超濾系統(tǒng)簡(jiǎn)介
超濾系統(tǒng)是通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過膜(稱為超濾液)，而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高(稱為濃縮液)，從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的。電泳漆經(jīng)過超濾膜過濾，高分子樹脂分子和色漿被截留，水份和小分子物質(zhì)則透過分離膜，從而達(dá)到凈化電泳漆、脫去水份的功效。
超濾系統(tǒng)原理
與傳統(tǒng)分離方法相比，超濾技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
1. 濾過程是在常溫下進(jìn)行，條件溫和無成分破壞，因而特別適宜對(duì)熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等的分離、分級(jí)、濃縮與富集。
2. 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(duì)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(hù)。
5. 超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。
超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料制得。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(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。以壓力差為推動(dòng)力的膜過濾可區(qū)分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區(qū)分是根據(jù)膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。采用超濾膜以壓力差為推動(dòng)力的膜過濾方法為超濾膜過濾。
超濾膜處理溶液中溶質(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。
東麗超濾膜的結(jié)構(gòu)有對(duì)稱和非對(duì)稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬于深層過濾;后者具有較致密的表層和以指狀結(jié)構(gòu)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，屬于表層過濾。工業(yè)使用的超濾膜一般為非對(duì)稱膜。
超濾裝置工藝原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)
超濾處理過程無相變，對(duì)物料中組成成分無任何不良影響，且分離、純化、濃縮過程中始終處于常溫狀態(tài)，特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，*避免了高溫對(duì)生物活性物質(zhì)破壞這一弊端，有效保留原物料體系中的生物活性物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分。
超濾系統(tǒng)回收率高，可實(shí)現(xiàn)物料的高效分離、純化及高倍數(shù)濃縮。系統(tǒng)制作材質(zhì)采用衛(wèi)生級(jí)管閥，現(xiàn)場(chǎng)清潔衛(wèi)生，滿足GMP或FDA生產(chǎn)規(guī)范要求。系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)*，集成化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，操作與維護(hù)簡(jiǎn)便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。超濾設(shè)備系統(tǒng)能耗低，生產(chǎn)周期短，與傳統(tǒng)工藝設(shè)備相比，能有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
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(nèi)的活塞前進(jìn)，使樣液形成內(nèi)壓，容器底部設(shè)有堅(jiān)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，隨著小分子的不斷排出，大分子被截留堆積在膜表面，濃度越來越高，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(xiàn)象稱為濃度極化現(xiàn)象。為了克服濃度極化現(xiàn)象，增加流速，設(shè)計(jì)了幾種超濾裝置：
1. 無攪拌式超濾: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，無攪拌裝置濃度極化較為嚴(yán)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(nèi)放人一支磁棒。在超濾時(shí)向容器內(nèi)施加壓力的同時(shí)開動(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?yàn)V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(xiàn)象，提高了超濾的速度。
3.超濾RO凈水機(jī)
4. 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(nèi)裝有許多的，中空纖維毛細(xì)管，兩端相通，管的內(nèi)徑一般在0.2mm左右，有效面積可以達(dá)到1平方厘米每一根纖維毛細(xì)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。
對(duì)超濾膜超濾系統(tǒng)具體操作的參數(shù)
正確的掌握和執(zhí)行操作參數(shù)對(duì)超濾系統(tǒng)的長(zhǎng)期和穩(wěn)定運(yùn)行是極為重要的，操作參數(shù)一般主要包括：流速、壓力、壓力降、濃水排放量、回收比和溫度。
A 、流速：
　　流速是指原液(供給水)在膜表面上的流動(dòng)的線速度，是超濾系統(tǒng)中的超濾一項(xiàng)重要操作參數(shù)。流速較大時(shí)，不但造成能量的浪費(fèi)和產(chǎn)生過大的壓力降而且加速超濾膜分裂性能的衰退。反之，如果流速較小，截留物在膜表面形成的邊界層厚度增大，引起濃度極化現(xiàn)象，既影響了透水速率，又影響了透水質(zhì)量。流速是根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定的。中空纖維超濾膜，在進(jìn)水壓力維持在 0.2MPa 以下時(shí)，內(nèi)壓膜的流速僅為 0.1m/s ，該流速的流型處在*層流狀態(tài)。外壓膜可獲得較大的流速。毛細(xì)管型超濾膜，當(dāng)毛細(xì)管直徑達(dá) 3mm 時(shí)，其流速可適當(dāng)提高，對(duì)減少濃縮邊界層有利。必須指出兩方面問題，其一是流速不能任意確定，由進(jìn)口壓力與原液流量有關(guān)，其二是對(duì)于中空纖維或毛細(xì)管膜而言，流速在進(jìn)口端是不一致的，當(dāng)濃縮水流量為原液的 10 %時(shí)，出口端流速近似為進(jìn)口端的 10 %，此外提高壓力增加了透過水量，對(duì)流速的提高供獻(xiàn)極微。因此增加毛細(xì)管直徑，適當(dāng)提高濃縮水排量(回流量)，可以使流速獲得提高，特別是在超濾濃縮過程中，如電泳漆的回收時(shí)可有效提高其超濾速率。
　　在允許的壓力范圍內(nèi)，提高供給水量，選擇流速，有利于中空纖維超濾膜性能的保證。
B 、壓力和壓力降 ：
　　中空纖維超濾膜的工作壓力范圍為 0.1 ～ 0.6MPa ，是泛指在超濾的定義域內(nèi)，處理溶液通常所使用的工作壓力。分離不同分子量的物質(zhì)，需要選用相應(yīng)截留分子量的超濾膜，則操作壓力也有所不同。一般塑殼中空纖維內(nèi)壓膜，外殼耐壓強(qiáng)度小于 0.3MPa ，中空纖維耐壓強(qiáng)度一般也低于 0.3MPa ，因而工作壓力應(yīng)低于 0.2MPa ，而膜的兩側(cè)壓差應(yīng)不大于 0.1MPa 。外壓中空纖維超濾膜耐壓強(qiáng)度可達(dá) 0.6MPa ，但對(duì)于塑殼外壓膜組件，其工作壓力亦為 0.2MPa 。必須指出，由于內(nèi)壓膜直徑較大，當(dāng)用作外壓膜時(shí)，易于壓扁并在粘結(jié)處切斷，引起損壞，因此內(nèi)外壓膜不能通用。
　　當(dāng)需要超濾液具有一定壓力以供下一工序使用時(shí)，應(yīng)采用不銹鋼外殼超濾膜組件，該中空纖維超濾膜組件，使用壓力達(dá)到 0.6MPa ，而提供超濾液的壓力可達(dá) 30m 水柱，即 0.3MPa 壓強(qiáng)，但必須保持中空纖維超濾膜內(nèi)外兩側(cè)壓差不大于 0.3MPa 。
　　在選擇工作壓力時(shí)除根據(jù)膜及外殼耐壓強(qiáng)度為依據(jù)外，必須考慮膜的壓密性，及膜的耐污染能力，壓力越高透水量越大，相應(yīng)被截留的物質(zhì)在膜表面積聚越多，阻力越大，會(huì)引起透水速率的衰減。此外進(jìn)入膜微孔中的微粒也易于堵塞通道?？傊诳赡艿那闆r下，選擇較低工作壓力，對(duì)膜性能的充分發(fā)揮是有利的。
　　中空纖維超濾膜組件的壓力降，是指原液進(jìn)口處壓力與濃縮液出口處壓力之差。壓力降與供水量，流速及濃縮水排放量有密切關(guān)系。特別對(duì)于內(nèi)壓型中空纖維或毛細(xì)管型超濾膜，沿著水流方向膜表面的流速及壓力是逐漸變化的。供水量，流速及濃縮水排量越大，則壓力降越大，形成下游膜表面的壓力不能達(dá)到所需的工作壓力。膜組件的總的產(chǎn)水量會(huì)受到一定影響。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量控制壓力降值不要過大，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，由于污垢積累而增加了水流的阻力，使壓力降增大，當(dāng)壓力降高出初始值 0.05MPa 時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行清洗，疏通水路。
C 、回收比和濃縮水排放量：
　　在超濾系統(tǒng)中，回收比與濃縮水排放量是一對(duì)相互制約的因素?；厥毡仁侵竿高^水量與供給量之比率，濃縮水排放量是指未透過膜而排出的水量。因?yàn)楣┙o水量等于濃縮水與透過水量之和，所以如果濃縮水排放量大，回收比較小。為了保證超濾系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)規(guī)定組件的最小濃縮水排放量及回收比。在一般水處理工程中，中空纖維超濾膜組件回收比約為 50 ～ 90 %。其選擇根據(jù)為進(jìn)料液的組成及狀態(tài)，即能被截留的物質(zhì)的多少，在膜表面形成的污垢層厚度，及對(duì)透過水量的影響等多種因素決定回收比。在多數(shù)情況下，也可以采用較小的回收比操作，而將濃縮液排放回流入原液系統(tǒng)，用加大循環(huán)量來減少污垢層的厚度，從而提高透水速率，有時(shí)并不提高單位產(chǎn)水量的能耗。
D 、工作溫度：
　　超濾膜的透水能力隨著溫度的升高而增大，一般水溶液其粘度隨著溫度而降低，從而降低了流動(dòng)的阻力，相應(yīng)提高了透水速率。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮工作現(xiàn)場(chǎng)供給液的實(shí)際溫度。特別是季節(jié)的變化，當(dāng)溫度過低時(shí)應(yīng)考慮溫度的調(diào)節(jié)，否則隨著溫度的變化其透水率有可能變化幅度在 50 %左右，此外過高的溫度亦將影響膜的性能。通常情況下中空纖維超濾膜的工作溫度應(yīng)在 25±5 ℃ ，需要在較高溫度狀態(tài)下工作則可選用耐高溫膜材料及外殼材料。