摘 要:本文主要介绍了超滤膜分离原理和超滤过程的基本特性,以及超滤膜材质在一些领域内的应用,概括性的描述了超滤技术在净水处理中的应用前景和展望。
近年来,超滤广泛应用于工业含油废水处理和现代化净水厂超纯水制备,以及生物化学技术领域中来,能够有效的分离、提纯和净化生活饮用水中的某些小分子可溶性溶质和高分子物质。而且,国内外对超滤技术的研究也十分普遍,发展极为迅速,目前有很多工业单位从事对超滤膜的广泛研究和开发利用,逐步形成了管式、中空纤维、平板式以及卷式等超滤膜组件。极大的促进了超滤技术在各个行业上的发展与应用。
1超滤膜分离原理
超滤是一种能将溶液进行分离、提纯、净化和浓缩的筛孔分离过程,也是一种膜分离技术。超滤膜表面有一定大小的微孔,某些溶质分子可选择性的通过超滤膜表面,其分离原理是指在推动力的作用下,依靠物理筛分作用,当含有大、小分子溶质的原料液经过超滤膜表面时,存在于超滤膜表面的微孔使得小分子溶质和溶剂通过膜表面,而阻碍了大分子溶质及其微粒组分通过超滤膜表面。这些小分子溶质和溶剂一般属于无机盐类,称作滤过液,最后被集中收集起来;通过超滤膜的大分子溶质和微粒组分一般属于有机胶体类,称之为浓缩液,被膜表面截留而回收。
2超滤过程的基本特性
按照膜形态结构划分,超滤膜可以分为对称膜和非对称膜。目前,所用的超滤膜多为非对称膜。超滤居于纳滤和微滤之间,在小孔径范围内,超滤与反渗透相互重叠,而在大孔径范围内,超滤膜与微滤相互重叠。所分离的组分直径介于5nm～10μm范围内,大分子或胶体的相对分子质量在500～500000之间的均可截留下来。在实践应用中发现,超滤膜在饮用水处理过程中产水量较大、运用方便、操作压力较小,因此,在水处理前景中,超滤膜应用范围极为广泛。
超滤过程的基本特性一般用浓差极化、传质系数、微孔模型来表征。
(1)浓差极化:超滤膜具有选择透过性,当膜截留了大量高分子溶质和胶体时,这些高分子溶质会在膜表面聚集,当达到一定程度之后,在浓度梯度的作用下,膜表面的溶质会逐渐脱落下来,再次进入原料液,这样周而复始,最终达到平衡,膜表面形成一层阻碍小分子溶质的边界层,这种现象就是浓差极化。浓差极化对膜的选择透过性有很大影响,浓差极化模数越大,积累在膜表面的溶质越多,影响膜的截留作用。
(2)传质系数:提高传质系数,可提高超滤膜截留率。也就是说,传质系数越大,浓差极化越不明显。
(3)微孔模型:通常用微孔模型来评价超滤膜的渗透机理。一般地,用微孔半径、流体粘度和膜长度来表征膜微孔模型,微孔模型参数的改变对膜性能产生一定的影响。
3超滤膜在未来饮用水品质及安全上的重要地位
3.1 超滤在饮用水品质上的重要地位
在饮用水处理工艺过程中,超滤可以作为预处理对饮用水进行高度提纯,通过浓缩、分离和净化作用,使水体达到生活饮用标准。在水处理中,中空纤维超滤膜应用最为广泛。由于水中存在胶体、悬浮物和溶解性物质,会使膜造成污染,因此为提高超滤膜使用期限、降低水处理费用,对超滤供水应当提前做好预处理和深度处理,保障用水安全。超滤膜在未来饮用水品质上的保障已经起到了极为重要的作用,就目前来说,在净水处理过程不可被其他方式所取代。
3.2 饮用水处理工艺中的预处理
为使饮用水达到饮用标准,保障用水安全,超滤膜应用于水处理工艺前需要进行预处理。
(1)杀死水体中存在的细菌和藻类。
超滤在筛分过程中,大分子物质和溶质会粘附于膜表面,在一定的营养环境中,这些截留微生物会不断生长繁殖,致使超滤膜孔堵塞。需要在原水中加入次氯酸钠、臭氧等氧化剂进行灭菌。对超滤膜组件也需进行灭菌,防止膜孔堵塞,以免影响水质。
(2)去除胶体和悬浮物物质。
超滤膜可以去除部分胶体和悬浮物,但是不够彻底。在原水中加入絮凝剂可有效的去除胶体物质和悬浮物,必要时加入助凝剂提高去除效果。
(3)去除水体中可溶性有机物。
水体中存在的可溶性有机物容易损坏超滤膜组件,堵塞中空纤维超滤膜膜孔,利用氧化法和吸附法可有效的去除。一般用氯或次氯酸钾进行氧化,利用活性炭吸附也可去除水中可溶性有机物。
3.3 超滤膜在现阶段和未来直饮水推广中的应用实例和前景
在现阶段,超滤膜在直饮水推广中的应用非常普遍,在国内外,超滤膜应用于超纯水处理、海水淡化和脱盐、城市家庭饮用水的净化、以及锅炉供水的脱盐。水是生命之源,饮用水的水质与居民的生活息息相关,随着经济的发展和居民卫生意识的提高,对饮用水水质的标准也相应提高,因此考虑超滤膜对水体的净化、提纯已经成了首要前提。超滤膜分离技术在现阶段净水处理中起到了至关重要的作用。
我国超滤膜分离技术的发展和应用已有20多年的历史,近年来,超滤膜技术的发展在国内外非常显著,特别是在工业领域内,中空纤维式聚砜超滤膜的成功研究,使得我国的超滤技术走向世界,逐渐形成了板式、管式、中空纤维式以及卷式等膜组件类型。随着未来社会的不断发展,超滤膜技术还有待提高,我们应该实现更多的新技术,使得膜分离在各个领域激发出更多新应用。
4超滤膜各种材质及其专业应用领域
超滤膜材料种类繁多,具体可分为有机高分子材料和无机材料。制造超滤膜的有机高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜类、乙烯类聚合物和含氟类聚合物,制造超滤膜的无机材料主要可分为微孔材料和致密材料两大类。致密材料的选择性较高,可分为氧化物电介质材料和金属材料,微孔材料包括分子筛、多孔金属等一些不锈钢材料。
超滤膜应用与工业废水处理方面主要包括纺织印染废水处理、造纸工业废水处理、含油废水处理和电泳涂漆废水处理等领域。超滤膜还应用于生物制药领域和食品加工领域以及高纯水的制备方面。
5结语
随着当今社会经济的发展和科学技术的不断进步,膜分离技术在现代化净水厂中的应用日趋激烈,有广阔的发展前景。新型膜技术的开发已经不断出现,相信随着技术的进步,超滤膜分离技术也会不断更新,将来一定会在饮用水方面取得卓越的成就。
参考文献
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