水处理超滤膜的形态结构及分类阐述
超滤膜的结构类型
超滤膜的结构类型
目前超滤膜在国内得到广泛应用，常用的是平板状、管状和中空纤维状三种不同的形式。
目前国内应用的大多数为板状和管状，中空纤维膜也已开始试制并应用于生产。
1、平板膜
这种膜主要用于结构与板框压滤机相似的设备上。
膜紧贴在一组多孔板上，用一块带槽的板来支持。
两端开圆孔，原液由一端进入，流过膜面，从另一端流出。
清液透过膜层及支撑板沟槽上的长条孔隙，进入夹板空心，从支撑板边上的一个小管流出。
平板膜适于处理粘性物料，不易形成膜面上的浓料沉积，能加快透过速度，改善流动状况。
2、管状膜
这种膜是牢固地紧贴在支撑管内侧，做成的一个元件，完整的组件是将此管状膜装入外壳内构成，很像简单的管式换热器，是广泛应用的一种膜型。
3、中空纤维膜
中空纤维膜为细长的膜管，内壁为膜层，外壁有粗孔，内层起超滤分离作用。
内膜孔的大小，决定管内被阻物质的大小。
中空纤维内径约200μm，这样，采用空心圆柱构形，就大大地提高了单位体积膜渗设备的生产能力。
膜分类与膜结构
膜分类与膜结构滤膜主要有：超滤膜、微孔滤膜、纳滤膜、微滤膜、中空纤维超滤膜、赛尔滤膜等。
按滤膜形式，主要分为卷式，板框式，管式和中空纤维式滤膜等。
根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量的大小，可以将以压力差为推动力的膜过滤区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和反渗透膜过滤三类。
微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm；超滤膜(UF)为0.001～0.02μm；反渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。
目前市场上超滤膜应用最广泛。
超滤膜的结构有对称和非对称之分。
前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。
工业使用的超滤膜一般为非对称膜。
市面上微孔滤膜的规格主要有：Ф500.2／0.45μ（水），Ф50 0.2／0.45μ（有机），Ф500.2／0.45μ（PVDF），Ф25 0.2／0.45／0.8μ（水），Ф25 0.2／0.45μ（有机），Ф13 0.2／0.45μ（水／有机）。
【分有机膜和水膜，0.2/0.45表示孔径范围】膜材料（分水系和有机系）超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得，市场上现在使用比较多且性能比较好的主要有：聚醚砜(PES)超滤膜、聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜、聚乙烯醇(PvA)、壳聚糖(CS)复合超滤膜和醋酸纤维素(CA)超滤膜。
就材料来说：1. PAN为亲水性材质，PVDF,PES与PS为疏水性材质；所以做成超滤膜，PVDF与PES、PS的跨膜压差要远高于PAN，PVDF与PES、PS更容易污堵；2. PES与PS的抗氧化能力非常强，PVDF次之，PAN再次之；3. PES与PS材料属于刚性材料，比较容易破损，断丝。
所以PES与PS通常设计成内压式，如Norit,Hydracap,Koch 等，PES与PS对进水的要求相对较高，需要进水更干净。
超滤工作原理
超滤工作原理超滤是一种常用的分离和过滤技术，广泛应用于水处理、食品加工、制药、化工等领域。
它通过使用超滤膜，将溶质和溶剂分离，实现不同分子大小的物质的分离和浓缩。
本文将详细介绍超滤的工作原理及其应用。
一、超滤膜的结构与特点超滤膜是一种多孔性膜，由聚合物材料制成。
其孔径通常在0.1微米至0.01微米之间，相对于微滤膜和纳滤膜而言，超滤膜的孔径较大。
超滤膜的特点如下：1. 多孔性：超滤膜具有多孔结构，孔径大小可根据需要进行调整。
2. 分子筛选性：超滤膜能够根据分子的大小和形状进行筛选，使得溶质和溶剂得以分离。
3. 耐化学性：超滤膜能够耐受酸、碱等化学物质的腐蚀，具有较好的化学稳定性。
二、超滤的工作原理超滤的工作原理基于压力差和分子大小的差异。
其主要步骤如下：1. 进料：待处理的液体通过进料管道进入超滤系统。
2. 过滤：液体在超滤膜的作用下，通过滤膜孔径较大的孔道，溶剂和小分子溶质可以通过膜孔进入膜内，而大分子溶质则被截留在膜外。
3. 分离：通过超滤膜的筛选作用，将溶质和溶剂分离开来。
溶剂通过膜孔进入膜内，而溶质则被截留在膜外。
4. 浓缩：超滤膜可以实现对溶液中溶质的浓缩，通过控制膜内外溶质的浓度差，使得溶质从高浓度区域向低浓度区域扩散，从而实现浓缩效果。
5. 收集：分离后的溶剂和溶质分别通过收集管道进行收集，以便后续处理或利用。
三、超滤的应用1. 水处理：超滤广泛应用于饮用水、工业用水和废水处理中。
它可以去除悬浮物、胶体、细菌和病毒等微生物，提高水质。
2. 食品加工：超滤在食品加工中常用于浓缩果汁、分离蛋白质、去除杂质等。
例如，通过超滤可以将牛奶中的脂肪和蛋白质分离，得到低脂奶和高蛋白奶。
3. 制药：超滤在制药领域中用于分离和浓缩药物、提取天然产物等。
它可以去除杂质、浓缩有效成分，提高药物的纯度和活性。
4. 化工：超滤在化工工艺中常用于分离和浓缩溶液、去除杂质等。
例如，通过超滤可以将有机溶剂和溶质分离，实现溶剂的回收利用。
超滤膜种类分析和工作原理
超滤膜种类分析和工作原理超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。
在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。
超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。
有机膜有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。
根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。
目前，市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜。
无机膜无机膜中，陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。
陶瓷膜寿命长，耐腐蚀，但出水有土味，影响口感。
同时陶瓷膜易堵塞，清洗不易。
中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。
陶氏超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。
每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。
在单位膜丝面积产水量不变的情况下，滤芯装填的膜面积越大，则滤芯的总产水量越多。
其计算公式为：S内=πdL×n S外=πDL×n其中：S内为膜丝总内表面积;d为超滤膜丝的内径;S外为膜丝总外表面积;D为超滤膜丝的外径;L为超滤膜丝的长度;n为超滤膜丝的根数。
内压式和外压式中空纤维超滤膜一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成，一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，不易被大颗粒物质堵塞。
PVDF中空纤维超滤膜介绍
PVDF中空纤维超滤膜介绍一、超滤膜是净水器的最佳选择1、超滤膜的优势:在我国，由于水源污染以及二次污染相当严重，用普通的过滤介质难以实现生活饮用水深度净化效果。
超滤膜净化技术采用高精度纯物理的过滤原理，过滤精度为0.1,0.001微米，不添加任何化学物质，依靠超滤膜表面密布的微孔进行筛分，从而截留有害物质，从而实现过滤净化、纯化的效果。
截留水中的铁锈、微粒、细菌、胶体及部分有机物等，保持产水pH值不变，同时保留水中人体所需微量矿物质和微量溶解氧。
如果再和活性炭组合使用，除去水中异味和有机物，则将是一组完美的结合产品。
同时，超滤膜过滤只需依靠自来水本身压力即可实现，不需要用电、加压，具有低压无相变，能耗低，废水排放少的特点，安全节能。
另外，超滤膜过滤由于不需要用电加压，设备安装简单易行，产水通量大，无需储水桶等配套设备。
最后，超滤膜过滤具备冲洗排污的功能，通过正反冲洗超滤膜膜丝，可将截留的污染物冲洗排出，延长超滤膜丝的使用寿命。
超滤膜是家用水处理器的最佳选择。
随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，目前是净化生活饮用水的主流技术，同时在饮料、生物、食品、医药等领域应用广泛。
2、超滤膜工作原理:超滤膜是由起分离作用的一层极薄表皮层或较厚的起支撑作用的海绵状或指状多孔层组成，孔隙大小在0.1,0.001μm的选择性透过膜。
超滤膜过滤技术是指利用具有选择透过能力的超滤薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为透过液，而较大分子溶质被膜截留，从而达到物质分离及浓缩的目的。
与传统过滤的不同在于，超滤膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相变化和化学变化，适应性强。
3、超滤膜分类超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。
有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。
超滤膜组件的分类及应用
超滤膜膜组件的分类及应用超滤膜在目前市场上应用非常广泛，分流、浓缩、提纯都可以用到。
超滤膜组件种类主要分为板框式组件、管式膜组件、中空纤维式组件、卷式膜组件。
本文主要介绍了几种超滤膜组件的基本结构及应用。
一、板框式组件板框式组件是首先应用的大规模超滤和反渗透系统，这种设计起源于常规的过滤概念。
膜、多孔膜支撑材料以及形成料液流道的空间和两个端重叠压紧在一起，料液是有料液边空间引入膜面，所有板框式组件应在单位体积中提供大的膜面积，通常这种组件与管式组件相比控制浓度极化比较困难。
特别是溶液中含大量悬浮固体时，可能会使料液流道堵塞。
在板框式组件中通常要拆开或机械清洗膜，而且比管式组件需要更多的次数。
但是，板框式组件的投资费用和运行费用都比管式组件低。
板式超滤膜是最原始的一种膜结构，由于占地面积大，能耗高，逐步被市场所淘汰，主要用大颗粒物质的分离。
在1989年∽1995年期间缺乏研发和居高不下的价格结构或多或少地扼杀了其设计进步。
二、管式膜组件管式膜组件首先用于反渗透系统。
这种组件明显的优点是可以控制浓差极化和结垢。
而在反渗透系统中，管式膜已在很大程度上被中空纤维式和螺旋式组件所代替，这是因为他的投资和运行费用都高。
但是在超滤系统，管式组件一直在使用着，这主要是由于管式系统对料液中的悬浮物具有一定承受能力，她很容易用海绵球清洗而无需拆开设备。
管式膜组件的主要优点是能有效地控制浓差极化，大范围地调节料液的流速，膜生成污垢后容易清洗。
其缺点是投资和运行费用都高，单位体积内膜的比表面积较低。
管式膜已存在较长一段时间。
它的设计简洁而易于理解。
管式膜较大的优点，它们能较大范围地耐悬浮固体和许多令人讨厌的纤维、蛋白等物质。
对料液的前处理要求低，对料液可以进行高倍浓缩。
设备的投资费用高，占地面积大，主要用于超微滤系统中。
三、中空纤维式组件中空纤维式超滤组件与中空纤维式反渗透组件相似，只是孔径大小不同而已。
应用中要根据料液的情况加以选择，各种超滤膜组件都有其成功的应用领域。
科氏超滤膜技术手册
一、美国Koch科氏滤膜系统公司介绍二、关于此手册三、水超滤术语四、水应用超滤基础1、膜分离过程分类介绍2、膜结构的分类3、应用4、超滤流程5、系统回收率6、超滤在系统中的配置7、超滤清洗程序8、超滤作为前处理的优势五、KOCH 工业水中空超滤膜管产品介绍1、KOCH膜管命名2、去除效果3、KOCH超滤水处理应用4、TARGA TM工业水处理8”/10”中空纤维膜组件参数及操作条件5、KOCH 常用中空膜管膜面积6、膜架7、KOCH 中空超滤膜管前处理应用导则(8" 和10" 膜管)8、KOCH 中空超滤膜管温度与通量校正曲线六、KOCH 中空超滤系统操作程序实例七、实例分析及研讨资料八、附录1、各类中空膜管尺寸图2、系统流程图3、膜架尺寸图4、大系统设备布置图5、系统照片一、美国Koch科氏滤膜系统公司介绍美国Koch科氏滤膜系统公司 (Koch Membrane Systems Inc., 简称: KMS) 是美国最大的私人企业科氏工业集团 (Koch Industry Inc.) 的全资子公司，科氏工业集团年营业额超过500亿美元。
Koch滤膜公司是全球最大的错流滤膜生产商，能够提供从微滤、超滤、纳滤和反渗透等所有过滤精度的错流膜过滤产品及系统，膜件的结构形式包括中空纤维式、卷式、管式三种。
Koch滤膜公司在Abcor公司基础上建立，已拥有超过40年的滤膜制造和应用经验，尤其在近十几年内，Koch滤膜公司先后收购了世界上几大最具影响力的滤膜产品公司，而真正成为膜分离领域具有最完善产品链的先锋厂商。
Koch公司在1963年Abcor公司基础上建立，1985正式更名为Koch Membrane Systems Inc. Abcor于1975年在美国发明了卷式超滤膜。
Koch于1991年收购美国Romicon公司--世界上中空纤维膜的发明者。
Romicon公司于1973年发明了中空纤维超滤膜。
超滤膜分类和选择方法
超滤膜分类和选择方法随着我国经济不断发展，科技不断更新。
我国生产用设备也在不断的改进，很多生产设备已经实现了自动化和智能化。
在我国生产行业中，水质量之非常重要的。
每个生产行业都离不开水，很多行业用水非常特殊，要求水质就非常高。
很多水处理设备厂家根据这一现象生产出了不同型号和不同种类的水处理设备。
这些水处理设备中最为重要的就是超滤膜，超滤膜的品质直接影响设备出水品质。
超滤膜工作原理与应用超滤其实是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，已超了沉默为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及水分子物质通过而成为透过液，而原液中体对于膜表面微孔的物质则被截留在膜的过液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化，分离和浓缩的目的。
超滤膜在工业应用非常广泛，已成为新型化工行业工作单元操作之一。
用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中;还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。
目前我国已经陈宫地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。
超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必定会改进和增强。
超滤膜型号选择超滤膜的型号基本为8040和4040，超滤膜的型号之介于外观尺寸的不同。
大小不一的设备所用的膜尺寸是有要求的，4040超滤膜多数应用在小型水处理设备上，小型水处理设备有家用机和小企业用水等水处理设备，其纯化水设备、软化水设备、超纯水设备等都应用到4040超滤膜。
8040超滤膜是8英寸的膜，通常应用在大型水处理设备上，其功能和4040膜大同小异。
两种超滤膜都取代了传统工艺中等个自然沉降，板框过滤，真空转鼓，离心分离等工艺过程。
该工艺过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。
随着我国经济发展越来越发达，工业生产步入国际化，水处理设备也随之兴起。
超滤膜是水处理设备中必不可少的零件。
其功能上述已经说明。
8040超滤膜和4040超滤膜是目前我国常用的两款型号超滤膜，其品质和应用非常广泛。
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水处理超滤膜的形态
结构及分类阐述
超滤技术是一种以压力差为推动力，利用膜的透过性能，达到分离水中离子、分子以及某种微粒为目的的膜分离技术。
水处理超滤膜的孔径范围大致在0.005~1微米之间，填补了微滤和纳滤之间空隙。
国内外学者提出超滤过程实际上同时存在三方面的情形：
1.溶质在膜表面以及微孔壁内产生吸附。
2.溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质在孔中停留，引起堵塞。
3.溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。
超滤过程一般有两种方式:终端过滤和错流过滤。
对浊度较低、水质较好的原水，一般采用终端过滤，这样可以大大降低工艺的能耗;对于浊度较高、污染较为严重的水，就采用错流过滤，这样可以避免大量的污染物累积在膜的表面，造成膜的污染，降低过滤性能。
超滤膜的形态结构和种类
超滤膜的横截面具有不对称结构。
它一般是由一层厚度<1微米，起到筛分作用的致密层和一层厚度较大(通常为125微米)、具有海绵状或指状多孔结构的支撑层组成。
目前，已经在工业生产和生活中常
用的膜组件主要有:管式、板框式、卷式和中空纤维式等几种。
中空纤维膜又有内压膜(致密层在内)、外压膜(致密层在外)和双向膜(内外都有致密层)三种结构。
总的来说，还是存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷。
超滤膜对有机物的去除效果及影响因素
超滤膜的截留分子量范围一般为5000~10000ODalton，天然水体中有相当大一部分溶解性有机物的分子量低于该范围，导致超滤膜对其拦截效果很差。
事实上，天然水中这一类的低分子溶解性有机物所占的比例往往较大。
超滤膜对有机物的去除，不同情况下差异很大。
有学者用切割分子量为10万Dalton的中空纤维超滤膜对20种不同的原水进行过滤，TOC平均去除率为18%，UV25的平均去除率为28%。
同样为去除水中的TOC，Laine等人用终端过滤的方式处理地表水，超滤膜对TOC的去除率在42%左右。
所以，寻找合适的方式尽可能地减少这种差异，提高超滤膜的处理效率是关键。
从膜方面着手，就是寻找新的膜材料或者对膜进行改性;从处理工艺方面着手，就是寻找合适的处理工艺与超滤膜相组合，从而达到优化处理的效果。
预处理对膜过滤性能的影响
水中的悬浮物、胶体杂质、细菌等在过滤过程中会附着在膜表面，使膜受到污染，被截留的杂质也会迅速在膜的表面产生浓差极化现象;同时，水中部分细小的颗粒物会进入膜孔内使水通道堵塞，水体中的微生物及其代谢产物也会粘附在膜表面。
所有这些都会影响到膜的过滤性能，再加上前面提及的诸多影响因素，因此，膜供水必须进行适当的预处理，尽可能多的去除水中的溶解性有机物或者改变其在状态、降低膜污染、提高膜的过滤性能、延长使用寿命并降低水处理费用。
预处理方法有很多:生物预处理、臭氧预处理、活性炭预处理混凝预处理等。
其中研究最多的则是臭氧、活性炭和混凝三种预处理方法。
臭氧预处理对膜过滤性能的影响
臭氧预氧化对孔径为0.1微米的PVDF微滤膜过滤性能的影响。
试验用5.0mg/l的腐殖酸和10mg/l的高岭土配置原水，然后向水中投加4.5mg/l的，结果发现该状况下的透水通量是未臭氧预处理时的2倍。
并且，投加时，过滤阻力下降;停止投加，过滤阻力上升。
臭
氧能将水中本来对膜有污染作用的有机物分解成不易污染膜的、更分散的物质，减缓膜污染，并使得反冲洗时膜表面的污染层更容易去除。
可见，臭氧预氧化对膜过滤性能的改善是有利的。
但是臭氧氧化副产物(如溴酸盐)和膜组件的耐臭氧性能是该预处理方法应该考虑
的问题。
活性炭预处理对膜过滤性能的影响
利用活性炭和其他多孔的具有较大比表面积的吸附剂来吸附原水中能够污染膜的溶解性有机物，达到降低过滤阻力、提高透水通量和有机物的去除率的目的。
混凝预处理对膜过滤性能的影响
混凝对膜过滤性能的影响，到现在还没有一个定论。
原因很多，一方面，人们对引起膜污染的原因及其物质还没有达成共识;另一方面，混凝对水中有机物和膜表面的荷电性有什么影响也还不清楚。