微滤、超滤、反渗透、离子交换

1、微滤技术

A、原理介绍

微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐抱子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。

基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜而被去除。决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.1～75 μm，膜厚120～150μm。

微滤膜若从1907年Bechhold制得系列化多孔火棉胶膜问世算起，至今有近百年历史。而微孔膜的广泛应用是从二战之后开始的，最初只有CN 膜，随着聚合物材料的开发，成膜机理的研究和制膜技术的进步。

我国MF研究始于70年代初，开始以CA－CN膜片为主，于80年代相继开发成功CA、CA－CTA、PS、PAN、PVDF、尼龙等膜片，并进而开发出褶筒式滤芯；开发了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE 膜；也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜，多通道无机微孔膜也实现产业化。并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。

B、技术优势

砂虑只能去除很小的胶体颗粒，使出水浊度达到1度左右，但水中仍含有数十万个粒径为1～5μm的颗粒，这是砂虑所不能去除的，微滤则可以去除这些颗粒。避免将上道工序产生的微粒带到下道工序去，起到了保证系统安全的作用。

2、超滤技术

A.超滤原理

超滤起源于1748年，Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度远远超过滤纸，于是他提出超滤一语，1896年，Martin制出了第一张人工超滤膜，其20世纪60年代，分子量级概念的提出，是现代超滤的开始，70年代和80年代是高速发展期，90年代以后开始趋于成熟。我国对该项技术研究较晚，70年代尚处于研究期限，80年代末，才进入工业化生产和应用阶段。

超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在20－1000A°之间。中空纤维超滤器（膜）具有单位溶器内充填密度高，占地面积小等优点。

在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在

流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。

超滤系统流程图

而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为

3x10000—1x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。

近30 年来，超滤技术的发展极为迅速，不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用，而且在工业给水方面也用得越来越多。例如在海水淡化、纯水及高纯水的制备中，超滤可作为预处理设备，确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行。在食品饮料、矿泉水生产中，超滤也发挥了重要作用。因为超滤仅去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质，而保留了对人体健康有益的矿物质。超滤膜为多孔性不对称结构。过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，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0.03~0.6 MPa，筛分孔径从0.005~0.1μm，截留分子量为1000 ~500,000 道尔顿左右。

B.技术优势

超滤作为重要的预处理技术，能显著降低来水的浊度、水的污染指数SDI 值。超滤膜具有水通量大，能较好去除水中的微生物、细菌等的良好性能，分离过程不发生相变化，耗能少，）分离过程可以在常温下进行，适合一些热敏性物质如果汁、生物制剂及某些药品等的浓缩或者提纯，分离过程仅以低压为推动力，设备及工艺流程简单，易于操作、管理及维修，应用范围广，凡溶质分子量为1000~500,000 道尔顿或者溶质尺寸大小0.005~0.1μm 左右，都可以利用超滤技术。

3、反渗透技术

A.反渗透原理

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到盐水。

反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。

反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，目前

其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。

反渗透原理图

B.技术优势

反渗透主要分离溶液中的离子，在分离过程中没有加热和相变，具有脱盐率

高、去除范围广、耗能小、设备体积小、操作简单、适应性强、应用范围广泛等优点。反渗透和纳滤过程单独、或与离子交换法、或其它分离过程相结合，可以降低再生剂的费用和废水排放量，也可以用来制备高纯水，在电厂当与热法结合时，可以提高设备的利用率和水的利用率。

4、离子交换技术

i.离子交换原理

离子交换是指水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO－等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH－离子进行交换，从而达到脱盐的目的。阳、阴混柱的不同组合可使水质达到更高的要求。是目前成熟的常规制取纯水、超纯水的装置。离子交换器分为阳离子交换器（软化器）、阴离子交换器、混合离子交换器等。

离子交换设备实现水质的全自动连续检测，超标自动报警，再生过程全自动完成，零备件采用高强度工程塑料，耐腐蚀，增强了设备的可靠性能，耐用性。

离子交换设备按处理类型分以下几种类型：

A、阳离子固定床交换器

阳离子固定床交换器是用来降低或基本消除原水阳离子的装置。在此，采用阳离子交换树脂(RH)来进行软化处理，用阳离子交换树脂中可交换的阳离子(如H+)，把水中所含的阳离子交换出来，该过程的离子反应式如下：

Na++RNa=RNa+H+

由上可见，水中的Na+等阳离子被RH型树脂中的H+置换出来以后，就存留在树脂中，使离子交换树脂由RH型变成RNa型树脂。