超濾技術(shù)

超濾過程常用的操作模式有三種。

(1)單段間歇操作：在超濾過程中，為了減輕濃差極化的影響，膜組件必須保持較高的料液流速，但膜的滲透通量較小，所以料液必須在膜組件中循環(huán)多次才能使料液濃縮到要求的程度，這是工業(yè)過濾裝置最基本的特征。間歇操作適用于實驗室或小規(guī)模間歇生產(chǎn)產(chǎn)品的處理。

(2)單段連續(xù)操作：與間歇操作相比，其特點是超濾過程始終處于接近濃縮液的濃度下進行，因此滲透量與截留率均較低，為了克服此缺點，可采用多段連續(xù)操作。

(3)多段連續(xù)操作：各段循環(huán)液的濃度依次升高，最后一段引出濃縮液，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)。

超濾作為一種膜分離技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護和人民生活等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。雖然它可以處理的對象種類繁多，人們所要求達到的目的也各有不同，但超濾所起的作用可歸結(jié)為凈化、分離和濃縮三大功能。

（1）工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

工業(yè)廢水處理主要應(yīng)用在：含糖廢水的處理與應(yīng)用；含原油廢水的處理；與生物反應(yīng)器結(jié)合處理各種廢水；紡織工業(yè)、染料及染色廢水處理與回用；造紙廢水的處理；放射性廢水的處理等。例如，在染色廢水染料的回收中，印染廠懸浮扎染時，還原蒸箱在生產(chǎn)中會排出較多的還原染料，既污染，又浪費。采用超濾技術(shù)，使用聚砜和聚砜酰胺超濾膜，不需加酸中和及降溫即可處理印染廢水。

（2）醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用

醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用主要有：抗生素、干擾素的提純精制；針劑、針劑用水除熱原；血漿、生物高分子處理；蛋白質(zhì)、酶的分離、濃縮和純化；中草藥的精制和提純等。例如：制藥工業(yè)中除熱源的應(yīng)用。

（3）水處理方面的應(yīng)用

水處理方面的應(yīng)用主要有：電子工業(yè)用純水；高純水及反滲透組件進水的預(yù)處理；飲料及化妝品用無菌水的生產(chǎn)；醫(yī)藥工業(yè)用無菌、無熱原水的生產(chǎn)；中水回用、飲用水的生產(chǎn)等，例如，礦泉水的制造中，其水源必須是地下水，而這種水在地下流動時會溶人某些無機鹽。采用超濾和微濾組合工藝可制造合乎飲用水標(biāo)準(zhǔn)的礦泉水。

（4）食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用主要有：酒的澄清、除菌；催熟醬油；醋的除菌、澄清、脫色；發(fā)酵液的提純精制；果汁的澄清；糖汁和糖液的回收；乳清蛋白的回收；脫脂牛奶的濃縮等。

一般認為超濾是一種篩孔分離過程，在靜壓差為推動力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液或透過液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們在濾剩液中濃度增大。按照這樣的分離機理，超濾膜具有選擇性表面層的主要因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學(xué)性質(zhì)對膜的分離特性影響不大。

UF同RO、NF、MF一樣，均屬于壓力驅(qū)動型膜分離技術(shù)。超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物(蛋白質(zhì)，核酸聚合物，淀粉，天然膠，酶等)，膠體分散液(粘土，顏料，礦物料，孔液粒子，微生物)，乳液(潤滑脂-洗滌劑以及油-水乳液)。采用溶質(zhì)，從而可達到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、酶、病毒)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。其操作靜壓差一般為0.1-0.5MPa，被分離組分的直徑大約為0.01-0.1μm，這相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡的分辨極限，一般為分子量大于500-1000000的大分子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略，所用膜常為非對稱膜，膜孔徑為10-10μm，膜表面有效截留層厚度較小(0.1-10μm)，操作壓力一般為0.2-0.4MPa(2-4kg/cm)，膜的透過速率為0.5-5m/(m·d)。

總之，超濾對去除水中的微粒、膠體、細菌、熱原和各種有機物有較好的效果，但它幾乎不能截留無機離子。

與傳統(tǒng)分離技術(shù)比較，超濾技術(shù)具有以下的特點：

①超濾過程是在常溫下進行的，條件溫和無成分破壞，特別適合對熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等進行分離、濃縮和富集。

②超濾過程不發(fā)生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學(xué)試劑，無污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。

③超濾技術(shù)分離效率高，對稀溶液中微量成分的回收，低濃度溶液的濃縮都非常有效。

④超濾過程僅采用壓力作為分離的動力，因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護。

⑤超濾技術(shù)也有局限性，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。

早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)很廣，主要包括食品工業(yè)、飲料工業(yè)、乳品工業(yè)、生物發(fā)酵、生物醫(yī)藥、醫(yī)藥化工、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學(xué)、印染廢水、食品工業(yè)廢水處理、資源回收以及環(huán)境工程等等。

純凈水廠設(shè)備制作礦泉水是一種比較廣泛的處理技術(shù)，其出水水質(zhì)色度清涼、口感好、除菌徹底。超濾技術(shù)可以作為反滲透設(shè)備的預(yù)處理，也可以用于化工、食品等行業(yè)的物料分離與提純。

超濾技術(shù)是一種以篩分為分離原理、以壓力為推動力的膜分離過程，過濾精度在0.005-0.01um范圍內(nèi)，可有效去除水中的微粒、膠體、細菌及高分子有機物等?？蓮V泛應(yīng)用于物質(zhì)的分離、濃縮、提純、純凈水生產(chǎn)。

純凈水廠設(shè)備的研究非常清楚的表明，純凈水生產(chǎn)設(shè)備超濾系統(tǒng)可以有效的控制海水水質(zhì)，為反滲透系統(tǒng)提供高品質(zhì)的進水，長期試驗表明，超濾系統(tǒng)的出水SDI值可以非常好的空載在2以下，這些測試在超濾系統(tǒng)前不必作為任何預(yù)處理，并且適用各種海水水質(zhì)。