超濾是壹種加壓膜分離技術,即在壹定的壓力下,使小分子溶質和溶劑通過壹定孔徑的特殊膜,而大分子溶質則不能通過膜停留在膜的壹側,使大分子物質得到部分凈化。超濾是以壓力為驅動力的膜分離技術之壹。其目的是分離大分子和小分子物質。
超濾起源於1748年,施密特用棉膠膜或魯膜過濾溶液,當施加壹定的壓力時,溶液(水)透過膜,而蛋白質、膠體等物質被截留,其過濾精度遠遠超過濾紙,因此他提出了超濾壹詞,1896年,馬丁制造出第壹張人工超濾膜,其20世紀60年代提出的分子量級概念就是現代超濾技術的壹種。分子量級的概念是現代超濾的開端,七八十年代是快速發展時期,九十年代後開始成熟。我國對該技術的研究相對較晚,70年代還處於研究期,80年代後期才進入工業化生產和應用階段。
超濾裝置作為反滲透裝置,有板式、管式(內壓柱管式和外壓管束式)、輥式、中空
纖維式等多種形式。濃縮極化是膜分離過程中的壹種自然現象,如何最大限度地減少這種現象是超濾技術的重要課題之壹。采取的措施有增加膜表面水的流速,以減小邊界層的厚度,並使溶質及時被水截留;②采取物理或化學洗滌措施。超濾是壹種加壓膜分離技術,即在壹定壓力下,使小分子溶質和溶劑通過壹定孔徑的特殊膜,而大分子溶質不能通過,停留在膜的壹側,使大分子物質得到部分凈化。超濾原理也是膜分離工藝的壹種原理,超濾采用的是壓力活化膜,在外界驅動力(壓力)的作用下截留水中的膠體、顆粒和分子量相對較高的物質,並將水和小的溶質顆粒通過膜進行分離的過程。通過膜表面的微孔篩分,可截留分子量在 3x10000-1x10000 之間的物質。當經過處理的水借助外壓以壹定流速通過膜表面時,分子量小於 300-500 的水分子和溶質會通過膜,而大於膜孔的顆粒和大分子則會因篩分作用被截留,從而使水得到凈化。換句話說,當水通過超濾膜時,水中所含的大部分膠體二氧化矽可以被去除,同時,大量的有機物也可以被去除。
超濾的原理並不復雜。在超濾過程中,由於被截留在膜表面的雜質不斷積累,會產生濃度極化現象,當膜表面溶質濃度達到壹定限度時即生成凝膠體層,使膜的透水性急劇下降,這就使超濾的應用受到壹定程度的限制。為此,需要通過實驗研究確定最佳工藝和操作條件,最大限度地降低濃度極化的影響,使超濾成為壹種可靠的反滲透預處理方法。
超濾是壹種膜分離技術,(UItrafil-tration 簡稱 UF)。它能夠凈化、分離或濃縮溶液。超濾介於微濾和納濾之間,三者之間沒有明顯的分界線。壹般來說,超濾膜的孔徑在 0.05 um-1 nm 之間,操作壓力為 0.1-0.5 Mpa。它主要用於截留和去除水中的懸浮物、膠體、顆粒、細菌和病毒等大分子物質。超濾膜按膜材料可分為有機膜和無機膜。按膜的外觀可分為:板式、管式、毛細管式、中空纖維式和多孔式。目前,家用超濾凈水器多以中空膜為主。
超濾膜的工作原理是根據篩分機理,借助工作壓力和膜孔徑的大小來進行凈水處理。以中空纖維為例,以進水壓力可分為外壓:原水從膜絲外進入,凈水從膜絲內進入系統。反之,則為內壓式。內壓式的工作壓力低於外壓式。超濾膜廣泛應用於飲用水深度處理、工業用超純水、溶液濃縮分離等多個領域。超濾膜元件采用世界著名膜公司的產品,確保客戶獲得世界上最好的有機膜元件,從而保證了截留性能和膜通量。超濾設備的控制系統可根據用戶的具體要求進行定制,結合先進的控制軟件,對重要的工藝運行參數進行現場在線集中監控,避免人工誤操作,多方面保證系統的長期穩定運行。
由於每個超濾組件在出廠前都添加了保護液,因此在使用前要對組件中的保護液進行徹底沖洗,先用低壓(0.1MPa)供水沖洗壹小時,再用高壓(0.2MPa)供水沖洗壹小時,無論是低壓沖洗還是高壓沖洗,系統的產水排放閥都要全開。使用產水時,應檢查並確認產品水中不含任何殺菌劑。
超濾設備系統回收率高,產品品質好,可實現物料的高效分離、凈化和高濃縮。系統采用衛生級管道和閥門,清潔衛生,符合 GMP 或 FDA 生產標準要求。系統工藝設計先進,集成度高,結構緊湊,占地面積小,操作維護方便,勞動強度低。
處理過程無相變,對物料成分無不良影響,分離、純化、濃縮過程始終處於常溫狀態,特別適合熱敏性物質的處理,避免了高溫對生物活性物質的破壞,有效保留了原物料體系中的生物活性物質和營養成分。
超濾組件要輕拿輕放,註意保護超濾組件屬於精密設備,因此在使用中要註意安裝,要輕拿輕放,不能亂扔亂放壞了。如果是停用的元件,應先用清水沖洗幹凈,然後加入 0.5% 的甲醛水溶液進行殺菌消毒,並密封好。在冬季,還要防止元件受凍,否則元件可能會報廢。
超濾設備系統能耗低,生產周期短,與傳統工藝設備相比,設備運行成本低,可有效降低生產成本,提高企業經濟效益。
超濾技術的優點是操作簡便、成本低,無需添加任何化學試劑,特別是超濾技術的實驗條件溫和,與蒸發、冷凍幹燥相比,沒有相變,也不會引起溫度、pH值的變化,從而防止了生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術中,超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮。超濾也有壹定的局限性,它不能直接得到幹粉制劑。對於蛋白質溶液,壹般只能獲得 10-50%的濃度。過濾膜可分為微孔過濾、超濾和反滲透,這取決於所施加的操作壓力和所用膜的平均孔徑。微孔過濾使用的操作壓力通常小於 2×10 ^ 5 Pa,膜的平均孔徑為 500 ?~14 微米,用於分離較大的顆粒、細菌和汙染物。超濾使用的操作壓力為 1×10^5 帕~6×10^5 帕,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力比超濾大,常達 20×10^5 Pa ~ 70×10^5 Pa,膜的平均孔徑最小,壹般小於 10 ?,用於分離小分子溶質,如海水淡化、制高純水等。