第五章 微滤
微滤的介绍
微滤(Microfiltration)1. 定义微滤又称微孔过滤，是以多孔膜(微孔滤膜)为过滤介质,在0.1~0.3MPa的压力推动下，截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、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。
2. 原理微滤的过滤原理有3种：筛分、滤饼层过滤、深层过滤。
一般认为微滤的分离机理为筛分机理，膜的物理结构起决定作用。
此外，吸附和电性能等因素对截留率也有影响。
其有效分离范围为0.1~10um 的离子，操作静压差为0.01~0.2MPa。
根据微粒在微滤过程中的截留位置，可分为3种截留机制：筛分、吸附及架桥，原理如下：①筛分：微孔滤膜拦截比膜孔径大或膜孔径相当的微粒，又称机械截留；②吸附：微粒通过物理化学吸附而被滤膜吸附。
微粒尺寸小于膜孔的也可被截留。
③架桥：微滤互相堆积推挤，导致许多微粒无法进入膜孔或卡在孔中，以此完成截留。
3. 特点微滤能截留0.1~1um之间的颗粒，微滤膜允许大分子和无机盐等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）一般为0.7bar（1bar=100KPa）。
4. 发展历程微滤技术是从19世纪初开始的，是膜分离技术中最早产业化的一种。
中国是20世纪80年代初期才起步，与国外水平比，中国的常规微滤膜的性能和国外同类产品的性能基本一致，折叠式滤芯在许多场合替代了进口产品，但在错流式微滤膜和组器技术及其在工程中的应用等方面，仍落后于国外，抑制了微滤技术在较高浊度水质深度处理中的应用。
5. 应用领域①水处理行业：水中悬浮物，微小粒子和细菌的去除；②电子行业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理；③制药行业：医用纯水除菌、除热原，药物除菌；④食品行业：饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、微生物和异味杂质、酵母和霉菌的去除；⑤化学工业：各种化学品的过滤澄清。
6. 分类微滤操作过程分死端过滤和错流过滤两种模式。
微滤
当微孔滤膜污染较为严重，则必须进行化学 清洗。通常是用化学清洗剂，如稀碱、稀酸、酶、 表面活性剂、络合剂和氧化剂等，选择化学剂时 要慎重，防止化学清洗剂对膜的损害。
五、微滤的应用
1、电子工业
微滤在电子工业纯水制备中主要有两方面 的作用：第一，在反渗透或电渗析前作为保安 过滤器，用以去除细小的悬浮物；第二，在阴、 阳或混合交换柱后，作为最后一级终端过滤手 段，滤除树脂碎片或细菌等杂质。
死端过滤
错流过滤
四、微孔滤膜的污染与清洗
微孔滤膜的污染原因主要是滤饼层的形成 及膜孔的堵塞。微孔滤膜装置的运行方式应尽 量采用错流方式。微孔滤膜的清洗与超滤膜相 似。
物理清洗方法常采用高流速水流、气流、 和反洗等，可将微孔滤膜表面形成的滤饼消除， 特点是简单易行。近年来新发展的抽吸清洗方 法具有不加新设备、清洗效果好的优点，如电 场过滤、脉冲清洗、脉冲点解清洗及电渗透反 洗等研究都十分活跃，具有很好的效果，受到 人们的青睐。
出水 预过滤 调节水池 微孔过滤 微滤调节池
排污
中水
紫外线消毒
反渗透调节池
反渗透 排污
4、海水淡化
微滤用于海水的深度预处理，去除海水中的 悬浮物、颗粒以及大分子有机物，为反渗透提 供原料水。
5、食品、饮料工业
食品、酿酒业、麦芽酿造及软饮料工业的 生产过程需要大量水并产生大量的废水，最近 几年最明显的趋势是重视啤酒生产废水的再利 用。对于不涉及啤酒生产过程的清洁用水使用 情况，使用砂滤已足以将大量的悬浮物去除， 但作为瓶装冲洗水以及在生产过程中涉及原料 的用水必须保证合格的水质，经厌氧生物处理 后的出水再经过连续微滤处理和消毒即可回用， 可有效地脱除酿造行业中的酵母、霉菌以及其 他微生物，得到的滤过液清澈、透明、保质期 长，这是一个经济有效的解决方案，可实现零 排放。
微滤(MF)
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②. 在生物化学和微生物研究中的应用
利用不同孔径的MF膜收集细菌、 酶、蛋白、 膜收集细菌、 蛋白、 利用不同孔径的 膜收集细菌 虫卵等提供分析。 利用膜进行生物培养时， 虫卵等提供分析 。 利用膜进行生物培养时 ， 可根 据需要在培养过程中变换培养基， 据需要在培养过程中变换培养基 ， 以达到多种不 同的目的，并可进行快速检验。因此，MF技术已 同的目的，并可进行快速检验。因此， 技术已 被用于水质检验、 临床微生物标本的分离、 被用于水质检验 、 临床微生物标本的分离 、 溶液 的澄清、酶活性的测定等。 的澄清、酶活性的测定等。
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MF膜材料 膜材料
疏水聚合物膜：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯 疏水聚合物膜：聚四氟乙烯 、 (PVDF)、聚丙烯 、聚丙烯(PP) 亲水聚合物膜： 纤维素酯(CA和 CTA)、 聚碳酸酯 亲水聚合物膜 ： 纤维素酯 和 、 (PC)、聚砜 聚醚砜 聚醚砜(PSF/PES)、聚酰亚胺 聚醚酰亚 、聚砜/聚醚砜 、聚酰亚胺/聚醚酰亚 胺(PI/PEI)、聚脂肪酰胺 、聚脂肪酰胺(PA) 陶瓷膜：氧化铝、氧化锆、氧化钛、 陶瓷膜：氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅
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MF膜在过滤时介质不会脱落，没有杂质溶出， 膜在过滤时介质不会脱落，没有杂质溶出， 膜在过滤时介质不会脱落 无毒， 使用方便， 使用寿命较长， 同时， 无毒 ， 使用方便 ， 使用寿命较长 ， 同时 ， 膜 孔分布均匀， 可将大于孔径的微粒、 细菌、 孔分布均匀 ， 可将大于孔径的微粒 、 细菌 、 污染物截留在滤膜表面， 滤液质量较高， 污染物截留在滤膜表面 ， 滤液质量较高 ， 也 称为绝对过滤（ 称为绝对过滤 （ Absolute Filtration） 。 适合 ） 于过滤悬浮的微粒和微生物。 于过滤悬浮的微粒和微生物。 MF滤除微粒和微生物的效率 滤除微粒和微生物的效率
膜分离工程-第五章-超滤(UF)
浓差极化
浓差极化边界层中的浓度分布
Cw 微元薄层
Cb Ｊv C Cp
x 膜
浓差极化
随主体流动进入微元薄层的速度JvC应等于透过 膜的通量与反扩散速度之和，故有
JCJCDdc dx
利用边界条件，当x＝0时，C=Cw；当x=δ时，C=Cb，将上式积分，并得到
JDlnCwCp
CbCp
令K＝D/δ为膜表面传质对流系数，δ ：浓度边界层厚度，D：膜表面扩散
若涉及组分分级，膜选择较困难。由于超滤膜 孔径分布较宽，两组分相对分子质量应相差至 少10倍。
若仅以高通量为目标，膜孔径要比溶质中最小 粒子小5-10倍。
膜的最终选择要依据实验确定。
超滤基本理论
在超滤中，超滤膜对溶质的分离过程主要有： （1）在膜表面及微孔内的吸附（一次吸附） （2）在孔内停留而被去除（阻塞） （3）在膜面的机械截留（筛分） 在实际应用中发现，膜表面的化学特性对大分
2 截留分子量
截留分子量:（molecular weight cut-off， MWCO）膜对某标准物截留率为90%时所对 应的相对分子质量为该膜的截留相对分子质量 。
相对分子质量(MWCO)不仅表示超滤膜孔径的 大小,而且可表征膜的分离特性.
通常定义此法为大多数膜生产厂家采用。尚无 统一的测试方法和标准物。常用标准物一般分 为三类:球状蛋白质、带支链的多糖（如葡萄 糖）、线性分子（如聚乙二醇等）。
截断曲线
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。
MWCO与孔径
切割分子量与膜平均孔径的关系
依据截留分子量选择超滤膜
水质工程学——第5章 过滤
单层滤料
双层滤料
石英砂
滤 层 深 度 (cm)
石英砂
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在一个过滤周期内，单 位体积滤层中的平均含 污量称为“滤层含污能 力”，单位g/cm3或 kg/m3。
无煤烟
表面过滤(surface filtration) 被截留的颗粒物聚集在过滤介质表面时，称表面过滤。 粗滤、微滤和膜滤都属于表面过滤，利用孔隙的筛除作用。
滤后水质较差，而后绿层顶部几厘米厚，由原来的松散 砂粒，变成一个发粘的滤层（滤膜），具有微生物的净 化作用。
清洗：慢滤池的运行周期较长, 一般在几个月或一年
以上。当滤料堵塞需要清洗时, 可采用人工方法进行。 用铲将表层25 ~30mm 厚度的滤层铲出清洗。
设计参数：
慢滤池的滤料多采用粒径为0.3 ~1.0mm的石英砂或普通河沙。 慢滤池内的滤料层厚度一般在0.65 ~1.50m之间, 不得小0.65m。 为保证慢滤池正常工作, 滤层上面应保持一定的作用水头, 一般在 0.1~0.5m。 慢滤池的水力负荷一般为0.1 ~0.3m/h。
损失将较小。
5. 直接过滤
原水加药后不经过沉淀，而直接进入滤池的过滤。 接触过滤 原水加药后只经过混合就直接进入滤池过滤 微絮凝过滤 原水加药后经过混合和微絮凝池后进入滤池过滤
直接过滤的特点
采用双层或三层滤料滤池。 采用聚合物为主混凝剂或助凝剂。 工艺简单，药剂用量少。
硫酸铝 原水 混合
聚合物 双层或三层滤料滤池 （a） 过滤出水
由于过滤情况很复杂，目前有不少计算公式，但与生产实际存在 差距。
通过实验Ht与t一般呈直线关系。（见图）
Hmax为水头损失增值为 最大时的过滤水头损失， 一般为1.5~2.0m。 T 为过滤周期。如果不出 现滤后水质恶化等情况，过滤 周期不仅决定于最大允许水头 损失、还与滤速有关。 设滤速 vˊ >v ，其清洁 砂 层水头损失为H0 ˊ 。一方面H0 ˊ> H0 ，同时单位时间内滤层 截留的杂质量较多，
第4、5章课后习题答案 膜分离技术概论 黄维菊
第四章超滤和纳滤一、选择题1. UF同RO、NF、MF一样，均属于压力驱动型膜分离技术。
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，矿物质，乳液颗粒，微生物），乳液（润滑脂-洗涤剂以及油-水乳液）。
采用先与适合的大分子复合的办法时也可以用超滤来分离低分子量溶质，从而可达到某些含有各种小分子量可溶性溶质和高分子物质（入蛋白质、酶、病毒）等溶液的浓缩、分离、提纯和净化。
其操作静压差一般为（A）被分离组分的直径大约为（B）,这相当于光学显微镜的分辨极限，一般为分子量大于500-1000000的大分子和胶体粒子，这种液体的渗透压很小，可以忽略，总之超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种的有机物有较好的效果，但它几乎不能截留（C）.UF的分离机理为（D）过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。
A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa(3)0.1mpa-1mpa (4)0.2mpa-0.4mpaB(1)0.1nm-1nm (2)10nm-0.05um(3)0.05um-1um (4)0.005um-0.1umC(1)无机离子（2）大分子物质和胶体（3）悬浮液和乳浓液D(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理2. 纳滤膜大多从反渗透膜演化而来，但制作比反渗透膜更精细。
日本学者大谷敏郎对纳滤膜进行了具体的定义：操作压力（A）,截留分子量（B）,NaCL的截留率<=90%的膜可以认为是纳滤膜。
纳滤以压力为推动力，依靠（C）,可实现低分子有机物的脱盐纯化和高价离子脱除。
A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa(3)0.1mpa-1mpa (4)<=1.50mpaB(1)200-1000 (2)500-30万（3）>0.05um的颗粒C(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理（3）溶解扩散Donna效应（4）离子交换1.A（3）B（4）C（1）D（1）2、A（4）B（1）C（3）二、填空题1、超滤是介于______之间的一种膜过程，膜孔径范围为________。
微滤
1.4 微滤现象与原理
1.4 微滤现象与原理
微滤过程的通量变化 与超滤过程相似
6000.00
滤饼的形成
过渡期 稳定期
flux/L.h .m
-1
-2
迅速衰减期
4000.00
2000.00
微滤主要靠筛分，孔径约 大于 0.05m，小于10 m
0.00 0.00
40.00
80.00
120.00
何时采取措施
即时控制操作条件（受自动化程度的影响） 影响膜系统安全运行的底线
2
死端过滤
错流过滤
我国微孔滤膜的研制和生产
我国微孔滤膜的研制和生产
1.2 微滤膜及系统
1、膜
50－ 60年代，微孔滤膜小规模试制和应用，但没有形成工 业规模的生产能力。 70年代中前期，根据制药和医疗卫生的需要开始微孔滤膜 开发和研制工作。 70年代未，形成了单品种小批量的生产能力，供制药工业 过滤等方面使用。 80年代初，国家海洋局研制出用于含痕量金属元素分析的 孔径均匀微孔滤膜 。
膜
滤饼厚度
堆积层
通量 时间 时间
表面过滤和深度过滤
萌芽阶段 1846，随硝酸纤维素发展而兴起。 9年后Fick用它制成微滤膜。 发展阶段 1906， Bechhold提出改变聚合物浓度改变膜孔径方法。 1925，德国哥丁根成立第一个膜过滤公司, 生产经销MF膜。 1927，德国的Sartorius-Werke股份有限公司开始小规模商品化 生产膜过滤器。 半商业化的阶段(20世纪50年代) 飞跃发展阶段(20世纪纪70年代前后) 英美法德和日本都有自己牌号的微孔滤膜，最大的是美国 MilliPore公司
微滤机原理
微滤机原理
微滤机是一种常见的固液分离设备，广泛应用于食品、饮料、制药、化工等行业。
它通过微孔滤膜对悬浮固体颗粒和胶体颗粒进行过滤，实现固液分离的目的。
微滤机的工作原理主要包括过滤、清洗和再生三个阶段。
首先，让我们来了解微滤机的过滤阶段。
在过滤阶段，待处理的液体通过微滤
机的进料口进入设备内部，经过预处理后进入微孔滤膜的表面。
微孔滤膜的孔径通常在0.1-10微米之间，可以有效地拦截悬浮固体颗粒和胶体颗粒，使液体中的杂
质得以去除。
经过微孔滤膜的过滤，液体中的纯净部分则通过微滤机的出料口排出，完成固液分离的过程。
接下来是微滤机的清洗阶段。
随着过滤时间的延长，微孔滤膜表面会逐渐被固
体颗粒和胶体颗粒堵塞，降低了过滤效率。
为了保持微滤机的正常运行，需要对微孔滤膜进行清洗。
清洗过程通常采用反冲洗或化学清洗的方式，通过逆向水流或清洗液流，将被堵塞的微孔滤膜表面的颗粒清除，恢复滤膜的过滤性能。
最后是微滤机的再生阶段。
在长时间的使用中，微孔滤膜表面可能会因为污染
而失去过滤功能，需要进行再生处理。
通常采用化学药剂或高压气体进行再生处理，将污染物质从微孔滤膜表面彻底清除，使微孔滤膜恢复到最佳的过滤状态。
综上所述，微滤机通过微孔滤膜的过滤、清洗和再生三个阶段，实现了对液体
中固体颗粒和胶体颗粒的有效分离。
其工作原理简单清晰，操作方便，广泛应用于各行各业的生产过程中。
希望本文对微滤机的原理有所帮助，谢谢阅读。
微滤技术简介及在水处理中的应用
微滤技术简介及在水处理中的应用一、微滤技术简介微滤膜（亦称微孔膜、微孔滤膜）分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。
微滤过程的基本原理同常规的用滤布或捕或分离悬浮在气体或液体中的固体颗粒相比（筛分过程）几乎是相同的，只是膜过滤所截留的微粒尺寸更小，效率更高，过滤的稳定性更好。
常规过滤能截留大于0.5 μm 的颗粒。
它是依靠滤饼层内颗粒的架桥作用等机理，才截留住如此小的颗粒，而不是直接利用过滤介质的孔隙筛分截留的，常规过滤所使用的纤维堆积或编织的过滤介质的孔径通常有几十微米。
与常规过滤相比，微滤属于精密过滤，它可截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、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。
微滤操作有死端（deadend，又称垂直流）过滤和错流（crss-flow，又称切线流）过滤两种形式。
死端过滤主要用于固体含量较小的流体和一般处理规模，膜大多数被制成一次性的滤芯。
错流过滤对于悬浮粒子大小、浓度的变化不敏感，适用于较大规模的应用，这类操作形式的膜组件需要经常的周期性的清洗或再生。
与常规过滤相比，微滤属于精密过滤。
它能截留溶液中的粒径较大的悬浮颗粒物和绝大部分细菌，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过微滤膜。
微滤膜分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。
微滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同，大体可分为以下四种∶①机械截留作用。
机械截留作用是指膜具有截留比其孔径大或与其孔径相当的微粒等杂质的作用，即筛分作用。
②吸附截留作用。
膜表面的所荷电性及电位也会影响到其对水中颗粒物的去除效果。
水中颗粒物一般表面荷负电，膜的表面所带电荷的性质及大小决定其对水中颗粒物产生静电力的大小。
第五章 深层过滤
第五章深层过滤过滤是去除悬浮物，特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。
过滤时，含悬浮物的水流过具有一定孔隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而除去。
根据所采用的过滤介质不同，可将过滤分为下列几类。
（1）格筛过滤过滤介质为柳条或滤网，用以去除粗大的悬浮物，如杂草、破布、纤维、纸浆等，其典型设备有格栅、筛网和微滤机。
（2）微孔过滤采用成型滤材，如滤布、滤片、烧结滤管、蜂房滤芯等，也可在过滤介质上预先涂上一层助滤剂（如硅藻土）形成孔隙细小的滤饼，用以去除粒径细微的颗粒。
其定型的商品设备很多。
（3）膜过滤采用特别的半透膜作过滤介质在一定的推动力（如压力、电场力等）下进行过滤，由于滤膜孔隙极小且具选择性，可以除去水中细菌、病毒、有机物和溶解性溶质。
其主要设备有反渗透、超过滤和电渗析等。
（4）深层过滤采用颗粒状滤料，如石英砂、无烟煤等。
由于滤料颗粒之间存在孔隙，原水穿过一定深度的油层，水中的悬浮物即被截留。
为区别于上述三类表面或浅层过滤过程，将这类过滤称之为深层过滤，简称过滤。
在给水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，使滤后出水浑浊度满足用水要求。
在废水处理中，过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理手段，也作为生化处理后的深度处理，使滤后水达到回用的要求。
常用的深层过滤设备是各种类型滤池。
按过滤速度不同，有慢滤池（<0.4m/h）、快滤池（4～10m/h）和高速滤池（10～6Om/h）三种；按作用力不同，有重力滤池（水头为4～5m）和压力滤池（作用水头15～25m）两种；按过滤对水流方向分类，有下向流、上向流、双向流和任向流滤池四种；按滤料层组成分类，有单层滤料、双层滤料和多层滤料滤池三种。
普通快滤池是常用的过滤设备，也是研究其他滤池的基础。
因此本章主要讨论快滤池，其他类型过滤设备分述于有关章节。
第一节普通快滤池的构造图5-1为普通快滤池的透视与剖面示意图。
快滤池一般用钢筋混凝土建造，池内有排水槽、滤料层、垫料层和配水系统；池外有集中管廊，配有进水管、出水管、冲洗水管、冲洗水排出管等管道及附件。
微滤(MF).PPT
• 陶瓷膜：氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅
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实验室小型MF膜设备
实验室MF膜中试设备
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发酵液提取陶瓷膜成套设备
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第五节. MF膜的应用
在工业发达国家，从家庭生活到尖端技术都在不同程度 上应用MF技术，其主要用于无菌液体的制备、生物制剂的 分离、超纯水的制备以及空气的过滤、生物及微生物的检测 等方面。
①. 在医疗卫生领域中的应用
主要体现在药用水（包括纯净水、注射用水）的过滤、 小针剂及眼药液的精滤及终端过滤，血液过滤，中草药液、 后发酵液的澄清过滤，空气、蒸汽的过滤等。在制药工业中， 终端过滤的选择相当关键，其去除效率取决于选择合适的滤 膜材料、膜孔径及流程。
氧化铝氧化锆氧化钛碳化硅龙岩学院龙岩学院15实验室小型mf膜设备实验室mf膜中试设备龙岩学院龙岩学院16发酵液提取陶瓷膜成套设备龙岩学院龙岩学院17mf在工业发达国家从家庭生活到尖端技术都在不同程度上应用mf技术其主要用于无菌液体的制备生物制剂的分离超纯水的制备以及空气的过滤生物及微生物的检测等方面
产生膜堵塞的原因包括悬浮物或水溶性大分子在膜 孔中受到空间位阻，蛋白质等水溶性大分子在膜孔中 的表面吸附，以及难
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溶性物质在膜孔中的析出。机械堵塞是固体颗 粒把膜孔完全堵住；吸附是颗粒吸附在孔壁上 而使孔径变小；架桥截留不完全堵塞孔道，形 成滤饼过滤。大多数情况下，过滤初期主要是 机械堵塞，后期滤饼过滤。介质中固体颗粒的 浓度.形状.刚性及其粒径分布都会影响堵塞， 膜孔结构也是影响堵塞的主要原因。
微滤.ppt
图2和3：跨膜压力对废水（A）和（B）的水通量和截留 率的影响（过流速度= 1米/秒，T=27°C和C =5％）。
图3表示废水（A）中跨膜压对油截流的影响。结果表 明，压力越高，截流能力越低。这可能是由于高压力 作用下，少量油滴通过膜。换言之，外加压力克服了 阻止油滴过膜的毛细管压力。 图4表示过流速度对水通量的影响。该图显示，增加过 流速度，增加的膜通量。这种现象的原因是，膜表面 的剪切力增加了。增加剪切力，导致膜表面流体对流 增强并且在膜表面少形成油层。这两种现象导致了较 高的通量。然而，在过滤（B）废水时，过流速度并不 那么重要。
图8和9。原水浓度对水通量和截留率的影 响（跨膜压= 1bar，过流速度1米/秒， T=27°C）。
pH实验
pH实验，用原水（A）在最佳操作条件下，在 一个较宽的范围（4〜9）内进行。分别用硫酸 和NaOH，来调整pH值。pH值对水通量和油截 流量的影响是复杂的。这些影响分别示于图10 和11中。等电点附近乳化液释放电荷，并产生 较大的颗粒，这些颗粒在膜表面上沉积导致通 量降低。在离等电点远的pH值，粒子分散在容 器内。图11表明，pH值的降低导致截留量降低。 pH=4时截留率低可能是由于乳化油的酸腐蚀作 用。酸腐蚀去除了由表面活性剂产生的障碍物。 油滴可以变形，通过滤孔。
实验使用了两种含油废水。第一种（类型A）是将 Behran公司生产的乳化油扩散在水中形成的。第二种 （类型B）是从Kachiran公司收集的乳化油废水（厄尔 布尔士工业城，加兹温，伊朗）。此废水的主要特点 为：pH= 8.8和油浓度为5％（重量）。水通量和截留率 是评估膜的关键指标。通过用Mettler PJ4000电子天平 来称量滤液，来衡量通量。截留量用下式计算： 截留量（％）=（1 - Cp / Cf）×100 （1） Cp指的是滤液中的油浓度 Cf指的是原水中的油浓度
微过滤理论与机理
微过滤理论与机理随着微滤过程的进行，膜的通量会有所下降，其原因可能为孔堵塞、吸附、浓差极化或凝胶层的形成。
此时，若能增强被截留组分离开膜向溶液本体的反向扩散，必将使膜的通量得到提高。
一般认为所需的反向传递是建立在以下两个基础之上的，首先是扩散效应，它由膜上截留组分浓度的升高而引起，其次是流体动力学效应，它起因于膜上速度梯度而造成的剪应力。
原则上讲，这两种效应都起作用，但影响程度有所不同，而且与粒子或分子的大小密切相关。
当微粒尺寸大于0.1μm时，微滤过程主要受流体动力学效应支配，渗透通量将随着粒子或分子尺寸的增加而增大。
但由于影响过滤过程因素的复杂性和物料体系的多样性，目前仍未有通用的可描述微滤过程的数学模型。
1 液体过滤中膜的截留机理微孔滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同。
前人通过电镜观察认为，微孔滤膜的截留作用大体可分为以下几种。
图1微孔膜截留机理示意图（1）机械截留作用，是指膜具有截留比其孔径大或与其孔径相当的微粒等杂质的作用，即筛分作用。
（2）物理作用或吸附截留作用。
如果过分强调筛分作用，就会得出不符合实际的结论。
普什（Pusch）等人提出，除了要考虑孔径因素之外，还要考虑其它因素的影响，其中包括吸附和电性能的影响。
（3）架桥作用。
通过电镜可以观察到，在孔的入口处，微粒因为架桥作用也同样可被截留。
（4）网络型膜的网络内部截留作用。
这种截留是将微粒截留在膜的内部，而不是在膜的表面。
由上可见，对滤膜的截留作用来说，机械作用固然重要，但微粒等杂质与孔壁之间的相互作用有时较其孔径的大小显得更为重要。
对于表面层截留(表面型)而言，其过程接近于绝对过滤，易清洗，但杂质捕捉量相对于深度型较少；而对于膜内部截留(深度型)而言，其(深度型)过程接近于公称值过滤，杂质捕捉量较多，但不易清洗，多属于用毕废弃型。
完全表面型或完全深度型过滤的压降，流速与使用时间的关系见图2。
图2表面型与深度型过滤的压降、流速与使用时间的关系微滤过程主要应用于分离大分子、胶体粒子、蛋白质、以及其它微粒，它们的分离机理是根据分子或微粒的物理化学性能、所使用膜的物理化学性能和它们的相互作用（如大小、形状和电性能）不同而实现分离的过程。
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• 微滤：当压力推动流体透过膜或其他过滤介质，从流体中分离 微米大小的粒子时，这个过程为微滤。
• 孔径：0.05~20m；渗透压可以忽略，推动力为0.1-0.2MPa 作用机理： ①表面过滤：粒子的尺寸比过滤介质的尺寸大，粒子以其几何形
无流动操作
➢终端过滤(dead end filtration )
以压力作为推动力，料液流动方向 与滤膜表面垂直，并且透过液方向与料 液一致。
➢错流过滤（cross flow filtration）
透过液方向垂直于进料的方向，而 料液流动方向与滤膜表面平行，进料以 一定流速冲刷膜表面,减小浓差极化效应。
+ 由于每平方厘米滤膜中约含1千万至1亿个小孔，孔 隙率可达70%~80%，故阻力很小，过滤速度较快。
+ 其操作压差为0. 1~0.2Mpa，被分离粒子直径的范围 为0.05~10μm，主要分离微生物和微粒子。
3
微滤膜的特点 ➢ 分离效率高（图5-1） ➢ 空隙率高 ➢ 滤材薄（轻） ➢ 高分子聚合物制成的微滤膜为一均匀的连
★以微滤为例，主要根据料液中固形物的含量多少
来确定，<0.1%时，选用终端过滤， >0.5%则基本采用错流过滤。
对大分子溶液，在浓度极稀或压力差很小的 条件下，透过水的通量与压力成正比。随着 压力差的增大，大分子溶质会被溶剂不断透 过膜过程中而带到膜表面并积累，形成由膜 表面到主体溶液之间的浓度差，促使溶质反 向扩散到主体溶液中，这也就是超滤过程中
（4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄 酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵 母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的 清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使酒类产 品变味。 5）药物的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热 压法。但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。 而且对于热敏性药物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用 热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜有突出的优点，经 过微孔膜过滤后，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物 中。常温操作也不会引起药物的受热破坏和变性。
应用 澄清和可见粒子去除 大分子有机物去除 细菌减少 细菌截留 小分子有机物去除
性能指标 透明度高 酵母和霉菌除去 热原控制 消毒 均质除去
过滤器 5m 深层或表层过滤 0.65m 终端过滤 0.45m 终端过滤 0.22m 终端过滤 0.1m 终端过滤
生物方面的主要应用
+ 液相澄清：抗生素发酵液的 澄清、溶菌液的澄清、蛋白 质液澄清、酵母溶菌液澄清
（玻璃杯式）溶剂过滤器
板框式微滤设备
+ 易被粒状溶质或凝胶状物质堵塞且沉积在 膜内部，因此可直接换旧膜，也可用空气 和透过液、清洗剂反清洗。
+ 常用高温消毒，不耐热的可用热压消毒法。 （类似高压灭菌锅）。不能加热的可用环 氧乙烷气体消毒，或者甲醛浸泡。
+ 无流动操作与横流操作（料液流动方向不同）
B、降低细菌含量，以保持注射液 组分中热源的低含量；
C、去除注射液中无机和有机粒子， 去除在加工过程中产生的带悬 浮粒子的气体。
+ 可应用的领域：
1）一般服务：注射用水、气酵产品：抗生素、疫苗、生物工程蛋白质； 5）血浆和血清的处理。
+ 过滤器选择的标准
+ 第一节 国内外发展历史 + 第二节 微滤膜 + 第三节 微滤膜装置与操作模式 + 第四节 微滤的应用 + 第五节 压力推动膜过程比较
+ 微滤膜是开发最早（19世纪中叶）、使用最广泛的 膜品种
+ 占整个膜分离技术的40%
+ 1907年，出现第一篇系统研究微滤膜性质的报告； 1921年出现微滤膜专利；1925年成立第一个微滤膜 公司。
+ 我国研究晚，70年代末、80年代初开始系统研究； 现已出现商品化微滤膜。褶筒式滤芯已经替代了进 口产品。
+ 用于食品、医药、饮用水、城市污水处理等方面
+ 微孔过滤是以静压差为推动力，利用膜的“筛分” 作用进行分离的膜过程。
+ 微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，在静压 差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，比膜孔大 的粒子则被阻拦在滤膜面上，使大小不同的组分得 以分离，其作用相当于“过滤”。
状被阻挡，不能进入和通过膜，这种筛滤机理称为表面过滤。 ②深度过滤：粒子的尺寸比过滤介质的尺寸小，粒子能进入过滤
介质，并粘附在其上，被除去。
堆积层 膜
表面过滤和深度过滤
+ 微滤膜的形态结构（图5-2）
通孔型 网络型 非对称型（应用较多）
微滤膜的截留机理
机械截留 物理作用或吸附截留作用 架桥截留作用 网络型膜的网络内部截留作用
+ 固相回收：连续培养发酵的 细胞回收、菌细胞的收获和 冲洗、网状菌丝体的浓缩、 酵母浓缩
的浓差极化现象。 采用横流设计，可以控制浓差极化和污染层
堆积
微孔过滤技术目前主要在以下方面得到应用： （1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食 品和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净 化和除菌等。 （2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌 的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。 （3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、 纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微 小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。
终端微滤的应用
1、制药溶液的消毒
2、饮料的澄清
+ 60年代初，聚合物膜在啤酒业得以 应用，90％以上应用于啤酒、果汁 饮料、矿泉水等过程中。
3、半导体生产工业中液体的纯化
+ 气体过滤器：去除气体中的微粒 和胶体、菌体等
+ 超纯水生产中预处理和最终供水 4、选择性分析应用
+ 消毒过滤的目的：
A、最终消毒，即热敏感制药产品 细菌的总去除；
机械截留
吸附截 留
架桥截 留
膜表面截留
膜内部网络截留
微滤膜的主要品种
混合纤维素酯MFM 再生纤维素酯MFM 聚氯乙烯MFM 聚酰胺MFM 聚四氟乙烯MFM 聚丙烯MFM 聚碳酸酯MFM
微滤膜装置
实验型 工业型
注意：微滤膜需要定期清洗消毒，必要时需 要更换。
设备简介：
25mm 可换膜针头式滤器