膜分离工程第五章超滤(UF)

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第五章膜过滤法

反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
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影响截留率的因素
①分子形状：线状分子易透过，R线 < R球；
②吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径
③浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积，使膜阻力，
较小分子溶质的截留率，分离性能。 ④温度/浓度，T C，使R，因为膜吸附作用； ⑤错流速度，R； ⑥pH、离子强度影响蛋白质分子构型，影响R。
(二）膜的制造
• 要求： • （1）透过速度 • （2）选择性 • （3）机械强度 • （4）稳定性
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相转变制膜
• 不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下： • 1．将高聚物溶于一种溶剂中； • 2．将得到溶液浇注成薄膜； • 3．将薄膜浸入沉淀剂（通常为水或水溶液）中，均匀的高聚物溶液分离成两相，一相为富含高聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂的液相，形成膜中空隙。
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5.2 表征膜性能的参数
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ห้องสมุดไป่ตู้
表征膜性能的参数
• 截断分子量、 • 水通量、 • 孔的特征、 • pH适用范围、 • 抗压能力、 • 对热和溶剂的稳定性等。制造商通常提供这些数据，
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1. 截留率和截断分子量
• 膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）来表示，其定义为 • R＝1－ Cp／Cb １７－１
?因而在生物产品的处理中占有重要地位膜分离技术的重要性?膜分离技术兼具分离浓缩和纯化的功能又有使用简单易于控制及高效节能的特点膜分离技术兼具分离浓缩和纯化的功能又有使用简单易于控制及高效节能的特点?选择适当的膜分离技术可替代过滤沉淀萃取吸附等多种传统的分离与过滤方法

超滤操作手册

一、超滤系统简介1.1超滤（UF）超滤是一种膜分离技术，其膜为多孔不对称结构。

过滤过程是一抹两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.03～0.6MPa，筛分孔径从0.005～0.1μm，截流分子量为1000～500000道尔顿左右。

1.2诺芮特超滤膜我公司选用的是荷兰诺瑞芮特的外置错流管式超滤膜，型号：38CRH-XLT F5385。

生化池的渗滤液通过外置管式超滤膜实现泥水分离，直接得到高质量的超滤产水，浓水回流至生化池。

该管式膜以其优异的强度、PVDF裁量的耐污染性和运行维护简便性得到认可，设计通量高达70~100L/(m2•h)，过滤精度可达30nm，8mm的大通道可以将污泥有效截留并且不会造成膜管堵塞。

膜的高效截留作用使得生化池内的污泥浓度可高达25g/L，微生物菌群活性及微生物降解效率大大提高，因此废水中的绝大多数难降解有机物得以有效去除，特别适合于垃圾渗滤液等高浓度污水的深度处理。

外置式管式膜生物反应器（简称TMBR）是一种主要针对垃圾渗滤液等高浓度浓水处理的MBR工艺，主要由生化系统和外置式管式超滤膜系统组成。

在外置式膜生物反应器中生物反应器与膜单元相对独立，通过混合液循环泵使得处理水通过膜组件后外排，其中的生物反应器与膜分离装置之间的相互干扰较小。

目前垃圾渗沥液处理中采用的外置式膜生化反应器，超滤膜一般均选用错流式管式超滤膜。

即循环泵为混合液（污泥）提供一定的流速（3.5-5m/s），使混合液在管式膜中形成紊流状态，避免污泥在膜表面沉积。

错流过滤与传统全流过滤不同，传统过滤是将溶液垂直通过过滤介质来除去其中的悬浮固体，所有的液体在通过滤媒后由同一出口流出。

此类过滤装置包括袋式过滤器，砂滤等，粗过滤法只能去除超过1um的不溶性颗粒。

传统过滤中被截留的物质积累在过滤介质上，必须定期清洗更换介质。

薄膜分离系统可以去除小颗粒及溶盐其原理是：加压的原液平行通过薄膜表面，部分的水流通过薄膜，被截留的颗粒在剩余的水流中浓度越来越高。

MF、UF、NF技术

世博园直饮水确定由我国膜企业龙头——立昇提供超滤膜和百个饮水台
❖ 日前，上海世博会直饮水技术解决方案最后敲定，世博组委会与技术提供方签署了合作协议。世博园将设立100个直饮台，直饮台设计方案也已确定，所有园区直饮台于3 月安装到位。
❖ 世博园直饮水将采用世界领先的“活性炭＋PVC合金超滤膜＋紫外线”处理工艺，超滤膜和直饮台均由国内著名膜企——立昇企业提供。该技术细菌去除率达到99.9999%，病毒去除率达到99.99%，水资源利用率达99%，水质卫生标准优于欧盟标准。
酶解性等。
膜的清洗
2 膜清洗方法和效果 ❖ 物理法：主要有高流速水冲洗，气水反冲洗，海绵
球机械清洗，抽吸清洗，电脉冲清洗等。 ❖ 化学法：主要有酸、碱、表面活性剂、络合剂、杀
菌剂、酶、氧化剂和其他添加剂等。 ❖ 清洗效果：通量恢复，流程压差降减少等。
8.3 超滤技术
8.3.1 超滤技术的发展历史
的变化，这一现象谓之膜污染。
膜污染的影响因素
1．膜的物化性质
❖ 1)膜的亲水性和表面张力亲水性好的膜，膜表面与水成氢键，不疏水溶质接近膜表面时，要打破这一氢键结合，这需能量，膜耐污染；而疏水膜表面无氢键形成，疏水溶质接近膜表面时，则膜易被污染。
❖ 2)膜的荷电性荷电膜处理同离子溶质的料液，由于荷电排斥，也不易污染。
微孔过滤、超滤和反渗透技术的原理和操作特点比较
分离技术类型反渗透
超滤
微孔过滤
膜的形式
表面致密的非对称膜、复合膜等
非对称膜，表面有微孔
膜材料
纤维素、聚酰胺等
聚丙烯腈、聚砜等
操作压力 /MPa 2～100
分离的物质
分子量小于500Da的小分子物质

超滤

化学教学实验中心
Chem is try !
•
•
对截留率的影响：截留率受粘度的影响较小，而受明胶的化学性质和膜的相互作用影响较大。明胶分子中既有氨基又有羧基，在等电点PH＝6以下呈正离子状态，在等电点以上呈负离子状态，在等电点附近呈两性离子状态，由于实验所用的膜是荷负电的，在碱性的条件下对溶液中带负电荷的明胶大分子具有排斥作用，所以截留率提高。这也是膜的抗污染原理，一般在稍高于等电点（PH＝8）时进行操作。
超滤
纳滤
反渗透
0.1
0.3
压力/ MPa 1.0 ３.0
化学教学实验中心
Chem is try !
[MPa]
20.0
10.0 反渗透
纳滤 1.0
孔径： <1nm 孔径： <2nm 孔径：>10μm
压差ΔP
超滤微滤
孔径：1~100nm 孔径：0.05~10μm
0. 1
过滤 100 10 [μm]
0.01 0.0001 0.001 0.01 1 0.01 (1nm) (10nm) (100nm) 微粒或分子大小
化学教学实验中心
Chem is try !
九、实验数据记录
料液实验序号进口压力出口压力平均压力纯水通量明胶超滤液通量超滤液明胶浓度截流液明胶浓度
1
2
纯水溶液
3 4
5
6 7
明胶水溶液
1
2 3
4
化学教学实验中心
Chem is try !
十.产物分析
用紫外可见分光光度计测定：原料液浓度超滤液浓度截留液浓度
化学教学实验中心

UF超滤系统产品简介

UF超滤系统产品简介一超滤的基本概述超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。

20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。

其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。

二、超滤膜组件的基本类型目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。

各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。

而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。

三、超滤膜的超滤特性在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。

超滤的定义域为截留分子量500～500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.002μ～0.1μ。

截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。

简单的理解，超滤膜如同筛子，在一定压力（0.1～0.6mpa）下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液的净化、分离和浓缩。

超滤过程有如下特点：（1）超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/2～1/5；（2）设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施；（3）超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理；（4）溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理；（5）适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收；（6）能将不同分子量的物质分级分离；（7）超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。

由以上分离特性可知，超滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。

超滤(UF)装置介绍

液侧透过膜扩散到浓溶液侧，这种现象
是渗透现象。渗透现象的发生是因为膜两侧存在化学位差，溶液中溶质浓度越
高，溶液的化学位越低，这将导致溶剂
自发地从高化学位侧透过膜扩散到低化学位侧，直到系统达到动态平衡，即渗
透平衡，此时的压力称为渗透压。
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超滤(UF)装置
2017/2/15
膜组件的分离原理
渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度，而与膜本身无关。如果我们在浓溶液侧加压，使膜两侧的静压差大于两溶液间的渗透压差时，溶剂将从
浓溶液侧透过膜流向稀溶液侧，这就是
所谓的反渗透现象。
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超滤(UF)装置
2017/2/15
膜组件的分离原理
超滤是一种压力驱动的膜过滤工艺。超滤膜表面坚硬其性质类似筛网的有孔膜。小孔网络无规则地分布在膜表面上而且每个小孔都穿透膜壁。分离的功
能主要是将孔径大的粒子和分子截留下来而让孔径小的粒子和分子完全通过。
设计选型计算
• 超滤液透过量的确定
根据经验,每平方米工件所需透过液量为1.2～1.5l 。
设计选用超滤装置的规格: UF装置的产量(m3/h)=泳涂面积(m2/h)×(1.2~1.5)(L/m2) ×1.3
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超滤(UF)装置
2017/2/15
设计选型计算
• 超滤供漆泵的确定超滤供漆循环有两种方式：一种为补给方式；一种为直供方式。
污水处理量及费用，又能通过超滤液的排放，有效的控制电泳槽内槽液的电
导率及杂质离子的含量，保证电泳涂膜的质量。 UF液洗一般进2-3次，以降低涂料的带出量。例如，车体面积为80-
100M2，每台车身带出固体份为20%槽液7-10升，当第一道水洗液的固体

超滤培训教材

超滤培训教材超滤培训教材1简介1.1.膜分离过程分类介绍滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。

微滤能截留0.1-1微米之间的颗粒。

微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。

微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。

超滤能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质。

超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。

超滤膜的运行压力一般1-7bar。

纳滤能截留纳米级（0.001微米）的物质。

纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。

纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。

反渗透是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。

反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。

反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar。

1.2.超滤膜的种类及应用特点超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜，卷式膜，管式膜，中空纤维膜。

板式膜：它是最早出现的膜，但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。

前处理要求不严格；卷式膜：以板式膜为起点发展起来的，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。

它们适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格；管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。

第五章膜分离法.

超滤膜和微滤膜的截留机理主要是物质
在膜表面及微孔内的吸附、在孔内的停留 (阻塞)、膜表面的机械截留(筛分)、架桥截留和膜内部网络截留，如下图所示。
超滤膜和微滤膜的截留机理
纳滤（纳米级过滤的简称）是一种介于反渗透和超滤之间的膜分离过程，其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤过程与反渗透过程极为相近。在纳滤过程中使用的膜也几乎与反渗透膜相同，
为半透膜。 • 渗透是把溶液和溶液（或把两种不同浓度
的溶液）分别置于膜的两侧时，纯溶液将自然穿过半透膜而自发地向溶液（或从低浓度向高浓度）一侧流动的现象叫渗透。
随着渗透不断进行，溶液侧的液面将不断升高，最后当两侧液面差为H时，溶剂将停止透过膜，体系处于平衡状态。H高度溶液所产生的压力，称为该溶液的渗透压。
• 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种透过，而不允许其他物质透过。
概述
• 一膜分离技术膜是具有选择性分离功能的材料，利
用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离，纯化，浓缩的过程称为膜分离。它与传统的分离方式不同在于：膜可以在分子范围内进行分离，并且这一过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
反渗透
反渗透是利用外压将渗透过程逆转,达到分离物质的目的.
三微滤、超滤和纳滤
• 微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作。孔径分布在0.22-10.0um之间。
• 超滤：分离介质同上，但孔径更小，为 0.001-0.1um，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶，蛋白质等生物大分子。
第五章膜分离法
• 1748年， Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。

第五章膜过滤法讲解

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截留分子量：微滤 0.02～10μm 透析 3000 Dalton～几万Dalton 超滤 50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50万Dalton 纳滤 200～1000Dalton或1nm 反渗透 200Dalton
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概述
膜分离法与物质大小（直径）的关系
RO NF UF MF
F
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5.1 膜材料与膜的制造
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截断曲线
得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全；
反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
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影响截留率的因素
①分子形状：线状分子易透过，R线 < R球； ②吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径 ③浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积，使膜阻力，较小分子溶质的截留率，分离性能。 ④温度/浓度，T C，使R，因为膜吸附作用； ⑤错流速度，R； ⑥pH、离子强度影响蛋白质分子构型，影响R。
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聚砜膜的特点
• （1）温度范围广 • （2）pH 范围广 • （3）耐氯能力强 • （4）孔径范围宽
• （5 ) 操作压力低 • （6）适合作超滤膜
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近年来开发的新型膜材料
① 复合膜； ② 无机多孔膜； ③ 纳米过滤膜。 ④ 功能高分子膜； ⑤ 聚氨基葡糖
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膜材料 - 不同的膜分离技术
3
概述
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服务是近几十年的事。1960年Loeb和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜分离技术发展的一个里程碑。
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概述
• 1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用

超滤说明书

简介本说明书是意于帮助用户能正确安装利用本设备，以使设备达到最佳运行效果和最长的使用寿命，所以，请用户在安装和使用本设备前务必花一定时间认真阅读本说明书。

3T/H吨/时超滤（UF）的设计能力为：每小时可产水3吨，每一台设备的生产能力都是在原水温度为25℃的情况下设定的。

若实际运行中原水温度高于或低于这个温度，其生产能力会有一定程度的变化。

当然，原水的其他条件会对产品水水量和质量都会带来影响，这在后面有关章节中及有关功能价绍中分别阐述。

超滤（UF）机运行时原水先经原水泵将原水打进沙碳混合过滤器，以截留原水内的大颗粒物，再经精密过滤器，以截留原水内细颗粒物，原水经系统前处理可得到较好的水质后，再进入超滤膜进行过滤。

膜分离技术是利用膜对混合物中各组份的选择透过性能来分离、提纯和浓缩目的产物的新型分离技术，膜分离过程是一种无相变、低能耗物理分离过程，具有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特点，是当代公认的最先进的化工分离技术之一。

膜分离技术可作为一种清洁生产工艺，代替传统的蒸馏浓缩、高速离心分离、萃取、离子交换树脂吸附、生化处理中沉降等工艺，膜分离技术应用的领域涉及电力、电子、化工、轻工、医药、生物、食品饮料、市政、环保等行业，应用范围广、产业关联度大，是其它任何一种化工分离技术无法替代的，被国外称为二十一世纪最有发展前途的十大高新技术之一。

各部件名称、作用及使用维护保养一、原水泵采用GD离心式管道泵，本设备设置高过热保护器、压力控制，缺水保护以提高泵的寿命。

二、手动沙碳滤罐原水经过原水泵加压后进入砂碳滤罐，主要去除水中的泥砂、铁锈、红虫及藻类等固体物质，进入碳滤机吸附，由于活性碳的表面积很大，其表面以布满了平均直径为20-30埃的微孔，因此活性碳具有很高的吸附能力。

此外，活性碳有大量的羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附，以及静电引力作用，还可以去除象氯一类对阳树脂交换剂有害的物质，从而提高除盐能力。

第五章膜分离技术2

1950s-60s，美国Binning用均质膜对液体混合物如水、乙醇和异丙醇三元恒沸物的分离进行了广泛的研究，对于很多种混合物获得了高分离和高渗透速度，并开发了组件设计和膜的制作技术。这是首次有关渗透蒸发方面的重大突破。同时，Kammermyer、Michaels、Long、Neel 和Choo等对渗透蒸发进行了广泛深入系统的研究，但未能实现工业化。
L：膜管的长度(m)，
d：膜管经(m)，
l：料液密度(kg/m3)。 k：从入口到管长为L处的平均传质系数(m/s)
Sh：Sherwood准度(Pa s)
数，
u：流速(m/s),l
：料
液黏
5.14 膜渗透通量的影响因素
意义：k随流速的增大而提高；因此，流速的增大，透过通量增大。
适合条件：对蛋白质溶液以及小分子有效，但对细胞和胶体粒子的悬浮液无效。Why?
操作形式
终端过滤(Dean-end filtration) 错流过滤(cross flow filtration, CFF)：
流速：
流速对透过通量的影响反应在传质系数上，传质系数k, 对于圆型管路的层流液(Re < 1800)为:
对于圆型管路的层流料液(Re > 4000)，可用下式计算传质系数:
液量和透过通量不变，则目标产物和小分子溶质的物料蘅算方程是
s0：溶质初始浓度， V：料液体积， s：洗滤后的溶质的浓度， VD：加水或缓冲液的体积， Rs：小分子溶质的截留率。
5.15 超滤操作方式
洗滤(Dia-filtration)：意义：
料液体积V越小，所需VD越小。因此，洗滤前首先浓缩稀料液可减少洗滤液的用量。但浓缩后，目标产物浓度增大透过通量下降。所以，存在最佳料液浓度，使洗滤时间最短。设目标产物的R=1，小分子溶质的Rs=0，浓缩后料液体积为V，洗滤过程中其浓度和透过流量不变，目标产物浓度和洗滤时间分别为：

微滤与超滤

因此，超滤处理通常是作为RO的预处理。
6.山东某电厂选择超滤作为预处理十里泉电厂 125MW水处理系统反渗透改造后流
程图：
水源地深井泵来水—无阀滤池—清水箱—清水泵—20μm过滤器—超滤—净水箱—5μm过滤器—反渗透—脱碳器—淡水箱—淡水泵—阳离子交换器—阴离子交换器—混合离子交换器—除盐水箱。
（压降控制在3.92－4.9MPa）
➢ 填料法 ➢ 搅拌法 ➢ 扩大扩散系数法
➢ 设置湍流促进器 ➢ 脉冲法
▪影响超滤渗透通量的因素及控制方法
❖ 影响因素：
➢ 操作压差 ➢ 料液浓度 ➢ 料液流速 ➢ 温度 ➢ 截留液浓度 ➢ 操作时间
❖ 控制方法
➢ 选择合适的膜材料 ➢ 料液的预处理 ➢ 膜的清洗
UF的分离原理
2.超滤膜材料与组成超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料，以后还用聚
砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及无机膜材料。超滤的操作模型可分为重过滤和错流过滤；组件类型有中空、卷式、平板、管式等几种。其中中空纤维膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径φ0．5—2．0mm，内径φ0．3—1．4mm，中空纤维管壁上布满微孔，原水在中空纤维外侧或内腔内加压流动，分别构成外压式和内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩水排除，配合定期反洗及化学清洗，可长期连续运行。
污水收集池→污水提升泵→自清洗过滤器→分配水池→超滤设备→空气分离器→超滤出水泵→清水箱→ 清水泵→加热器→保安过滤器→高压给水泵→反渗透 →淡水箱→淡水泵→一期除盐→除盐水箱→除盐水泵 →机组补水箱
膜组的结构
10-3 超滤
• 超滤原理
▪超滤过程的传质模型
❖筛子模型

实验五中空纤维超滤膜分离

实验五中空纤维超滤膜分离膜分离技术是近几十年迅速发展起来的一类新型分离技术。

膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质与溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。

膜分离法可用于液相和气相。

对于液相分离可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶液体系。

膜分离包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。

膜分离过程具有无相态变化、设备简单、分离效率高、占地面积小、操作方便、能耗少、适应性强等优点。

目前，在海水淡化、食品加工工业的浓缩分离、工业超纯水制备、工业废水处理等领域的应用越来越多。

超过滤是膜分离技术的一个重要分支，通过实验掌握这项技术具有重要的意义。

一、实验目的1、了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程；2、了解膜分离技术的特点；3、培养学生的实验操作技能。

二、分离机理通常，以压力差为推动力的液相膜分离方法有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等方法。

图1为各种渗透膜对不同物质的截留示意图。

对于超滤（UF）而言，一种被广泛用来形象地分析超滤膜分离机理的说法是“筛分”理论。

该理论认为，膜表面具有无数微孔，这些实际存在的孔径不同的孔眼象筛子一样，截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。

最简单的超滤器的工作原理，如图2所示，在一定的压力作用下，当含有高分子（A）和低分子（B）溶质的混合液流过被支撑的超滤膜表面时，溶剂（如水）和低分子溶质（如无机盐类）将透过超滤膜，作为透过液被收集起来，高分子溶质（如有机胶体）则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。

应当指出的是，若超滤完全用“筛分”的概念来解释，则会非常含糊。

在有些情况下，似乎孔径大小是物料分离的唯一支配因素，但对有些情况，超滤膜材料表面的化学特性起到决定性的截留作用。

如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子小，本不应具有截留功能，但令人意外的是，它仍具有明显的分离效果。

超滤、纳滤、反渗透、微滤的概念和区别

超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别1、超滤（UF）：过滤精度在0。

001—0。

1微米，属于二十一世纪高新技术之一.是一种利用压差的膜法分离技术,可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质,并能保留对人体有益的一些矿物质元素。

是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。

超滤工艺中水的回收率高达95％以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。

超滤不需要加电加压,仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉,较适合家庭饮用水的全面净化。

因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主,并结合其他的过滤材料,以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。

2、纳滤（NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。

也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30％的自来水。

这是一般家庭不能接受的。

一般用于工业纯水制造.3、反渗透(RO)：过滤精度为0。

0001微米左右,是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。

可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过.也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。

这是一般家庭不能接受的。

一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。

反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低,不适合大量生活饮用水的净化。

4、微滤（MF）:过滤精度一般在0。

1—50微米,常见的各种PP滤芯,活性碳滤芯,陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。

滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料,需要经常更换.①PP棉芯：一般只用于要求不高的粗滤，去除水中泥沙、铁锈等大颗粒物质.②活性碳：可以消除水中的异色和异味,但是不能去除水中的细菌，对泥沙、铁锈的去除效果也很差。

③陶瓷滤芯：最小过滤精度也只0。

超滤(UF)

Ultrafiltration membranes
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三、超滤膜的制备
欲制备性能优良的UF膜，一是选择合适的膜材料；二是选择合适的制膜工艺和最佳的工艺参数。
有机高聚物UF膜——大多为非对称膜，应用最广的是相转化法。无机UF膜——结构分三层，即分离层、中间层和载体层。整个膜的孔径分布是由载体层到顶层（分离层）逐渐减小，形成不对称分布。制法有固体粒子烧结法、溶胶~凝胶法等。
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Salt concentration gradients adjacent to a reverse osmosis desalination membrane.
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（2）. 浓差极化的危害
1. 使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而减小传质驱动力； 2. 当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力； 3. 膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性； 4. 当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能；
5. 严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。
概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。
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浓差极化的影响
渗透汽化
k——传质系数； J——膜通量
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（3）. 减少浓差极化的方法
由浓差极化形成原理可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可减少浓差极化，提高膜的透液速度。方法如下： ① 选择合适的膜组件结构；

超滤膜分离

微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）与反渗透（RO）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。
四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的
大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径范围为 0.05～10μm，所施加的压力差为0.015～0.2MPa；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm的微粒，其压差范围约为0.1～0.5MPa；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液
所需学时:4个
三.基本原理
膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介
质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。
对于超滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为，膜表面具有无数个微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。应当指出的是，在有些情况下，孔径大小是物料分离的决定因数；但对另一些情况，膜材料表面的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子大，本不应具有截留功能，但令人意外的是，它却仍具有明显的分离效果。由此可见，膜的孔径大小和膜表面的化学性质将分别起着不同的截留作用。
芳香聚纤胺
0.4
0.7
反渗透(RO)
芳香聚纤胺