超濾膜是一種具有超級(jí)“篩分”分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米，也就是說(shuō)只有一根頭發(fā)絲的1‰！超濾膜的截留分子量在100000以上，能截留0.01um以上的粒子。工業(yè)使用的超濾膜一般為非對(duì)稱(chēng)膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
影響超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的因素
1、料液流速。提高料液流速對(duì)防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力有利。但增大壓力使工藝過(guò)程耗能增加，結(jié)果導(dǎo)致費(fèi)用增大。一般湍流體系中流速為1—3m/s。在螺旋式組件體系中，常在層流區(qū)操作，可在液流通道上設(shè)湍流促進(jìn)材料，或采用振動(dòng)的膜支撐物，在流道上產(chǎn)生壓力波等方法，以改善流動(dòng)狀態(tài)，控制濃差極化，從而保證超濾組件的正常運(yùn)行。
2、操作壓力。超濾膜透過(guò)通量與操作壓力的關(guān)系決定于膜和邊界層的性質(zhì)。在實(shí)際超濾過(guò)程中往往后者控制著超濾透過(guò)同量。在用滲透壓模型時(shí)，膜透過(guò)通量與壓力成正比，而用凝膠化模型時(shí)，膜透過(guò)通量與壓力無(wú)關(guān)。此時(shí)的透過(guò)通量稱(chēng)為臨界透過(guò)通量。實(shí)際中超濾操作應(yīng)在臨界透過(guò)通量附近進(jìn)行，此時(shí)操作壓力約為0.5—0.6MPa,除了克服透過(guò)膜的阻力外，還要克服通過(guò)膜表面的流體壓力損失。
3、溫度。操作溫度主要決定與所處理料液的化學(xué)、物理性質(zhì)和生物穩(wěn)定性，應(yīng)在膜設(shè)備和處理物質(zhì)允許的最高溫度下進(jìn)行操作，因?yàn)楦邷乜梢詼p少料液的黏度，從而增加傳質(zhì)效率，提高透過(guò)通量。溫度與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系，可以用下式表示： μD/T=常數(shù) 。由上式可見(jiàn)，溫度T愈高，黏度μ變小，而擴(kuò)散系數(shù)D則變大。例如，酶最高溫度為25℃，電涂料為30℃，蛋白質(zhì)為55℃，制奶工業(yè)為50—55℃，紡織工業(yè)脫漿廢水中回收PVA時(shí)為85℃。
4、運(yùn)行時(shí)間。隨著超濾過(guò)程的進(jìn)行，濃度極化在膜表面上形成了濃縮的凝膠層，使超濾透過(guò)通量下降。其透過(guò)通量隨時(shí)間的衰減情況，與膜組件的水力特性、料液的性質(zhì)和膜的特性有關(guān)。當(dāng)超濾運(yùn)行一段時(shí)間后，就需要進(jìn)行清洗，這段時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)運(yùn)行周期，當(dāng)然運(yùn)行周期的變化還與清洗情況有關(guān)。
5、進(jìn)料濃度。隨著超濾過(guò)程的進(jìn)行，料液的濃度在增高，此時(shí)黏度變小，邊界層厚度擴(kuò)大，這對(duì)超濾來(lái)說(shuō)無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不利的，因此對(duì)超濾過(guò)程主體液流的濃度應(yīng)有一個(gè)限制，既最高允許濃度。
6、料液的預(yù)處理 。為了提高膜的透過(guò)通量，保證超濾膜的正常穩(wěn)定運(yùn)行，在超濾前需對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理，雖然超濾的預(yù)處理過(guò)程不像反滲透過(guò)程那么嚴(yán)格，但這種預(yù)處理也是保證實(shí)現(xiàn)超濾過(guò)程正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
超濾膜的清洗和消毒
進(jìn)行定期清洗，以保持一定的膜透過(guò)通量，并延長(zhǎng)膜的壽命。清洗方法一般根據(jù)膜的性質(zhì)和處理料液的性質(zhì)來(lái)確定。通常和反滲透相類(lèi)似，即先以水力清洗，而后根據(jù)情況采用不同的化學(xué)洗滌劑進(jìn)行清洗，例如對(duì)電涂材料可以選用含離子的增溶劑，對(duì)水溶性有機(jī)涂料可以用“橋鍵”型溶劑。食品工業(yè)中蛋白質(zhì)沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎(chǔ)的堿性去垢劑。膜表面由無(wú)機(jī)鹽形成的沉淀可用EDTA之類(lèi)的螯合劑或酸、堿加以溶解。對(duì)于不同的膜組件，可以選用不同的清洗方法，如管式組件可以用海綿球進(jìn)行機(jī)械清洗，中空纖維式組件可以用反向沖洗等。
膜的壽命是根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)提出的膜在正常使用條件下可以保證使用的最短時(shí)間，一般在規(guī)定的料液和壓力下，在PH允許的范圍內(nèi)，溫度不超過(guò)60℃時(shí)，超濾膜可使用12-18個(gè)月。當(dāng)然超過(guò)規(guī)定的條件時(shí)，會(huì)使膜的壽命縮短。
