超滤培训教材

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2005-9-1

超滤培训教材

批 准：张 旭 兵

审 定：陈 玉 虎

校 编

写：赵 志 富

核：谢 长 血、 冯 春 雨

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1 简介

1.1. 膜分离过程分类介绍

滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。

微滤 能截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。

超滤 能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。

纳滤 能截留纳米级（0.001微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表

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水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。

反渗透 是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar。

1.2. 超滤膜的种类及应用特点

超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜，卷式膜，管式膜，中空纤维膜。 板式膜：它是最早出现的膜，但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。前处理要求不严格；

卷式膜：以板式膜为起点发展起来的，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。它们适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格；

管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。

中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体

（如高含油、高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。

注：因为中空纤维膜应用最广泛，后面资料中除共同点外，其他均以中空纤维膜为

例进行说明。

1.3. 应用范围

超滤在水处理领域应用十分广泛，按应用场合划分，主要可以用于： 1.3.1. 原水前处理（地表水、地下水、自来水）

澄清池、砂滤替代、RO前处理及离子交换前处理

应用在前置予处理中，超滤替代澄清池或砂滤器，用于去除原水中的固体和胶体以改善后续工段设备的运行，如改善离子交换器的反洗频率和反渗透膜元件的更换频率，但其需要较频繁的清洗/冲洗。膜型一般为10万分子切割量。 1.3.2. 纯化处理

去颗粒（如18WΩ水）、去微生物及热原体、RO或离子交换后处理

应用在反渗透/离子交换设备后，超滤用于去除水体中的胶体和固形物，水透过率较高，清洗频率较低，其不需要较频繁的清洗/冲洗，只有当系统压力降低到操作不便或有细菌产生时才清洗。在医药及电子行业，超滤放在使用点用以去除微生物及热原体。膜型一般为1-10万分子切割量。 1.3.3. 水循环和回用

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生化处理后、澄清后（二级和三级）

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2 超滤术语

不对称膜 Anisotropic Membrane 平均透膜压差 Average Trans-membrane Pressure 反洗 Back-flush 胶质污染 Colloidal Fouling 浓缩或排放液 Concentrate or Reject 浓差极化 Concentration Polarization 错流过滤 Cross Flow 压力差 Differential Pressure 下向流 Downward Flow 原水 Feed 通量 （透水率） 一种人工合成聚合中空纤维，由一层很紧，很薄内膜 及自我支撑的海绵状外层结构构成。这层内膜起着半 透水超滤膜的作用。 产水侧和原水进出口压力平均值的差异， 平均透膜压差＝（P 进＋P 出）/2－P 产水 从中空纤维外侧把透过液质量的水输向内侧。因为水 被从反方向透过纤维,从而松解并冲走了膜表面的污物。 注意：在此过程中纤维膜内侧无压力。 在中空纤维内侧膜表面形成微粒沉淀层。 原水中不能透过膜的那部分，它包含了比原水浓度高 的颗粒，胶体，细菌和热原体等杂质。 引起被排斥的悬浮物在膜表面聚集的现象。纤维内的 高剪力（高流速）能降低极化。 浓水沿平行于有效膜面方向流动，有助于冲刷掉膜表 面的污染物碎片。 纤维膜管进出口压力差。压力差PD＝P 进 - P 出 超滤膜组件的循环流向按照自组件顶部向底部的方向 流动。 进入超滤系统的水，然后 分为产水及浓缩液。 产水透过膜的流率，通常表达为每天每平方英尺膜面 积产多少加仑的水（gfd）， gfd = lmh x 0.59 排放液的循环流动方向，对垂直安装的膜管常指向上 运动。 在运行的超滤膜有效内侧表面形成的一层高浓度或固 体沉淀物层，通常为高分子物质。往往是凝胶层的渗 透性而不是过滤膜的渗透性决定了超滤水通量（这会 导致与实际滤膜的截留分子量相比更紧密的过滤效 果）。 膜的一种特性，描述对一种已知进料体系中溶质的公 称截留率，即被截留污染物的最小尺寸。 在一已知溶质的单一溶液体系中，对溶质截留率达到 最大（通常为90%）时对应的膜孔径大小。 透过滤膜的那部分水，基本上无胶体，颗粒和微生 物。 Flux 正流 Forward Flow 凝胶层 Gel Layer 截流分子量 Molecular Weight Cutoff 公称截留 Nominal Cut Off 透过液，产水 Permeate 第6页 共24页

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