中空超濾凈化裝置
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一、超濾膜裝置原理
超濾系統(tǒng)是通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過膜(稱為超濾液)，而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高(稱為濃縮液)，從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的，超濾與所有常規(guī)過濾及微孔過濾(均為靜態(tài)過濾)不同，一是超濾分離徑小，幾乎能截留溶液中所有細(xì)菌、病毒及膠體微粒，蛋白質(zhì)、大分子有機(jī)物。二是整個(gè)過濾過程在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行，溶劑僅獲得部分的分離。進(jìn)入超濾組件的原料液，在膜兩側(cè)壓力差的推動(dòng)下，部分透過膜成為超濾液，其余則成為濃縮液不斷流出，使膜表面不能透過物質(zhì)僅為有限的積聚。過濾速率在穩(wěn)定狀態(tài)下可達(dá)到一平衡值而不致連續(xù)衰減，整個(gè)過程可長期持續(xù)。
二、超濾系統(tǒng)特點(diǎn)
超濾設(shè)備特點(diǎn)、占地少、膜面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)簡單、能耗低、性能穩(wěn)定。超濾是一種膜分離技術(shù)，其主件為超濾膜，用于溶液中物質(zhì)大分子級別的分離，超濾過程是以膜兩側(cè)壓力差為動(dòng)力，以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程，使用壓力通常為0.1Mpa-0,25Mpa,分離孔徑1μm-0.1μm截留分子量500-1000000左右。
超濾在常溫低壓下進(jìn)行，能耗低、不需加熱、不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、分離、純化分級的目的。超濾裝置操作簡單，啟動(dòng)快，易于維護(hù)，容易控制。它既可以單獨(dú)使用，也可以用作反滲透設(shè)備進(jìn)水的預(yù)處理及高純水的終端的精處理。
超濾系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：食品、飲料、飲用水、礦泉水過濾;奶酪制備、乳清分離、蔗糖提純及植物蛋白處理;醫(yī)藥行業(yè)工藝濃縮、提純;酶制劑和微生物的分離和提取;涂裝、電泳漆、電鍍廢水處理等。
三、與傳統(tǒng)分離方法相比，超濾技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
1. 濾過程是在常溫下進(jìn)行，條件溫和無成分破壞，因而特別適宜對熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等的分離、分級、濃縮與富集。
2. 濾過程不發(fā)生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學(xué)試劑，無污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。
3. 超濾技術(shù)分離效率高，對稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。
4. 超濾過程僅采用壓力作為膜分離的動(dòng)力，因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護(hù)。
5. 超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。
四、超濾的應(yīng)用行業(yè)介紹
目前膜法水處理技術(shù)在環(huán)境過程中的應(yīng)用，主要是超濾、反滲透、滲析和電滲析等方法用于處理各工業(yè)廢水。超濾技術(shù)因其操作壓力低、能耗低、通量大、分離效率高，可以回收和回用有用物質(zhì)和水，特別是通量大的特點(diǎn)，使得超濾成為廢水處理工程采用的主要膜分離技術(shù)。
1、 電泳漆的回收
國外超濾技術(shù)的較大規(guī)模應(yīng)用開始于70年代，并應(yīng)用在電泳漆的回收。廢水中的漆料是使用漆料總量的10%~50%，采用超濾技術(shù)處理電泳漆廢水不僅可以減少漆的損失和回用廢水，而且可以使有害無機(jī)鹽透過超濾膜從而提高了電泳漆的比電阻，調(diào)節(jié)和控制、漆液的組成，保證電泳涂漆的正常運(yùn)行。
70 年代初期主要用CA膜管式超濾器處理陽極電泳漆廢水，70年代后期，改用框式、卷式、中空纖維式超濾器處理陰極電泳漆廢水。國內(nèi)一些汽車廠、電泳漆行業(yè)也采用超濾技術(shù)，如長春汽車轎車廠從Aomicon公司引進(jìn)中空纖維式陰極電泳漆專用超濾器，由30根直徑7.62cm的膜組件并聯(lián)而成，總膜面積約75 m2，處理能力為1.5 t/h，裝有循環(huán)液定時(shí)自動(dòng)換向系統(tǒng)，以減少膜污染，延長膜清洗周期。
電泳漆經(jīng)超濾法處理后,保證了電泳槽漆液的電阻率大于500 Ω/cm，維持了電泳漆的固體含量穩(wěn)定，對電泳漆的截留率為97%~98%，排水量大大減少，節(jié)省了大量補(bǔ)充的去離子水。
2、 化纖、紡織工業(yè)廢水
化纖工業(yè)中有多種廢水可用超濾法處理與回收，如回收聚乙烯醇（PVA）。日本某工廠采用8 cm2的管式超濾器將PVA原液由0.1%濃縮到10~15倍，進(jìn)口壓力為3.92×105 Pa，出口壓力為1.96×105 Pa，進(jìn)料溫度55~66℃，膜的水通量為100~140 L/ (cm2?h)，對PVA的分離率為98.2%，每天可回收PVA約20 kg，運(yùn)行良好。
染料廢水種類繁多，組成復(fù)雜，主要包括含鹽、有機(jī)物的有色廢水；氯化及溴化廢水；含有微酸和微堿的有機(jī)廢水；含有銅、鉛、鉻、錳、汞等陽離子的有色廢水；含硫的有機(jī)物廢水。廢水量大，濃度高，色度高，毒性大，是治理難度最大的工業(yè)廢水之一。
上海印染廠最早采用醋酸纖維外壓管式超濾裝置處理還原染料廢水并回收染料獲得成功，采用聚砜超濾膜管式和中空纖維式裝置處理染料廢水，脫色率為95%~98%，COD去除率60%~90%，濃縮液含染料15~20 g/L。
洗毛廢水是紡織工業(yè)污染最嚴(yán)重的廢水之一，洗毛廢水中含有大量的懸浮物、油脂和合成洗滌劑，其中主要污染物是羊毛脂。羊毛脂是日用化工、醫(yī)藥工業(yè)的原料，也是很好的防腐劑和潤滑劑，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。傳統(tǒng)回收羊毛脂的方法回收率較低，而采用超濾技術(shù)處理洗毛廢水取得了好的效果。
國內(nèi)的許多毛紡廠和洗毛廠采用超濾法處理洗毛廢水工藝，該工藝包括預(yù)處理、超濾濃縮、離心分離和水回用四個(gè)系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的離心工藝羊毛脂回收率提高1~2倍，油脂截留率為98%~99%，COD截留率為90%~98%。
3、 造紙工業(yè)廢水
造紙工業(yè)耗水量極大，造紙廢水主要來源于去皮、漿化、洗凈、漂白、抄紙等工序。
采用超濾技術(shù)處理造紙廢水既可以對廢水中某些有用成分進(jìn)行濃縮回收，又可將透過水回用。
日本在1981年采用NTU-3508超濾組件建成了日處理4000 m3的管式膜裝置，是世界上最大規(guī)模的裝置。我國目前已具備生產(chǎn)此類超濾和反滲透膜組件的能力，并迅速推廣。
4、 印鈔廢水
我國印鈔業(yè)擦板廢液的處理一直是困擾印鈔行業(yè)的老大難問題?，F(xiàn)在采用超濾處理后，擦板廢液透過膜的清液不含油墨，堿的含量不變，對COD的去除率為99%以上，對固含量為3%的擦板廢液可濃縮至12%，廢液的回收率為75%，且比采用中和法處理廢液省力省大量資金。
5、 釀造廢水
味精廢液是含大量菌體等有機(jī)物、氯化物的粘性液體，COD高達(dá)70 000 mg/L，廢液的排放對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)廢液中還含有一些價(jià)值很高的代謝副產(chǎn)物。味精廠用CA、PS、PVC等超濾膜對味精廢液進(jìn)行處理，透過液清澈透明，菌體去除率達(dá)98%以上。透過液經(jīng)管道輸入醬油廠用來生產(chǎn)味精醬油；對濃縮液進(jìn)行超濾可得到含蛋白質(zhì)和脂肪及核酸的價(jià)值很高的代謝副產(chǎn)物；超濾谷氨酸發(fā)酵液，透過液清澈透明，用來提取谷氨酸可大大提高純度和提取率。
6、 含油廢水的處理
乳化油廢水是一種常見的工業(yè)廢水，超濾法處理乳化油廢水應(yīng)用已有20多年。油分截留率可大于99%，COD的去除率達(dá)到95%，體積濃縮比高，超濾平均通量為30 L/(cm2?h)，處理乳化油廢液效果很好。
含油廢水中含油量通常為100~1000 mg/L，超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)（10 mg/L），故排放前必須進(jìn)行除油處理。可采用中空纖維超濾膜組件和超濾設(shè)備，在操作壓力為0.10 MPa，廢水溫度40℃，膜的透水速度可達(dá)60~120 L/(cm2?h)，可以把含原油100~1000 mg/L的廢水處理達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)10 mg/L以下，也使處理后的水質(zhì)達(dá)到了低滲透油田的注水標(biāo)準(zhǔn)。
金屬加工過程中產(chǎn)生大量的含有切削油、懸浮物和洗滌劑的廢水，必須進(jìn)行處理才能排放。
超濾處理可把廢水分離成兩部分：濃縮液中含有油和懸浮顆粒，透過液中幾乎不含油。用超濾與微濾聯(lián)合進(jìn)行處理，先用微濾把油濃縮至10%，其中微濾膜的透水能力為250 L/(cm2?h)，再進(jìn)行超濾處理，可回收85%的清洗劑。
處理石油開采產(chǎn)生的含油廢水，可在油田用膜分離器中進(jìn)行超濾與反滲透（或納濾）的組合操作。先使分離出的水進(jìn)入中空纖維超濾膜，透過液再進(jìn)入反滲透膜（或納濾膜），不但去除了懸浮物，還去除了溶解鹽和溶解油，以滿足特殊水質(zhì)的要求。
7、 制革廢水
制革工業(yè)脫毛用的原料主要是Na2S和石灰，其廢水產(chǎn)生量約占皮革污水總量的10%，毒性大，硫化物含量達(dá)2 000~4 000 mg/L，懸浮物和濁度值都很大，是皮革工業(yè)中污染最為嚴(yán)重的廢水。在對廢水進(jìn)行處理時(shí)，用超濾法分離其中蛋白質(zhì)，采用磺化聚砜類膜進(jìn)行超濾，把浸灰廢液的濃度提高5~10倍，膜不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，其處理效果優(yōu)于一般凈化技術(shù)。
超濾可回收40%的Na2S、20%的石灰和68%~70%的液體，回收大量的蛋白質(zhì)，據(jù)估算，每噸鹽腌皮可獲得30~40 kg的角蛋白，因而具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[13]。
8、 食品工業(yè)廢水
生產(chǎn)大豆分離蛋白質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢水，用超濾法處理起廢水，既可回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的可溶性蛋白和低聚糖，又解決了環(huán)保問題，并且與傳統(tǒng)的處理方法相比，運(yùn)行費(fèi)用低，產(chǎn)出效益高，回收產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡便。
如馬鈴薯生產(chǎn)淀粉的廢液有機(jī)物含量高，COD通常在10，000 mg/L左右，國外應(yīng)用超濾技術(shù)去除馬鈴薯淀粉排放廢水中的COD并濃縮回收可溶性蛋白質(zhì)，廢水的COD值由8 175 mg/L降為3 610mg/L，COD去除率為55.8%。膜污染后用40 ℃、0.1 mol/L的NaOH溶液來清洗，恢復(fù)率在90%左右。
此外，超濾技術(shù)還用于攝影廢水、放射性廢水等廢水的處理。
