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超濾系統(tǒng)的原理

更新時間:2013-10-14      瀏覽次數(shù):2701

超濾系統(tǒng)的原理

超濾原理也是一種膜分離過程原理,超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動力(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)顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時,水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過膜,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,當(dāng)水通過超濾膜后,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時可去除大量的有機(jī)物等。
  超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過程中,由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累,會產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象,當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極*即生成凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此,需通過試驗(yàn)進(jìn)行研究,以確定*的工藝和運(yùn)行條件,zui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(yù)處理方法。
  a. 超濾與傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝相比,系統(tǒng)簡單、操作方便、占地小、投資省、且水質(zhì)極優(yōu),可滿足各類反滲透裝置的進(jìn)水要求。

  b. 合理地選擇運(yùn)行條件和清洗工藝,可*控制超濾的濃差極化問題,使此預(yù)處理方法更可靠。 
  c.超濾對水中的各類膠體均具有良好的去除特性,因而可以考慮擴(kuò)大到凝結(jié)水精處理及離子交換除鹽系統(tǒng)的預(yù)處理中。
  在超濾過程中,水深液在壓力推動下,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(tuán)被截留,隨水流排出,成為深縮液。超濾過程為動態(tài)過濾,分離是在流動狀態(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,且通過清洗可以恢復(fù)。
  超濾是以壓力為推動力的膜分離技術(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(nèi)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(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力,因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、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。
  超濾裝置是在一個密閉的容器中進(jìn)行,以壓縮空氣為動力,推動容器內(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,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)計了幾種超濾裝置:
  1. 無攪拌式超濾
  這種裝置比較簡單,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。在超濾時向容器內(nèi)施加壓力的同時開動磁力攪拌器,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,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. 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。

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