基本介紹
- 中文名：薄膜過濾
- 外文名：microfiltration
- 作用：除鹽
- 工具：薄膜
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介紹
加壓的供水流平行通過薄膜表面，部分水流通過薄膜，被排除的顆粒在剩餘的水流中濃度會越來越高。由於溶液是連續性的流過，被排除的顆粒不會沉積，反而會被濃縮液帶走。因此，進水流在通過薄膜後便分為通過薄膜的溶液（滲透液）和殘留的濃縮液。
一般可分為：微濾（microfiltration ）、超濾（ultrafiltration;hyperfiltration ）、納濾（nanofiltration;NF ）和薄膜過濾反滲透（reverse osmosis，RO;reverse osmosis;RO ）。
微濾
基本資料
微濾又稱微孔過濾，它屬於精密過濾，截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱抱子蟲、藻類和一些細菌等，而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質都能透過膜的分離過程。
基本原理是篩分過程，操作壓力一般在0.7-7kPa，原料液在靜壓差作用下，透過一種過濾材料。過濾材料可以分為多種，比如摺疊濾芯、熔噴濾芯、布袋式除塵器、微濾膜等。透過纖維素或高分子材料製成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜而被去除。
決定膜的分離效果的是膜的物理結構，孔的形狀和大小。
微孔膜的規格目前有十多種，孔徑範圍為0.1～75 μm，膜厚120～150µm。
膜的種類有：混合纖維酯微孔濾膜；硝酸纖維素濾膜；聚偏氟乙烯濾膜；醋酸纖維素濾膜；再生纖維素濾膜；聚醯胺濾膜；聚四氟乙烯濾膜以及聚氯乙烯濾膜等。
微濾技術常用於電子工業、半導體、大規模積體電路生產中使用的高純水等的進一步過濾。
工作原理
微濾的過濾原理有三種:篩分、濾餅層過濾、深層過濾。一般認為MF的分離機理為篩分機理，膜的物理結構起決定作用。此外，吸附和電性能等因素對截留率也有影響。其有效分離範圍為0.1-10μm的粒子，操作靜壓差為0.01-0.2MPa。
微濾能截留0.1～1微米之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機物和溶解性固體（無機鹽）等通過，但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過，微濾膜兩側的運行壓差（有效推動力）一般為0.7bar。
超濾
原理
超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質。當被處理水藉助於外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時，水分子和分子量小於300—500的溶質透過膜，而大於膜孔的微粒、大分子等由於篩分作用被截留，從而使水得到淨化。也就是說，當水通過超濾膜後，可將水中含有的大部分膠體矽除去，同時可去除大量的有機物等。
超濾原理並不複雜。在超濾過程中，由於被截留的雜質在膜表面上不斷積累，會產生濃差極化現象，當膜面溶質濃度達到某一極限時即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的套用受到一定程度的限制。為此，需通過試驗進行研究，以確定最佳的工藝和運行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預處理方法。
分類
過濾膜根據所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同，可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種。微孔過濾所用的操作壓通常小於4×10^4 Pa，膜的平均孔徑為500埃～14微米，用於分離較大的微粒、細菌和污染物等。超濾所用操作壓為4×10^4 Pa～7×10^5 Pa，膜的平均孔徑為10-100埃，用於分離大分子溶質。反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達到35×10^5 Pa～140×10^5 Pa，膜的平均孔徑最小，一般為10埃以下，用於分離小分子溶質，如海水脫鹽，制高純水等。
優點&缺點
超濾技術的優點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、冷凍乾燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的製備技術中，超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到乾粉製劑。對於蛋白質溶液，一般只能得到10～50%的濃度。
納濾
概述
納濾 ( NF，Nanofiltration)是一種介於反滲透和超濾之間的壓力驅動膜分離過程，納濾膜的孔徑範圍在幾個納米左右。與其他壓力驅動型膜分離過程相比，出現較晚。它的出現可追溯到70年代末J.E. Cadotte的NS-3 0 0膜的研究，之後，納濾發展得很快，膜組器於80年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA、CTA膜、芳族聚醯胺複合膜和磺化聚醚碸膜等。但與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏鬆反滲透”( Loose RO )。
主要特徵
納濾是以壓力差為推動力，介於反滲透和超濾之間的截留水中粒徑為納米級顆粒物的一種膜分離技術。 它具有以下兩個特徵： ①對於液體中分子量為數百的有機小分子具有分離性能
②對於不同嘉泰的陰離子存在道爾效應。物料的荷電性，離子價數和濃度對膜的分離效應有很大影響。
運用範圍
納濾主要運用於飲用水和工業用水的純化，廢水淨化處理，工藝流體中有價值成功的濃縮等方面。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA、CTA膜、芳族聚醯胺複合膜和磺化聚醚碸膜等。但與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏鬆反滲透”( Loose RO )。
納濾分離愈來愈廣泛地套用於電子、食品和醫藥等行業，諸如超純水製備、果汁高度濃縮、多肽和胺基酸分離、抗生素濃縮與純化、乳清蛋白濃縮、納濾膜-生化反應器耦合等實際分離過程中。與超濾或反滲透相比，納濾過程對單價離子和分子量低於200的有機物截留較差，而對二價或多價離子及分子量介於200～500之間的有機物有較高脫除率, 基於這一特性，納濾過程主要套用於水的軟化、淨化以及相對分子質量在百級的物質的分離、分級和濃縮（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產物的分級和濃縮）、脫色和去異味等。主要用於飲用水中脫除Ca、Mg離子等硬度成分、三鹵甲烷中間體、異味、色度、農藥、合成洗滌劑，可溶性有機物，及蒸發殘留物質。
反滲透
基本原理
當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那么水的自發流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數值時，水通過膜的淨流量等於零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側的壓力大於滲透壓力時，水的流向就會逆轉，此時，鹽水中的水將流入純水側，上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。
機理模型
統一的“乾閉濕開”反滲透機理模型，有幾個經典模型
1.優先吸附毛細孔模型：弱點乾態膜電鏡下，沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。
2.溶解擴散模型：不認為有孔。
3.乾閉濕開模型：上個世紀80，90年代，鄧宇等提出的，能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既“乾閉濕開”反滲透模型，統一了兩個最經典的反滲透機制模型，細孔模型，溶解擴散模型。即 膜乾時，膜孔收縮緻密，孔隙閉合，電鏡下看不到製成乾態備鏡檢的乾膜； 膜濕時，膜材料溶脹，膜的孔隙被溶劑溶脹，孔打開。合併就是“乾閉濕開”脫鹽模型。
套用範圍
太空水、純淨水、蒸餾水等製備； 酒類製造及降度用水； 醫藥、電子等行業用水的前期製備； 化工工藝的濃縮、分離、提純及配水製備； 鍋爐補給水除鹽軟水； 海水、苦鹹水淡化； 造紙、電鍍、印染等行業用水及廢水處理。
以高分子分離膜為代表的膜分離技術作為一種新型、高效流體分離單元操作技術，30年來取得了令人矚目的飛速發展，已廣泛套用於國民經濟的各個領域。
