0390.超滤和微滤技术的过程原理
超滤和微滤
浓差极化使 得膜面处浓度Cm 增加，加大了渗 透压，在一定压 差△P下使溶剂的 透过速率下降， 同时Cm的增加又 使溶质的透过速 率增加，使截留 率下降。
膜污染定义 液料中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致膜透过速率下降的现象 称为膜污染 膜污染。 膜污染 组分在膜表面沉积形成的污染层将产生额外的阻力，该阻力可能远大 于膜本身的阻力而成为过滤的主要阻力；组分在膜孔中的沉积将造成膜孔 减少甚至堵塞，实际上减少了膜的有效面积。膜污染主要发生在超滤与微 滤过程中。 透 可 的 过 速 超滤， 与 力 成 率 ；而 液的超滤， 于 与 与膜污染的 ， 操 超滤 的 作 成 ， 定 压 力 ， 力， 的 层阻力 大， 能 关 大 ， 而 系 J ∞。
400 × 400 Cogent µScale超滤 系统 统 Cogent M Cogent M 应 用 ： 新 药 研 发 半 自 动 超 滤 系 模 规 试 中
超滤 超滤 理乳品
TMF微滤膜过滤技术又称 管式为滤膜系统，主要应 用于废水处理的泥水
陶瓷膜超滤应用于 豆奶的浓缩
在一定的压差下，当 含有高分子溶质A和低分 子B的混合溶液流过膜表 面时，溶剂和小于膜孔的 低分子溶质（如无机盐类） 透过膜，作为透过液被收 集起来，而大于膜孔的高 分子溶质（如有机胶体等） 则被截留，作为浓缩液被 收回，以达到净化、分离 和浓缩的目的。通常，能 截留相对分子质量在500 以上、106以下分子的膜 分离过程称超滤 超滤 (ultrafiltration)。截留更 大分子的细微粒子（包括 胶体微粒、微生物等）的 膜分离过程称为微滤 微滤 （microfiltration)
浸入式连续微滤工艺 应用于污水回用深度 处理
微滤应用于物质的分离、 浓缩、提纯
超滤微滤技术的应用和原理
入快速发展阶段。
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三、超滤的用途
超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合 物（蛋白质、核酸聚合物、淀粉、天然胶、酶 等）、胶体分散液（粘土、颜料、矿物料、乳 液粒子、微生物）以及乳液（润滑脂、洗涤剂、 油水乳液）。采用先与适合的大分子结合的方 法也可以从水溶液中分离金属离子、可溶性溶 质和高分子物质（如蛋白质、酶、病毒），以 达到净化、浓缩的目的。
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THE END!
THANK YOU!
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1. 微滤膜的污染与 过滤阻力主要是 来自于被截留的溶质或颗粒在膜 的表面形成的浓差极化和滤饼层 的阻力及颗粒在膜微孔中的吸附 和堵塞。
2. 减少膜污染的措施——
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2.减少膜污染的措施——
1. 料液的预处理：絮凝沉淀、多介质机械过滤、热处 理、调pH值、加配位剂（EDTA等）、氯化、活性 炭吸附、化学处理、精密过滤等。
膜技术应用
——超 滤
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一、超滤的定义
超滤是在压差推动力作用下进行的筛 孔分离过程，它介于纳滤和微滤之间，膜 孔范围在1nm-0.05um.
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二、超滤的发展进程
1. 1861年Schmidt首次公布了牛心胞薄膜 截留可溶性阿拉伯胶的实验结果；
2. 1867年，Traube制成第一次人工膜； 3. 1907年开始使用“超滤”这一术语； 4. 20世纪70年代，超滤从实验规模进入工
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二、微滤的发展进程
1. 19世纪中叶开始出现微滤膜技术； 2. 20世纪初开始对该技术进行系统研究； 3. 20世纪60年代开始进入飞跃发展阶段； 4. 我国对该项技术的研究始于20世纪五、
六十年代，80年代初期开始起步并得到 快速发展。
第四章超滤、第五章微滤
第五章 微滤
微滤（MF）是利用微孔膜孔的筛分作用，在静 压差的推动下，将滤液中大于膜孔径的微粒、细 菌及悬浮物质等截留下来，达到除去滤液中微粒 与澄清溶液的目的。
微滤的孔径：0.05～10m，孔隙率达到 70-80％
操作压差：0.01～0.2MPa
5.1 微滤的基本原理
（1）机械截留作用 过筛作用 （2）物理作用或吸附截留 （3）架桥作用 （4）网络型膜的网络内部截留作用
4.4 影响渗透通量的因素
① 操作压力 压差是超滤过程的推动力,对渗透通量产生决定性 的影响。一般情况下,在压差较小的范围内,渗透通量随压差增长较快; 当压差较大时,随压差的增加渗透通 量增长逐渐减慢,且当膜表面形 成凝胶层时,渗透量趋于定值不再随压差而变化,此时的渗透通量称为 临界渗透通量。实际超滤操作压力应接近临界渗透通量时的压差,若 压差过高不仅无益而且有害。
5.2 微滤传质机理及模型 （1）孔模型 （2）扩展的浓差极化模型（扩展的扩散模型） （3）覆盖层模型－－Ruth方程
5.3 微滤的应用 迄今为止，微滤是所有膜分离过程中应用最普遍、总销售额 最大。最大市场是制药行业的过滤除菌。 （1）制药工业 （2）电子工业 （3）其他领域
生化与微生物研究领域；食品工业；环境治理等
(2) 酶制剂的生产
酶是一种具有高度催化活性的特殊蛋白质。相对分子质 量在1万~10万之间。采用超滤技术处理粗酶液,低分子物质和 盐与水一起透过膜除去,而酶得到浓缩和精制。目前超滤已用 于细菌蛋白酶、葡萄糖苷酶、凝乳酶、果胶酶、胰蛋白酶、 葡萄糖氧化酶等的分离。与传统的盐析沉淀和真空浓缩等方 法相比,采用超滤法提高可酶的回收率,防止酶失活,而且可简 化提取工艺,降低操作成本。下图所示为糖化酶超滤浓缩流程 示意图。糖化酶发酵液加2%酸性白土处理,经板框压滤,除去 培养基等杂质,澄清的滤液经过过滤器压入循环槽进行超滤浓 缩。透过液由超滤器上端排出,循环液中糖化酶被超滤膜截留 返回循环液贮槽循环操作,直至达到要求的浓缩倍数。 2 1
超滤系统的工作原理
超滤系统的工作原理
超滤系统的工作原理是利用超滤膜对水进行过滤，将水中的杂质、颗粒和细菌等物质通过膜孔径大小的筛选作用，将其抛弃，而将水分子和溶解在水中的小分子物质通过膜孔径的筛选，保留在水中，从而达到过滤纯净水的目的。
超滤系统主要由膜组件和膜分离装置组成，膜组件通常包含中空纤维膜或平板式膜等不同类型的膜。
在水处理过程中，被过滤的水通过膜的一侧进入，经过膜的孔径筛选，最终从另一侧流出。
在过滤过程中，膜孔径的大小决定了过滤的效果和分离效率。
超滤系统的工作流程分为以下几个步骤：
1.预处理：将水中的颗粒杂质等进行初步过滤，以延长超滤膜的使用寿命。
2.过滤：将水通过超滤膜进行过滤分离，根据需要可进行多级过滤。
3.后处理：对过滤后的水进行消毒、调节PH值、添加矿物质等，以达到客户的要求。
总之，超滤系统的工作原理是利用过滤膜对水进行分离和过滤，从而达到净化水质，满足不同领域对水质的不同要求。
超滤工作原理
超滤工作原理超滤是一种常用的膜分离技术，利用超滤膜对溶质和溶剂进行分离。
超滤膜具有较大的孔径，通常在10-100纳米之间，能够有效地分离溶质和溶剂，同时保留溶剂中的溶质。
以下是超滤工作原理的详细解释。
1. 超滤膜的选择和结构超滤膜通常由聚合物材料制成，如聚酰胺、聚醚砜等。
其孔径大小决定了超滤膜的分离效果。
超滤膜的结构可以是平板式、中空纤维式或螺旋卷绕式等，不同的结构适用于不同的应用场景。
2. 超滤过程超滤过程通常包括进料、滤液分离和洗涤等步骤。
（1）进料：待处理的溶液通过进料管道进入超滤系统，进入超滤膜模块。
（2）滤液分离：溶液中的溶质和溶剂通过超滤膜的孔径进行分离。
溶剂和较小的溶质可以通过超滤膜，而较大的溶质则被截留在超滤膜上。
这样，溶剂和较小的溶质形成滤液，而较大的溶质则形成浓缩液。
（3）洗涤：为了去除滤液中残留的溶质，常常需要进行洗涤步骤。
洗涤液通过超滤膜，将残留的溶质冲洗出来，从而得到更纯净的滤液。
3. 超滤应用领域超滤技术在许多领域中得到广泛应用。
（1）饮用水处理：超滤膜可以去除水中的悬浮物、胶体、细菌等，提供安全可靠的饮用水。
（2）废水处理：超滤膜可以将废水中的有机物、重金属等污染物去除，实现废水的净化和回用。
（3）食品和饮料工业：超滤膜可以用于果汁、乳制品、啤酒等的澄清和浓缩。
（4）生物制药：超滤膜可以用于分离和浓缩生物制药中的蛋白质、细胞等。
（5）海水淡化：超滤膜可以去除海水中的盐分，实现海水淡化，提供淡水资源。
4. 超滤的优势和限制超滤技术具有许多优势，但也存在一些限制。
（1）优势：- 高效：超滤过程快速，能够在短时间内完成分离和浓缩。
- 低能耗：相比传统的分离方法，超滤技术能够节省能源消耗。
- 简便：超滤系统操作简单，维护方便。
- 环保：超滤膜可以实现废水的净化和回用，减少对环境的污染。
（2）限制：- 孔径选择：超滤膜的孔径选择需要根据具体应用需求，不同的孔径范围适用于不同的分离任务。
净水系统超滤工作原理
净水系统超滤工作原理净水系统超滤工作原理家庭用水净化设备已经成为我们生活中不可或缺的一个部分，其中超滤技术已被广泛采用。
超滤工作原理是利用特殊的滤膜将污染物从水中分离出来，从而对水进行过滤净化。
本文将详细介绍超滤工作原理，包括净水系统超滤的工作过程、水的流动方式以及超滤的优势。
一、净水系统超滤的工作过程净水系统超滤是一种物理性的过滤方式。
净水系统的过滤器中放置有一种超细滤膜，可以将大分子物质和杂质过滤出来，从而获得足够纯净的水。
其实质原理依据质量分子的大小进行筛选。
二、水的流动方式在超滤的过程中，水是从水源顺着一定的通道进入管道中，经过一个装有特殊滤膜的过滤器过滤，再进入水箱，最后通过出水管输出到我们的水杯或水龙头中。
超滤的过程中，水的流动方式可以分为四个步骤：初步过滤、超滤分离、膜面清洁、稳定出水。
其中包括两种滤膜模式，即外压模式和内压模式。
三、超滤的优势超滤具有以下几点优势：1. 能够过滤掉大分子和小分子之间的杂质，保证了产品水质的纯净性和健康性。
2. 滤膜的效果明显，过滤速度快，可以快速过滤出水中的有害物质，防止人体受到危害。
3. 超滤滤膜通透性好，可以通过各种环境和水质的考验，能够适应不同地区和不同用途的实际需要。
4. 超滤的操作简单，只需要插电、开关连接等操作，即可对水质实现快速过滤、净化和干净纯净的效果。
以上是超滤的优势，也是净水系统超滤工作原理能够成功地保证水质品质的重要原因。
超滤技术虽然在净水系统中被广泛采用，但其工作原理和优势不但适用于家庭净水类，也适用于工业、医疗、化工等领域，其应用范围非常广泛。
总之，净水系统超滤工作原理是通过一定的流速和滤膜孔径，对水进行连续的滤过和过滤，过滤出纯净水。
超滤技术以其高效、智能、纯净的特点受到消费者的喜爱，在净水行业中更是常常引人注目。
超滤工作原理
超滤工作原理超滤是一种常用的分离技术，广泛应用于水处理、食品加工、制药等领域。
它通过使用超滤膜，将溶液中的大分子物质、悬浮物和微生物等分离出来，同时保留溶液中的小分子物质和溶质。
超滤膜是一种多孔性薄膜，由聚合物材料制成。
其孔径通常在0.001至0.1微米之间，可以根据需要选择不同孔径的超滤膜。
超滤膜的孔径比微滤膜小，但比逆渗透膜大。
超滤过程主要包括预处理、过滤和清洗三个步骤。
1. 预处理：在超滤过程开始之前，需要对原料溶液进行预处理。
这包括去除悬浮物、调整溶液的pH值和温度等。
预处理的目的是保护超滤膜，防止其被堵塞或受到损害。
2. 过滤：预处理完成后，原料溶液被送入超滤装置。
超滤装置通常由滤芯、滤床和滤饼等组成。
原料溶液通过超滤膜，大分子物质、悬浮物和微生物等被截留在膜表面，而小分子物质和溶质则通过膜孔进入滤液中。
3. 清洗：当超滤膜的通量降低或膜面出现堵塞时，需要进行清洗。
清洗的方法有物理清洗和化学清洗两种。
物理清洗包括反冲洗和超滤液冲洗，可以通过施加压力或改变流动方向来清除膜面的污染物。
化学清洗则使用特定的清洗剂来溶解和去除污染物。
超滤的工作原理基于分子的大小排斥效应。
超滤膜的孔径较小，无法通过大分子物质和悬浮物，但可以通过小分子物质和溶质。
当溶液施加一定的压力，溶液中的物质会根据其分子大小和溶液中的浓度梯度，通过超滤膜的孔隙进入滤液中。
这样，大分子物质、悬浮物和微生物等被截留在膜表面，而小分子物质和溶质则通过膜孔进入滤液中。
超滤的工作原理还受到溶液的粘度、温度和压力等因素的影响。
较高的压力可以增加通量，但也会增加膜的压力和损坏的风险。
较高的温度可以改善溶液的流动性，但也可能导致膜的变形或破裂。
因此，在超滤过程中需要根据具体情况选择适当的操作参数。
总结起来，超滤是一种通过使用超滤膜将溶液中的大分子物质、悬浮物和微生物等分离出来的分离技术。
它的工作原理基于分子的大小排斥效应，通过施加一定的压力，使溶液中的小分子物质和溶质通过超滤膜的孔隙进入滤液中，而大分子物质、悬浮物和微生物等被截留在膜表面。
超滤微滤技术的应用和原理
八、微滤膜的清洗
1. 物理清洗 包括水力学反冲洗和气体反冲洗 2. 化学清洗 包括酸碱液、表面活性剂、氧化剂、酶、 配合剂等。清洗剂既可单独使用，也可 以组合形式使用。
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九、微滤的应用
1. 2. 3. 4. 5. 电子工业应用 医药卫生行业应用 水处理及海水淡化 食品饮料行业 油田采出水处理
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2.减少膜污染的措施——
1. 料液的预处理：絮凝沉淀、多介质机械过滤、热处 理、调pH值、加配位剂（EDTA等）、氯化、活性炭 吸附、化学处理、精密过滤等。 2. 膜的运行方式：死端过滤膜通量减小快，一般应选 用错流过滤的运行方式。 3. 膜组件和系统的设计：通过提高传质系数（如高流 速等）和使用较低通量的膜可以减少浓差极化，采 用端流强化器也可以减少膜的污染。 4. 电场作用：通过电场作用促进膜表面聚集的带电微 粒向料流主体迁移，从而增加其传质系数，也可减 少膜的污染。 31
① 有机高分子超滤膜采用相转化法、 拉伸法、复合膜法、烧结法、核 径迹法等 ② 无机超滤膜采用固体粒子烧结法、 溶胶凝胶法、阳极氧化法、动态 膜法、薄膜沉积法、水热法等；
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六、超滤膜的污染及控制
1. 膜污染的定义:
指处理物料中的微粒，胶体粒子或溶质大分子，由于与膜存 在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附， 沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不 可逆变化。
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3.微滤膜的特点
① 微滤主要以筛分机理截留粒子而分离，所有比 膜孔径大的粒子全部截留，其他深层过滤介质 达不到绝对截留的要求 ② 孔径分部均匀，过滤精度高，可靠性强 ③ 孔隙率高，过滤速度快 ④ 微滤膜整体性强，不脱落，不对物料产生二次 污染，且膜层薄，对物料吸附少，减少损失 ⑤ 与其它深层过滤方法结合使用，可延长微滤膜 使用寿命。
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超滤和微滤技术的过程原理
超过滤(简称超滤)和微孔过滤(简称微滤)也是以压力差为推动力的膜分离过程，一般用于液相分离，也可用于气相分离，比如空气中细菌与微粒的去除。
超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10一200?，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.1—0.5MPa。
原料液在压差作用下，其中溶剂透过膜上的微孔流到膜的低限侧，为透过液，大分子物质或胶体微粒被膜截留，不能透过膜，从而实现原料液中大分子物质与胶体物质和溶剂的分离。
超滤膜对大分子物质的截留机理主要是筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状。
除了筛分作用外，膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留也使大分子被截留。
实践证明，有的情况下，膜表面的物化性质对超滤分离有重要影响，因为超滤处理的是大分子溶液，溶液的渗透压对过程有影响。
从这一意义上说，它与反渗透类似。
但是，由于溶质分子量大、渗透压低，可以不考虑渗透压的影响。
微滤所用的膜为微孔膜，平均孔径0.02—10，能够截留直径0.05—10的微粒或分子量大于100万的高分子物质，操作压差一般为
0.01～0.2MPa。
原料液在压差作用下，其中水(溶剂)透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液，大于膜孔的微粒被截留，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。
微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用，决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的形状和大小。
超滤膜一般为非对称膜，其制造方法与反渗透法类似。
超滤膜的活性分离层上有无数不规则的小孔，且孔径大小不一，很难确定其孔径，也很难用孔径去判断其分离能力，故超滤膜的分离能力均用截留分子量来予以表述。
定义能截留90％的的物质的分子量为膜的截留分子量。
工业产品一般均是用截留分子量方法表示其产品的分离能力，但用截留分子量表示膜性能亦不是完美的方法，因为除了分子大小以外，分子的结构形状，刚性等对截留性能也有影响，显然当分子量一定，刚性分子较之易变形的分子，球形和有侧链的分子较之线性分子有更大的截留率。
目前用作超滤膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等。
微滤膜一般均为均匀的多孔膜，孔径较大，可用多种方法测定，可直接用测得的孔径来表示其膜孔的大小。
超滤与微滤原理
超滤及微滤是依托于材料科学发展起来的先进的膜分离技术。
超滤和微滤均是利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定
大小的杂质颗粒。
在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质则不能透过纤维壁而被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。
该过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。
超滤是利用超滤膜的微孔筛分机理，在压力驱动下，将直径为
0.002-0.1μm之间的颗粒和杂质截留，去除胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。
应用于锅炉给水处理、工业废污水处理、饮用水的生产及高纯水制备等。
在给水处理中常作为反渗透、离子交换的预处理。
微滤也是利用微滤膜的筛分机理，在压力驱动下，截留直径在0.1～1μm之间的颗粒，如悬浮物、细菌、部分病毒及大尺寸胶体，多用于给水预处理系统。
膜的分类及其分离对象的比较
膜是具有选择分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
它与传统过滤的不同在于，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，不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、钠滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。
有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素。
芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
几种膜工艺分离尺径比较
下图显示了水中各种杂质的大小和去除它们所使用的分离方法。
反渗透主要用来去除水中溶解的无机盐；而超滤则可以去除病毒、大分子物质、胶体等；微滤一般能够去除水中的细菌、灰尘，具有很好的除浊效果。
这些都是传统的过滤（如砂滤、多介质过滤等）无法实现的。