的料液，近年來發(fā)展起來的錯(cuò)流微濾技術(shù)的過濾過程類似于反滲透和超濾，設(shè)計(jì)時(shí)可以借鑒。微濾、超濾過程的操作壓力、溫度以及料液預(yù)處理、膜清洗過程的原理與反滲透極為相似，但其操作過程亦有自己的特點(diǎn)。
超濾過程流程與反滲透類似，采用錯(cuò)流操作，常用的操作模式有三種。
⑴、單段間歇操作：在超濾過程中，為了減輕濃差極化的影響，膜組件必需保持較高的料液流速，但膜的滲透通量較小，所以料液必需在膜組件中循環(huán)多次才能使料液濃縮到要求的程度，這是工業(yè)過濾裝置zui基本的特征。圖示兩種回路的區(qū)別在于閉式回路中料液從膜組件出來后不進(jìn)料液槽而直接流至循環(huán)泵人口，這樣輸送大量循環(huán)液所需能量?jī)H僅是克服料液流動(dòng)系統(tǒng)的能量損失，而開式回路中的循環(huán)泵除了需提供料液流動(dòng)系統(tǒng)的能量損失外，還必需提供超濾所需的推動(dòng)力即壓差，所以閉式回路的能耗低。間歇操作適用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模間歇生產(chǎn)產(chǎn)品的處理。
⑵、單段連續(xù)操作：與間歇操作相比，其特點(diǎn)是超濾過程始終處于接近濃縮液的濃度下進(jìn)行，因此滲透量與截留率均較低，為了克服此缺點(diǎn)，可采用多段連續(xù)操作。
⑶、多段連續(xù)操作：各段循環(huán)液的濃度依次升高，zui后一段引出濃縮液，因此前面幾段中料液可以在較低的濃度下操作。
這種連續(xù)多段操作適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。應(yīng)用
1)、超濾的應(yīng)用超濾技術(shù)廣泛用于微粒的脫除，包括細(xì)菌、病毒、熱源和其它異物的除去，在食品工業(yè)、電子工業(yè)、水處理工程、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，并在快速發(fā)展著。在水處理領(lǐng)域中，超濾技術(shù)可以除去水中的細(xì)菌、病毒、熱源和其它膠體物質(zhì)，因此用于制取電子工業(yè)超純水、醫(yī)藥工業(yè)中的注射劑、各種工業(yè)用水的凈化以及飲用水的凈化。在食品工業(yè)中，乳制品、果汁、酒、調(diào)味品等生產(chǎn)中逐步采用超濾技術(shù)，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(zhì)的去除等，醬油、醋中細(xì)菌的脫除，較傳統(tǒng)方法顯示出經(jīng)濟(jì)、可靠、保證質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。在醫(yī)藥和生物化工生產(chǎn)中，常需要對(duì)熱敏性物質(zhì)進(jìn)行分離提純，超濾技術(shù)對(duì)此顯示其突出的優(yōu)點(diǎn)。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(dāng)合適的從動(dòng)、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(zhì)，很多情況下可以用超濾來分離，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。在廢水處理領(lǐng)域，超濾技術(shù)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產(chǎn)過程中，用電泳法將涂料沉積到金屬表面上后，必需用清水將產(chǎn)品上吸著的電鍍液洗掉。洗滌得到含涂料1～2％的淋洗廢水，用超濾裝置分離出清水，涂料得到濃縮后可以重新用于電涂，所得清水也可以直接用于清洗，即可實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)使用。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)汽車工廠使用此法處理電涂淋洗水。超濾技術(shù)也可用于紡織廠廢水處理。紡織廠退漿液中含有*(PVA)，用超濾裝置回收PVA，清水回收使用，而濃縮后的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(jī)材料)的開發(fā)，膜的耐溫、耐壓、耐溶劑性能得以大幅度提高，超濾技術(shù)在石油化工、化學(xué)工業(yè)以及更多的領(lǐng)域應(yīng)用將更為廣泛。
2)、微濾的應(yīng)用微濾主要用于除去溶液中大于0.05 左右的超細(xì)粒子，其應(yīng)用十分廣泛，在目前膜過程面業(yè)銷售額中占*。在水的精制過程中，微濾技術(shù)可以除去細(xì)菌和固體雜質(zhì)，可用于醫(yī)藥、飲料用水的生產(chǎn)。在電子工業(yè)超純水制備中，微濾可用于超濾和反滲透過程的預(yù)處理和產(chǎn)品的終端保安過濾。微濾技術(shù)亦可用于啤酒、黃酒等各種酒類的過濾，以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物，使產(chǎn)品澄清，并延長(zhǎng)存放期。微濾技術(shù)在藥物除菌、生物檢測(cè)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。
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