超滤技术的应用及发展趋势

超滤技术的应用及发展趋势

摘要：本文初步论述了膜分离技术的种类，特点、工艺概况，介绍了超滤分离技术的研究现状及其原理，类型和基本过程，最后具体介绍了超滤技术在水处理方面的应用，展望了超滤技术的未来发展趋势。

关键词：膜分离技术，超滤技术，水处理，发展趋势

1. 膜分离技术概述

膜分离技术是近30年来发展起来的一项高新技术，也是当前促进和保证社会持续发展的关键技术之一，已在能源、电子、化工、医药、食品、汽车、家电、环保等领域，发挥着其独特的重要作用[1]。用膜近万平方米的大型超滤退浆废水，处理厂，2400×104t/d的地表水微孔过滤净化工厂，每年救治几十万人生命的人工肾(透析器)已成为现代的重要医疗手段，膜法制取的矿泉水、纯净水、优质饮用水等已进入千家万户，这些已充分了显示了膜分离技术的应用规模、水平和重要作用。

1.1膜分离过程的种类

膜分离技术最重要的组成部分是膜。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、浓缩的过程称作膜分离[2]。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。

利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

微滤多孔膜、溶液的微滤、

脱微粒子

压力差水、溶剂和溶解物

悬浮物、细菌类、微粒子、大分

子有机物

超滤脱除溶液中的胶体、各

类大分子

压力差

溶剂、离子和小分

子

蛋白质、各类酶、细菌、病毒、

胶体、微粒子

反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及

低分子物质

压力差水和溶剂

无机盐、糖类、氨基酸、有机物

等

透析脱除溶液中的盐类及

低分子物质

浓度差

离子、低分子物、

酸、碱

无机盐、糖类、氨基酸、有机物

等

电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子

渗透气化溶液中的低分子及溶

剂间的分离

压力差、浓

度差

蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液

气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过液体

图中分别给出了按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类，从中可以看出，除了透析膜主要用于医疗用途以外，几乎所有的分离膜技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域[3]。反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一，在分离膜领域内占重要地位。

1.2 膜分离技术特点

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、浓缩的过程称作膜分离[4]。与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比，膜分离具有以下特点：

●膜分离通常是一个高效的分离过程。

●膜分离过程的能耗（功耗）通常比较低。

●多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简单，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。

●膜分离过程的规模合处理能力可在很大范围内变化，而它的效率、设备

简单单价、运行费用等都变化不大。

●膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占地较少。

1.3工艺优点

（1）在常温下进行。有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩。

（2）无相态变化。保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8 。

（3）无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。

（4）选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能。

（5）适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化

（6）能耗低。只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。

2.超滤技术

2.1超滤技术概述

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。主要用于分离溶液中的大分子、胶体和微粒，具有高效率、低能耗的分离特点。近年来随着膜材料及膜工艺的不断发展。超滤技术已成为污水处理中的一个重要的操作单元。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。超滤是以静压差为推动力，根据颗粒物大小和相对分子质量的不同来进行分离的膜技术。超滤膜的孔径一般在3-30nm，透过的物质分子量一般小于1000Da1，被截留的物质分子量在1000-300000 Dal之间。超滤技术的分离机理主要是筛分作用，但有时在溶剂分子、溶质分子均小于其孔径的情况下，仍然具有明显的截留作用，说明膜表面的化学特性、膜表面的静电作用在超滤分离过程中占据着不可忽视的地位。

超滤技术从20世纪90年代开始得到广泛的应用，是一项新型的高效分离技术，它具有工艺简单，经济效益高，不发生相变，分离系数较大，节能，高效，无二次污染，可在常温下连续操作等特点，在市政给水、制革废水、电镀废水、纺织印染废水、屠宰废水、食品废水的处理方面以及其他各工业领域和科学研究中得到广泛的应用[5]。我国已经研究开发的超滤膜品种有醋酸纤维素CA,聚丙烯睛PAN,聚矾PSF,聚醚矾PES,聚矾酞胺PSA,聚氯乙烯PVC,聚偏氟乙烯PVDF,磺化聚矾SPSF和聚醚酮PEK等，以及以陶瓷、氧化铝、多孔玻璃等为膜材料的