超滤膜应用知识 —————学习总结 报告人：时孟琪 导 师：王 志 时 间：2012年5月

超滤发展状况 70年代，首次研制出管式超滤膜与组件。 80年代先后研制出中空纤维、板式、卷式超滤膜与组件。 90年代已进入商业化与工业化的生产。 1861年，Schmidt首次公开牛心胞膜截留阿拉伯胶实验结果。 1867年，Traube第一次制取人工超滤膜。（瓷板铁青化铜） 1907年，Bchhold 定义“超滤”。 1960年，Loeb与Sourirajan共同研制出CA超滤膜。 1963年，Michaels创办Amicon公司专门从事超滤膜生产与销售。 1965年以后已商业化、工业化

超滤工作原理 定义: 超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜透过法分离技术。 1、通量 J=P（P1-P2）/L P为渗透系数；P1为液体静压差；P2为料液相与渗透相之间的渗透压差；L为膜厚度。 2、截留率 R=1-C1/C2 C1为渗透液的浓度；C2截留物侧的值。 3、切割分子量（MWCO） 膜具有90%以上截留率的最小分子量物质。N=30/ln（2+1） 4、浓度极化 5、膜污染 超滤膜性能 1、孔隙率；2、结构形态；3、表面性能；4、机械强度；5、耐化学性 操作参数 ----流速 ----压力与压力差 ----回收比与浓缩排放量 ----工作温度

超滤工作原理示意 在动力的驱使下，利用膜本身的筛分作用使物料得到净化、浓缩。 压力 流速 原料 浓缩液 膜 产品

超滤膜与组件 1、材质：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。 2、结构：管式，中空纤维、平板式、卷式 3、化学成分：有机，无机 4、供应商： HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL

超滤膜污染与再生 物理法 高纯水、热水等反冲洗、正洗 超声清洗 气、水混合冲洗 化学清洗法（循环、浸泡） 酸洗 碱洗 消毒剂 加酶洗

超滤的截留范围 原料液 渗透液 压力 原料流量 悬浮固体 胶体 大分子物质 截留率=100% 截留率=部分 BOD COD 小分子 截留率=0% 水 盐 可溶性固体 非对称膜

超滤膜污染的成因 表面吸附 颗粒的堵塞——由于传质过程而形成的 表面的附着——活性物质嵌入膜并生长聚集过程 定期杀菌 制作工艺 透量 吸附 改变膜材料 制作工艺 透量 定期杀菌 吸附 附着 堵塞 操作时间

优质超滤膜的表征 孔分布 A B 孔径 孔分布窄（如图中红线） 没有大孔缺陷（如图中阴影部分） A：为质量好的超滤膜 具体表现 A：膜形成表面污染，透量易恢复 B：膜易形成孔污染，透量不易恢复 A：膜透量衰减的慢， B：膜衰减的快 孔分布 A B 50,000 150,000 0.2μm 孔径

亲水性/非亲水性膜的比较 胶体 胶体 蛋白 蛋白 过滤 油 过滤 油 胶体 油 蛋白 胶体 油 蛋白 非亲水性膜 杂质在膜表面状态:附着 杂质在膜表面状态:聚结成球状 胶体 油 蛋白 胶体 油 蛋白 反洗 反洗

常见膜材料的性能比较 膜 SPES CTA CA PES* PAN* 膜材料 磺化聚醚砜 醋酸纤维素 聚醚砜 聚丙烯腈 切割分子量(kD) 80 150 30 100 内外径(mm) 0.7/1.0 0.8/1.3 接触角(deg) 45～50 50～55 65～70 52～58 水膨胀率(%) 7～8 4.7～6.5 0.4～0.6 2.5～3.6 牛血清蛋白吸附量(mg/m2) 0.4 0.5 3.5 1.3 带电性能(mV,PH7) -40 -30 -4.2 -7.5 PES*为没有改性的 PAN*为改性后的

结构、材料、应用 指状孔，短时通量高 指状孔 海绵体 指状孔 海绵体 优点 流动阻力小 流动阻力大 缺点 抗压密性差，强度差 抗压密性好，强度好 适用 疏水性材料；硬脆 亲水性材料；柔韧 指状孔，短时通量高 海绵体，抗压密，强度高 指状孔 海绵体

膜与杂质的相互作用 杂质带电性质对超滤通量影响很明显； 絮凝剂、氧化剂等可以调剂水质，显著改善膜的污堵； 有机物类的吸附污堵因有机物的种类不同而千差万别； 对膜进行的必要化学清洗要求膜材质化学稳定性好，PVDF是目前最佳的选择。

国内外产品性能比较 0 亲水性 非亲水性 永久亲水性 非永久亲水性 1 膜材料 磺化聚醚砜(SPES) 三醋酸纤维(CTA) 聚醚砜 　　　　　　　　　　　　　　　　　0 亲水性 非亲水性 永久亲水性 非永久亲水性 1 膜材料 磺化聚醚砜(SPES) 三醋酸纤维(CTA) 聚醚砜 (PES) PS、PAN、PP、PE 2 亲水性来源 SO42-带负电荷 天然亲水 添加亲水材料 3 主要供应商 德国membrana OKM 日本Daicel 法国Aquas 荷兰X-Flow ( Norit公司) 海德能 国外：美国高科，U.S.Filter 国内：浙大，天纺、海洋所 4 操作压力 0.02～0.06 MPa 0.1～0.2 MPa 5 化学清洗 频率低,2～3月/次 频率高

临界压力或临界流量的选择 低于临界压力或临界流量，可逆再生，采用反洗获得稳定流量； 高于临界压力或临界流量，不可逆再生，采用化学清洗 J 纯水 切向流速高 J3 J2 切向流速低 死过滤 J1 △P1 △P2 △P3 △P

错流过滤与死过滤 压力 压力 进料液 进料液 浓缩液 透过液 透过液 错流过滤 死过滤

错流过滤与死过滤的能耗比较 备注： 1、过滤介质为20℃水 2、膜为内径0.7mm的中空纤维 3、回流比R=回流量/产水量 透膜压差，KPa

超滤膜组件

超滤膜组件

中空膜组件的完整性检测 原料侧检测方式 渗透侧检测方式 观察气泡 密封 干净空气或氮气 0.1MPa 观察气泡 密封 干净空气或氮气

超滤系统的设计 膜及膜组件的选择 操作方式的确定 操作压力的选择 设计透量的选择 膜面积的选择 反洗频率/强度的选择 化学清洗的确定 操作程序的确定

超滤系统的控制 原 料 泵： 变频控制，实现恒流供水 压 力： 进水压力/浓水压力的控制 流 量： 浓水流量/产水流量的控制 压 力： 进水压力/浓水压力的控制 流 量： 浓水流量/产水流量的控制 温 度： 进水温度的控制 流道控制： 气动隔膜阀 水质控制： 进水/产水的浊度控制

谢 谢！