导  读

    膜分离技术作为一项分离、浓缩和纯化的高新技术，广泛的应用于海水淡化、废水处理、食品加工等领域。膜在使用过程中因为分离物料的多样性，会面临通量下降的问题，有时候甚至导致不可逆的损伤，此时只能进行更换。因此科学合理的对膜进行清洗，在保证通量的情况下，可以延长膜的使用寿命，降低生产运行成本。

超滤膜的相关技术知识

    超滤过程

    超滤属于压力驱动型膜分离技术，其操作静压差一般为0.1~0.5MPa。超滤的膜孔径为5~40nm。截留分子量为1000~300000道尔顿。在静压差推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜流到低压侧、大粒子组分被膜所阻拦，有效截留蛋白质、酶、病毒、胶体、染料等大分子溶质的筛孔分离过程称为超滤。

    超滤具有以下优点：

    ①在常温无相变的温和条件下进行封闭操作，操作简单，能耗低②分离装置简单，占地面积小，单级分离效率高；③工艺流程简单，兼容性强，容易与其他工艺集成：④物质在膜分离过程中不发生质的变化，不产生副产物，适合对pH、温度、离子强度敏感的物质进行分离、浓缩或纯化；⑤无试剂加入、无二次污染、绿色环保、清洁高效；⑥采用不同截留分子量的超滤膜可以实现有机化合物的分级或分离。

    超滤分离原理

    一般认为超滤的分离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。膜截留方式主要包括：膜表面的机械截留（筛分）、孔中滞留而被除去（阻塞）和膜表面及微孔内的吸附（一次吸附）。

    超滤的操作模式

    超滤的操作模式主要有死端过滤和错流过滤两种。死端过滤是料液置于分离膜的上游，在压差作用下进行。形成压差的方式可以是在进水侧加压，也可以在滤出液侧抽真空。死端过滤时，被藏留颗粒在膜表面形成污染层，增加过滤阻力，膜的过滤透过率随时间下降。

    错流过滤是料液以切线方向流过分离膜表面，所产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒扩散返回至主流体，当沉积速度与返回速度达到平衡时，膜表面的污染层不再增厚，渗透通量可在较长时间内保持稳定。因此，在错流过滤中，膜表面不易产生浓差极化现象和结垢问题，过滤速度衰减较慢。

    此外，超滤的操作模式还有间歇操作和连续操作。间歇操作是将加料液从储罐连续地泵送至膜装置，通过该装置后再回到料液储罐及装置进口线。随着溶剂被滤出，储罐中加料液的液面下降，溶液度升高。单级连续操作是从储罐将加料液泵送至一个大的循环系统管线中，这个大循环系统是用一个大泵将循环液在膜系统中进行循环。在这个循环系统管线中将浓缩产品慢慢地连续取出，并维持加料及出料的流速相等。多级连续操作是采用两个或两个以上的单级连续操作。每一级在一个固定浓度下操作，从第一级到最后一级，这个浓度是逐渐增加的。最后一级的浓度就是浓缩产品的浓度。从储罐进入第一级时需要一个加料泵，以后则依靠小的压差从前一级进入下一级。

超滤过程的传质模型

    一般来说，稳态的超滤渗透通量大小随温度和速度的升高而增加，但随浓度的增加而下降。在平衡状况下，随渗透物一起带到膜上并被膜截取的组分又会反向传递到流体主体相，这种反向传递既可建立在扩散效应的基础上，也可建立在流体动力学效应的基础之上，其中的扩散效应是由膜上被截留组分浓度的升高而引起的，流体动力学效应则由膜上速度梯度造成的剪应力而引起。

浓差极化模型

    随着超滤过程的进行，透过液到达膜表面的溶质将被膜截留而在膜表面积累，这会导致膜表面溶质浓度逐步高于主体料液浓度并引发溶质从膜表面向主体料液的反向扩散。当反向扩散的溶质通量与随透过液到达膜表面的溶质通量相等时，会达到一个不随时间变化的定常状态。

    当流体速率增加时、传质系数增大、浓差极化得到控制，膜表面边界层厚度减小，所以能达到最终强化超滤通量的目的。由于速度使传质系数增大的效应在湍流时要比在层流时显著得多，因此、实际的管式和层式流道的超滤中常借助附加在流道内的湍流促进器实现湍流流动以控制浓差极化来提高传质系数。

凝胶极化模型

    分离高分子和胶体溶液时，溶质在膜表面处的浓度将随渗透通量的增加而升高，当其在膜上游侧表面的浓度达到其饱和浓度(或称凝胶点)时，膜表面形成凝胶层渗透速率将显著减小，溶质截留率随之提高。

    膜表面形成凝胶层后，若进一步升高压力，短时间内膜通量会升高，但马上会回到原有的平衡通量。这是因为压力升高，膜通量增加，凝胶层厚度上升，阻力的增加会使膜通凝胶层量下降。

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