近年來,超濾廣泛應用于工業(yè)含油廢水處理和現(xiàn)代化凈水廠超純水制備,以及生物化學技術(shù)領(lǐng)域中來,能夠有效的分離、提純和凈化生活飲用水中的某些小分子可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)。而且,國內(nèi)外對超濾技術(shù)的研究也十分普遍,發(fā)展極為迅速,目前有很多工業(yè)單位從事對超濾膜的廣泛研究和開發(fā)利用,逐步形成了管式、中空纖維、平板式以及卷式等超濾膜組件。極大的促進了超濾技術(shù)在各個行業(yè)上的發(fā)展與應用。

1超濾膜分離原理

超濾是一種能將溶液進行分離、提純、凈化和濃縮的篩孔分離過程,也是一種膜分離技術(shù)。超濾膜表面有一定大小的微孔,某些溶質(zhì)分子可選擇性的通過超濾膜表面,其分離原理是指在推動力的作用下,依靠物理篩分作用,當含有大、小分子溶質(zhì)的原料液經(jīng)過超濾膜表面時,存在于超濾膜表面的微孔使得小分子溶質(zhì)和溶劑通過膜表面,而阻礙了大分子溶質(zhì)及其微粒組分通過超濾膜表面。這些小分子溶質(zhì)和溶劑一般屬于無機鹽類,稱作濾過液,最后被集中收集起來;通過超濾膜的大分子溶質(zhì)和微粒組分一般屬于有機膠體類,稱之為濃縮液,被膜表面截留而回收。

2超濾過程的基本特性

按照膜形態(tài)結(jié)構(gòu)劃分,超濾膜可以分為對稱膜和非對稱膜。目前,所用的超濾膜多為非對稱膜。超濾居于納濾和微濾之間,在小孔徑范圍內(nèi),超濾與反滲透相互重疊,而在大孔徑范圍內(nèi),超濾膜與微濾相互重疊。所分離的組分直徑介于5nm～10μm范圍內(nèi),大分子或膠體的相對分子質(zhì)量在500～500000之間的均可截留下來。在實踐應用中發(fā)現(xiàn),超濾膜在飲用水處理過程中產(chǎn)水量較大、運用方便、操作壓力較小,因此,在水處理前景中,超濾膜應用范圍極為廣泛。

超濾過程的基本特性一般用濃差極化、傳質(zhì)系數(shù)、微孔模型來表征。

(1)濃差極化:超濾膜具有選擇透過性,當膜截留了大量高分子溶質(zhì)和膠體時,這些高分子溶質(zhì)會在膜表面聚集,當達到一定程度之后,在濃度梯度的作用下,膜表面的溶質(zhì)會逐漸脫落下來,再次進入原料液,這樣周而復始,最終達到平衡,膜表面形成一層阻礙小分子溶質(zhì)的邊界層,這種現(xiàn)象就是濃差極化。濃差極化對膜的選擇透過性有很大影響,濃差極化模數(shù)越大,積累在膜表面的溶質(zhì)越多,影響膜的截留作用。

(2)傳質(zhì)系數(shù):提高傳質(zhì)系數(shù),可提高超濾膜截留率。也就是說,傳質(zhì)系數(shù)越大,濃差極化越不明顯。

(3)微孔模型:通常用微孔模型來評價超濾膜的滲透機理。一般地,用微孔半徑、流體粘度和膜長度來表征膜微孔模型,微孔模型參數(shù)的改變對膜性能產(chǎn)生一定的影響。

3超濾膜在未來飲用水品質(zhì)及安全上的重要地位

3.1 超濾在飲用水品質(zhì)上的重要地位

在飲用水處理工藝過程中,超濾可以作為預處理對飲用水進行高度提純,通過濃縮、分離和凈化作用,使水體達到生活飲用標準。在水處理中,中空纖維超濾膜應用廣泛。由于水中存在膠體、懸浮物和溶解性物質(zhì),會使膜造成污染,因此為提高超濾膜使用期限、降低水處理費用,對超濾供水應當提前做好預處理和深度處理,保障用水安全。超濾膜在未來飲用水品質(zhì)上的保障已經(jīng)起到了極為重要的作用,就目前來說,在凈水處理過程不可被其他方式所取代。

3.2 飲用水處理工藝中的預處理

為使飲用水達到飲用標準,保障用水安全,超濾膜應用于水處理工藝前需要進行預處理。

(1)殺死水體中存在的細菌和藻類。

超濾在篩分過程中,大分子物質(zhì)和溶質(zhì)會粘附于膜表面,在一定的營養(yǎng)環(huán)境中,這些截留微生物會不斷生長繁殖,致使超濾膜孔堵塞。需要在原水中加入次氯酸鈉、臭氧等氧化劑進行滅菌。對超濾膜組件也需進行滅菌,防止膜孔堵塞,以免影響水質(zhì)。

(2)去除膠體和懸浮物物質(zhì)。

超濾膜可以去除部分膠體和懸浮物,但是不夠。在原水中加入絮凝劑可有效的去除膠體物質(zhì)和懸浮物,必要時加入助凝劑提高去除效果。

(3)去除水體中可溶性有機物。

水體中存在的可溶性有機物容易損壞超濾膜組件,堵塞中空纖維超濾膜膜孔,利用氧化法和吸附法可有效的去除。一般用氯或次進行氧化,利用活性炭吸附也可去除水中可溶性有機物。

3.3 超濾膜在現(xiàn)階段和未來直飲水推廣中的應用實例和前景

在現(xiàn)階段,超濾膜在直飲水推廣中的應用非常普遍,在國內(nèi)外,超濾膜應用于超純水處理、海水淡化和脫鹽、城市家庭飲用水的凈化、以及鍋爐供水的脫鹽。水是生命之源,飲用水的水質(zhì)與居民的生活息息相關(guān),隨著經(jīng)濟的發(fā)展和居民衛(wèi)生意識的提高,對飲用水水質(zhì)的標準也相應提高,因此考慮超濾膜對水體的凈化、提純已經(jīng)成了首要前提。超濾膜分離技術(shù)在現(xiàn)階段凈水處理中起到了至關(guān)重要的作用。

我國超濾膜分離技術(shù)的發(fā)展和應用已有20多年的歷史,近年來,超濾膜技術(shù)的發(fā)展在國內(nèi)外非常顯著,特別是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi),中空纖維式聚砜超濾膜的成功研究,使得我國的超濾技術(shù)走向世界,逐漸形成了板式、管式、中空纖維式以及卷式等膜組件類型。隨著未來社會的不斷發(fā)展,超濾膜技術(shù)還有待提高,我們應該實現(xiàn)更多的新技術(shù),使得膜分離在各個領(lǐng)域激發(fā)出更多新應用。

4超濾膜各種材質(zhì)及其專業(yè)應用領(lǐng)域

超濾膜材料種類繁多,具體可分為有機高分子材料和無機材料。制造超濾膜的有機高分子材料主要有纖維素衍生物、聚砜類、乙烯類聚合物和含氟類聚合物,制造超濾膜的無機材料主要可分為微孔材料和致密材料兩大類。致密材料的選擇性較高,可分為氧化物電介質(zhì)材料和金屬材料,微孔材料包括分子篩、多孔金屬等一些不銹鋼材料。

超濾膜應用與工業(yè)廢水處理方面主要包括紡織印染廢水處理、造紙工業(yè)廢水處理、含油廢水處理和電泳涂漆廢水處理等領(lǐng)域。超濾膜還應用于生物制藥領(lǐng)域和食品加工領(lǐng)域以及高純水的制備方面。

5結(jié)語

隨著當今社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步,膜分離技術(shù)在現(xiàn)代化凈水廠中的應用日趨激烈,有廣闊的發(fā)展前景。新型膜技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)不斷出現(xiàn),相信隨著技術(shù)的進步,超濾膜分離技術(shù)也會不斷更新,將來一定會在飲用水方面取得的成就。