全世界都面臨淡水資源短缺、水環境嚴重污染的困局,而傳統污水處理早已不能滿足各類高難度廢水的處理要求,高要求下的污水處理市場潛力巨大,膜技術被稱為21世紀的水處理技術,預計到2020年功能膜產值將突破2500億,年均增速達20%。
一、膜分離技術簡介
膜法液體分離技術根據操作壓力和所用膜的平均孔徑不同一般可分為四類:微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO),它們的過濾精度按照以上順序越來越高。
二、
超濾技術簡介
超濾是一種膜分離技術,其膜為多孔性不對稱結構。超濾過濾過程是以膜兩側壓力差為驅動力,以機械篩分原理為基礎的一種溶液分離過程,使用壓力通常為0.01~0.3 MPa,篩分孔徑從0.005~0.1μm,截留分子量為1000~500,000 道爾頓左右。
超濾起源于1748 年,Schmidt 用棉花膠膜或璐膜分濾溶液,當施加一定壓力時,溶液(水)透過膜,而蛋白質、膠體等物質則被截留下來,其過濾精度遠遠超過濾紙,于是他提出超濾這一術語。1896年,Martin 制出了第一張人工超濾膜。20 世紀60 年代,分子量級概念的提出,是現代超濾的開始,70 年代和80 年代是高速發展期,90年代以后開始趨于成熟。我國對該項技術研究較晚,70 年代尚處于研究期限,80 年代末,才進入工業化生產和應用階段。近30 年來,超濾技術的發展極為迅速,不但在特殊溶液的分離方面有獨到的作用,而且在工業給水方面也用得越來越多。例如在海水淡化、純水及高純水的制備中,超濾可作為預處理設備,確保反滲透等后續設備的長期安全穩定運行。在食品飲料、礦泉水生產中,超濾也發揮了重要作用。因為超濾僅去除水中的懸浮物、膠體微粒和細菌等雜質,而保留了對人體健康有益的礦物質。
2.1超濾分離特性
1)分離過程不發生相變化,耗能少;
2)分離過程可以在常溫下進行,適合一些熱敏性物質如果汁、生物制劑及某些藥品等的濃縮或者提純;
3)分離過程僅以低壓為推動力,設備及工藝流程簡單,易于操作、管理及維修;
4)應用范圍廣,凡溶質分子量為1000~500,000道爾頓或者溶質尺寸大小為0.005~0.1μm左右,都可以利用超濾分離技術。此外,采用系列化不同截留分子量的膜,能將不同分子量溶質的混合液中各組分實行分子量分級。
2.2超濾與傳統過濾及微濾的區別
1)篩分孔徑小,幾乎能截留溶液中所有的細菌、熱源、病毒及膠體微粒、蛋白質、大分子有機物。
2)能否有效分離除決定于膜孔徑及溶質粒子的大小、形狀及剛柔性外,還與溶液的化學性質(pH值、電性)、成份(有否其它粒子存在)以及膜致密層表面的結構、電性及化學性質(疏水性、親水性等)有關。
3)整個過程在動態下進行,無濾餅形成,使膜表面不能透過物質僅為有限的積聚,過濾速率在穩定的狀態下可達到一平衡值而不致連續衰減。
4)超濾膜對大分子溶質的分離主要依賴于膜的有孔性,即膜對大分子溶質的吸附、排斥、阻塞及篩分效應。