卷式超滤膜、超滤膜种类、性能及组装

1. 超滤膜膜丝材质种类

中文名称：超滤膜
英文名称：ultrafiltration membrane;hyperfiltration membrane
定义：膜状的超滤材料。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）
超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。超滤膜是***早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。

超滤膜组件主要是由中空纤维和膜外壳两部分组成,按进水方式的不同,中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种:
　　内压式:即原液先进入中空丝内部,经压力差驱动,沿径向由内向外透过中空纤维成为透过液,浓缩液则留在中空纤维的内部,由另一端流出.
　　外压式中空纤维超滤膜则是经压力差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液,而截留的物质则汇集在中空纤维外部.
       超滤膜的制备方法很多，而中空纤维超滤膜主要采用相转换法。 相转换法主要有浸渍凝胶法、溶剂蒸发凝胶法和溶出法等。目前商品化的中空纤维超滤膜主要采用浸渍凝胶法制备，超滤膜制作过程大致可分为七个步骤：
（1）将制膜材料溶入特定的溶剂中，并根据需要加入相应致孔添加剂；
（2）通过搅拌使膜材料充分溶解，而成为均匀的制膜液；
（3）过滤去掉未溶解的其他杂质；
（4）脱除溶液中微细的气泡；
（5）在纺丝机中用特制的喷丝头挤出形成中空状原纤；
（6）使原纤中部分溶剂蒸发；
（7）将原纤渍于对膜材料是非溶剂的凝固浴中（通常是水或水溶液），液态原纤立即凝固成固态中空纤维；
（8）后处理使中空纤维具备某种固有性能。中空纤维超滤膜用途：
     主要用于保健酒澄清设备、果酒澄清不锈钢设备、茶饮料澄清过滤设备、发酵液澄清除菌设备、米醋澄清设备、果胶浓缩设备、中药提取液澄清设备、电泳漆回收设备等。 　　
    目前市场主要是运用于ro反渗透前级处理；污水处理、中水回用等领域。

2.目前市场上面中空超滤膜膜丝材质种主要有：PAN(聚丙烯腈), PVC（聚氯乙烯）,PES（聚醚砜）, PP（聚丙烯）,PS（聚砜）,PVDF（聚偏氟乙烯）。

2.1PAN(聚丙烯腈)超滤膜：

   PAN(聚丙烯腈)超滤膜，亲水性材料，透水性能好，具有良好的耐光和耐气侯性，截留分子量稳定，耐酸碱程度适中（PH2-10），尤其适用于水中有机物含量低，水质较差的场合，截留分子量10万。

2.2 PVC（聚氯乙烯）超滤膜：

PVC材料即聚氯乙烯，它是世界上产量***大的塑料产品之一，价格便宜，应用广泛，聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑料可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。
        PVC材料由于其化学稳定性高， 耐强酸、耐强碱、使用寿命长的独特性能，因此在超滤膜的生产中，PVC也被作为制造超滤膜丝的优质原材料，PVC在生产时会加入稳定剂，稳定剂有无毒和有毒之分，也正是影响成品超滤膜丝安全与否的关键所在，只有加入了铅盐之类有毒的稳定剂，才会对其产生隐患,但PVC在生产制造超滤膜时，其有毒稳定剂的使用量几乎为零，方可确保PVC（聚氯乙烯）超滤膜的安全性。现净水市场，PVC（聚氯乙烯）超滤膜得到了很好的应用就足可以说明这一点。

2.3 PES（聚醚砜）超滤膜：

    PES具有较强的热稳定性和抗氧化性，适用于超滤膜的制备。PES（聚醚砜）超滤膜具有良好的化学稳定性和热稳定性等特点，可有效去除蛋白质等物质，并且使用寿命长。适用于污废水处理、市政给水净化处理、乳清蛋白和乳清分离蛋白的分离和浓缩以及食品、医药加工等领域。

2.4 PP（聚丙烯）超滤膜：

    PP（聚丙烯）超滤膜是超滤膜的一种。它是超滤技术中先进的一种技术。中空纤维外径:450-460μm，内径:350-360μm，管壁厚50μm，是属热相拉伸膜。截留分子量5-10万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩排除，抗污性中等，可长期连续运行。聚丙稀超滤膜是高分子分离膜之一。

    PP（聚丙烯）超滤膜技术是一种广泛用于水的净化，溶液分离、浓缩，以及从废水中提取有用物质，废水净化再利用领域的高新技术。特点是使用过程简单，不需加热，能源节约，低压运行，装置占地面积小。 　　
2.5 PS（聚砜）超滤膜：

PS（聚砜）超滤膜，具有良好的化学稳定性,耐酸碱性能优良(PH2-13),透水性能较好,强度在有机高分子材料制成的膜中***高,(爆破压力＞0.6Mpa)，使用寿命长，正常使用在2年以上。聚砜外压式中空纤维超滤膜（截留分子量6000-20000），尤其适用于特种行业（如生化、医药、化工等）的浓缩、分离、提纯，截留性能稳定。

2.6 PVDF（聚偏氟乙烯）超滤膜：

PVDF（聚偏氟乙烯）超滤膜，它是利用自动连续制膜机将聚偏氟乙烯树脂和溶剂、致孔添加剂构成的铸膜液，经相转化法制备而成。
      该种滤芯具有良好的耐热性和化学稳定性，能耐受小于138℃的高压蒸汽消毒；能耐受强酸、脂肪族、芳香族以及酮、醚等多种有机、无机溶剂。孔形呈圆形及椭圆形，正反面孔型孔径一致，孔径范围分布窄。该膜有较强的负静电性及疏水性，是一种能够用于液体除菌、除微粒又可应用于气体除湿、除尘、除菌过滤的新型精密过滤介质，是食品工业、医药工业、生物工程下游产品分离用的较理想材料。

超滤系统的组装

1. 安装时膜组件进出水口的垫片应揭除掉。
2. 膜组件连接方式为快装接头方式连接，管道推荐使用UPVC管道，以便取得良好连接效果。
3. 系统管径小于DN65的情况下一般选用球阀，大于等于DN65时优先选用碟阀。
4. 产水流量计应安装在系统产水管道的末端，通常安装在产水阀之后，浓水流量计的安装亦然。
5. 自控系统的安装与主机系统的安装分开进行，自控系统应具备自动超压报警停机、根据液位自动开关机、自动反洗等功能。自控系统控制柜应安装在干燥、阴凉、便于操作处。
6. 超滤进水增压泵的选择应根据系统产水量与错流量共同决定，一般是1.1倍进水量，超滤进水压力应小于等于0.3MPa。超滤反洗增压泵进水压力应小于等于0.2MPa。化学清洗增压泵进水压力应小于等于0.1MPa。

超滤装置调试步骤

检查阀门

确保各个阀门处于关闭状态，各个泵处于关闭状态并确保各部件能够顺利实现启、停。

开机前膜元件冲洗

第一次启动超滤膜时，应清洗掉膜里面的保护液，清洗时用低压、低流量的进水赶走膜组件内的空气，进水压力尽可能低，应从膜底部进水，冲洗过程中所有的产水和浓缩水均应排放，清洗时间约为5-10分钟，直到出水无泡沫或无异味为止。

压力测试

在超滤系统清洗完成之后应对系统管道做0.3MPa的压力试验，检查管道是否存在漏水等情况。

启动步骤

首先应将产水阀、浓水阀打开，再将进水阀开小，防止水压过大对膜造成冲击。然后将自控系统打到自动档，调节进水阀、产水阀、浓水阀使得产水压力0.02MPa-0.05MPa，产水流量达到要求水量，错流量应根据进水水质情况约为进水量的0%-50%之间。

设置反洗

根据进水水质状况设定反洗周期，一般在20-60分钟之间。具体见膜芮膜技术手册或来电询问膜芮销售工程师或售后工程师。

化学清洗

随着超滤膜组件的长期使用，当超滤膜的产水量下降20%以上或TMP升高到0.1Mpa时需要进行化学清洗，以便及时去除超滤膜内的污染物，防止超滤膜形成顽固性结垢而无法恢复通量。不同的进水水质需要清洗的时间周期不一样，通常在1-4个月范围内。

自动控制

当以上压力，流量参数调整完毕后，就可以进入自动控制程序。关闭所有水泵阀门。将启动开关打到自动位置，启动电源开关，启动超滤装置。超滤系统进入正常运行模式，当达到设定值或设定时间后超滤进入反洗状态。
 

超滤装置的清洗

清洗系统的配置与流程

清洗系统的配置

清洗溶液箱、清洗水泵、清洗过滤器各一台，与超滤装置的连接管路采用UPVC管路或软管。

系统流程示意图

                        系统流程示意图

阀门控制

酸洗

清洗准备

1. 关闭系统；
2. 关闭所有阀门；
3. 在清洗溶液箱中用超滤产品水或更高品质的水配置好1~2%的柠檬酸或0.1%HCl溶液，并充分搅拌使其混合均匀，以便充分清洗铁污染和碳酸盐结晶污染。

清洗步骤

1. 首先进行反洗，如果观察到反洗排水浑浊，可反复进行反洗过程，直至排水基本干净。排干净膜内水并立即打入清洗药液，以防膜脱水而损坏；
2. 打入清洗液时应缓慢打开清洗水泵出水阀门和超滤装置进清洗液阀门，观察流量计，按照每支膜组件1m³/h的流量进行清洗，清洗液返回清洗溶药箱，循环清洗时间约为30 min；
3. 关闭清洗水泵，关闭超滤装置进清洗液阀门，静置浸泡60 min，如果污染严重的话，可适当延长浸泡时间；
4. 浸泡结束后，再以相同流量循环30 min；
5. 将清洗溶液箱和清洗过滤器药剂排放阀干净，并用干净水清洗干净；
6. 打开超滤装置的浓水排放阀和产水排放阀，打开超滤装置的进水阀，缓慢进水，冲洗超滤膜组件，直至超滤系统的进水和产水之间的电导率差值在20μs/cm之内，或pH值相同；
7. 冲洗过程结束超滤进入运行状态。

碱洗

清洗准备

1. 关闭超滤系统；
2. 关闭所有阀门；
3. 在清洗溶液箱中用超滤产品水或更高品质的水配置0.05%NaClO+0.1% NaOH溶液，充分搅拌均匀混合，以便清洗由有机物和活性生物引起的超滤膜组件的污染。

清洗步骤

与酸洗步骤相同。

清洗注意事项

1. 清洗液必须使用超滤产品水或者更优质的水来配置药液；
2. 清洗液温度范围在10℃~40℃之间，在此范围内，温度越高清洗效果越明显；
3. 超滤装置在清洗前必须先进行气擦洗，有时需反复进行多次直到反洗排水水质干净清澈为止；
4. 清洗液必须从超滤装置的进水侧进入组件，严禁反向进清洗溶液；
5. 如果超滤装置污堵严重，则需要持续浸泡12小时以上；
6. 当需要采用多种清洗液清洗时，每次清洗后，应排净清洗液并用超滤产品水或RO产水将系统冲洗干净，同时清洗干净清洗溶液箱、清洗水泵、清洗过滤器以及全部清洗管路。

清洗记录表

超滤系统的CIP清洗记录是观察系统运行好坏的重要信息，操作人员应该完整准确的记录清洗时的一些重要参数，这些参数至少应该保存至12个月以上。 
清洗记录表
单位：              超滤机组编号：             操作人员：             

注意事项

膜组件在开始运行时，初始产水量应控制在设计产水量的30%-60%左右，在运转24小时后再增至设计产水量，这样有利于膜产品的长期稳定运行。
超滤系统的设计产水量通常是在25℃水温、标准压力条件下测定的，若水温上升或下降，产水量也相应增加或减少，水温每下降1℃，产水量下降2.13%，水温升高则反之。
超滤膜***好安装在室内，避免日晒雨淋。
本超滤系统正常工作时进水压力表值在0.1-0.3Mpa，不能任意提高压力来增加水量，否则会损害膜组件。压力值可通过超滤进水蝶阀来调节。
当超滤膜跨膜压差TMP≤0.08MPa时，系列运行正常，跨膜压差TMP>0.08MPa时，说明膜堵塞比较严重，需要停机处理（化学清洗）。