近年來,超濾廣泛應用于工業含油廢水處理和現代化凈水廠超純水制備,以及生物化學技術領域中來,能夠有效的分離、提純和凈化生活飲用水中的某些小分子可溶性溶質和高分子物質。而且,國內外對超濾技術的研究也十分普遍,發展極為迅速,目前有很多工業單位從事對超濾膜的廣泛研究和開發利用,逐步形成了管式、中空纖維、平板式以及卷式等超濾膜組件。極大的促進了超濾技術在各個行業上的發展與應用。

1超濾膜分離原理

超濾是一種能將溶液進行分離、提純、凈化和濃縮的篩孔分離過程,也是一種膜分離技術。超濾膜表面有一定大小的微孔,某些溶質分子可選擇性的通過超濾膜表面,其分離原理是指在推動力的作用下,依靠物理篩分作用,當含有大、小分子溶質的原料液經過超濾膜表面時,存在于超濾膜表面的微孔使得小分子溶質和溶劑通過膜表面,而阻礙了大分子溶質及其微粒組分通過超濾膜表面。這些小分子溶質和溶劑一般屬于無機鹽類,稱作濾過液,最后被集中收集起來;通過超濾膜的大分子溶質和微粒組分一般屬于有機膠體類,稱之為濃縮液,被膜表面截留而回收。

2超濾過程的基本特性

按照膜形態結構劃分,超濾膜可以分為對稱膜和非對稱膜。目前,所用的超濾膜多為非對稱膜。超濾居于納濾和微濾之間,在小孔徑范圍內,超濾與反滲透相互重疊,而在大孔徑范圍內,超濾膜與微濾相互重疊。所分離的組分直徑介于5nm～10μm范圍內,大分子或膠體的相對分子質量在500～500000之間的均可截留下來。在實踐應用中發現,超濾膜在飲用水處理過程中產水量較大、運用方便、操作壓力較小,因此,在水處理前景中,超濾膜應用范圍極為廣泛。

超濾過程的基本特性一般用濃差極化、傳質系數、微孔模型來表征。

(1)濃差極化:超濾膜具有選擇透過性,當膜截留了大量高分子溶質和膠體時,這些高分子溶質會在膜表面聚集,當達到一定程度之后,在濃度梯度的作用下,膜表面的溶質會逐漸脫落下來,再次進入原料液,這樣周而復始,最終達到平衡,膜表面形成一層阻礙小分子溶質的邊界層,這種現象就是濃差極化。濃差極化對膜的選擇透過性有很大影響,濃差極化模數越大,積累在膜表面的溶質越多,影響膜的截留作用。

(2)傳質系數:提高傳質系數,可提高超濾膜截留率。也就是說,傳質系數越大,濃差極化越不明顯。

(3)微孔模型:通常用微孔模型來評價超濾膜的滲透機理。一般地,用微孔半徑、流體粘度和膜長度來表征膜微孔模型,微孔模型參數的改變對膜性能產生一定的影響。

3超濾膜在未來飲用水品質及安全上的重要地位

3.1 超濾在飲用水品質上的重要地位

在飲用水處理工藝過程中,超濾可以作為預處理對飲用水進行高度提純,通過濃縮、分離和凈化作用,使水體達到生活飲用標準。在水處理中,中空纖維超濾膜應用最為廣泛。由于水中存在膠體、懸浮物和溶解性物質,會使膜造成污染,因此為提高超濾膜使用期限、降低水處理費用,對超濾供水應當提前做好預處理和深度處理,保障用水安全。超濾膜在未來飲用水品質上的保障已經起到了極為重要的作用,就目前來說,在凈水處理過程不可被其他方式所取代。

3.2 飲用水處理工藝中的預處理

為使飲用水達到飲用標準,保障用水安全,超濾膜應用于水處理工藝前需要進行預處理。

(1)殺死水體中存在的細菌和藻類。

超濾在篩分過程中,大分子物質和溶質會粘附于膜表面,在一定的營養環境中,這些截留微生物會不斷生長繁殖,致使超濾膜孔堵塞。需要在原水中加入次氯酸鈉、臭氧等氧化劑進行滅菌。對超濾膜組件也需進行滅菌,防止膜孔堵塞,以免影響水質。

(2)去除膠體和懸浮物物質。

超濾膜可以去除部分膠體和懸浮物,但是不夠徹底。在原水中加入絮凝劑可有效的去除膠體物質和懸浮物,必要時加入助凝劑提高去除效果。

(3)去除水體中可溶性有機物。

水體中存在的可溶性有機物容易損壞超濾膜組件,堵塞中空纖維超濾膜膜孔,利用氧化法和吸附法可有效的去除。一般用氯或次氯酸鉀進行氧化,利用活性炭吸附也可去除水中可溶性有機物。

3.3 超濾膜在現階段和未來直飲水推廣中的應用實例和前景

在現階段,超濾膜在直飲水推廣中的應用非常普遍,在國內外,超濾膜應用于超純水處理、海水淡化和脫鹽、城市家庭飲用水的凈化、以及鍋爐供水的脫鹽。水是生命之源,飲用水的水質與居民的生活息息相關,隨著經濟的發展和居民衛生意識的提高,對飲用水水質的標準也相應提高,因此考慮超濾膜對水體的凈化、提純已經成了首要前提。超濾膜分離技術在現階段凈水處理中起到了至關重要的作用。

我國超濾膜分離技術的發展和應用已有20多年的歷史,近年來,超濾膜技術的發展在國內外非常顯著,特別是在工業領域內,中空纖維式聚砜超濾膜的成功研究,使得我國的超濾技術走向世界,逐漸形成了板式、管式、中空纖維式以及卷式等膜組件類型。隨著未來社會的不斷發展,超濾膜技術還有待提高,我們應該實現更多的新技術,使得膜分離在各個領域激發出更多新應用。

4超濾膜各種材質及其專業應用領域

超濾膜材料種類繁多,具體可分為有機高分子材料和無機材料。制造超濾膜的有機高分子材料主要有纖維素衍生物、聚砜類、乙烯類聚合物和含氟類聚合物,制造超濾膜的無機材料主要可分為微孔材料和致密材料兩大類。致密材料的選擇性較高,可分為氧化物電介質材料和金屬材料,微孔材料包括分子篩、多孔金屬等一些不銹鋼材料。

超濾膜應用與工業廢水處理方面主要包括紡織印染廢水處理、造紙工業廢水處理、含油廢水處理和電泳涂漆廢水處理等領域。超濾膜還應用于生物制藥領域和食品加工領域以及高純水的制備方面。

5結語

隨著當今社會經濟的發展和科學技術的不斷進步,膜分離技術在現代化凈水廠中的應用日趨激烈,有廣闊的發展前景。新型膜技術的開發已經不斷出現,相信隨著技術的進步,超濾膜分離技術也會不斷更新,將來一定會在飲用水方面取得卓越的成就。