超滤膜是生活饮用水深度净化的主流技术

作为二十一世纪的高新技术之一，超滤膜分离技术是国家重点科技投入的科研项目。在我国，由于水源污染以及二次污染相当严重，用普通的过滤介质难以实现深度 净化生活饮用水的效果。超滤膜净化技术采用高精度纯物理的过滤原理，过滤精度达到手0.01微米，不添加任何化学物质，依靠超滤膜表面密布的微孔进行筛分，从而截留有害物质，从而实现过滤净化、纯化的效果。同时，超滤膜过滤具备冲洗排污的功能，通过正反冲洗超滤膜膜丝，可将截留的污染物冲洗排出，延长超滤膜丝的使用寿命。另外，超滤膜过滤只需依靠自来水本身压力即可实现，不需要用电、加压，具有低压无相变，能耗低的特点，安全节能。随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，目前是净化生活饮用水的主流技术，同时在饮料、生物、食品、医药等领域应用广泛。

    超滤膜技术概述  
    ● 21世纪高新技术之一； 
    ● 21世纪最有发展前途的高科技之一；  
    ● 国家“七.五”和“八.五” 重点科技攻关项目； 
    ● 常温低压下操作、无相变、能耗低； 
    ● 生活饮用水、污水处理的主流趋势技术。 
    超滤膜分离技术作为二十一世纪六大高新技术之一，以其常温、低压操作、无相变、能耗低等显著特点成为一种分离过程的标准，在欧美等发达国家和地区得到了广泛 的使用。国家科委对超滤膜分离技术的开发也非常重视，将超滤膜分离技术作为国家“七.五”和“八.五”的重点科技攻关项目，投入大量的资金和人力，开展专 项科技攻关项目，使我国的超滤技术水平迅速提高。在《“十五”国家火炬计划重点支持的技术领域》中将超滤膜技术列为火炬计划重点支持的六大高新技术领域中 重点鼓励发展的产业，进一步推进了国内超滤膜技术的发展和应用。随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，制膜成本大为降低，目前超滤膜在 饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药、环保等许多方面已得到广泛应用。  

    超滤膜过滤原理 
    超滤是一种利用膜分离技术的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。 
    每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。
    1、超滤膜的制水流程
    自来水先进入超滤膜管内，在水压差的作用下，膜表面上密布的许多0.01微米的微孔只允许水分子、有益矿物质和微量元素透过，成为净化水。而细菌、铁锈、胶体、泥沙、悬浮物、大分子有机物等有害物质则被截留在超滤膜管内，在超滤膜进行冲洗时排出。

    2、超滤膜冲洗流程
    超滤膜使用一段时间后，被截留下来的细菌、铁锈、胶体、悬浮物、大分子有机物等有害物质会依附在超滤膜的内表面，使超滤膜的产水量逐渐下降，尤其是自来水质污染严重时，更易引起超滤膜的堵塞，定期对超滤膜进行冲洗可有效恢复膜的产水量。

    3、超滤膜滤芯
    将成束的超滤膜丝经过浇铸工艺后制成如下图所示的超 滤芯，滤芯由ABS外壳、外壳两端的环氧封头和成束的超滤膜丝三部分组成。环氧封头填充了膜丝与膜丝之间的空隙，形成原液与透过液之间的隔离，原液首先进 入超滤膜孔内，经超滤膜过滤后成为透过液，防止了原液不经过滤直接进入到透过液中。

    4、超滤膜滤芯膜丝总面积的计算：
    在单位膜丝面积产水量不变的情况下，滤芯装填的膜面积越大，则滤芯的总产水量越多，
    其计算公式为：
      S内=πdL×n
      S外=πDL×n
其中：S内为膜丝总内表面积，d为超滤膜丝的内径；
      S外为膜丝总外表面积，D为超滤膜丝的外径；
      L为超滤膜丝的长度；
      n为超滤膜丝的根数。

    内压式和外压式中空纤维超滤膜
     一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成，一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，不易被大颗粒物质堵塞。
     按进水方式的不同，超滤膜又分为内压式和外压式两种：
    1、内压式：
    即原液先进入中空丝内部，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液，浓缩液则留在中空丝的内部，由另一端流出，

    2、外压式:
    中空纤维超滤膜则是原液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丝的外部，其流向见图所示：

    超滤膜的性能表征
    超滤膜的性能通常是指膜的物化性能和分离透过性能，物化性能主要包括膜的机械强度、耐化学药品、耐热温度范围和适用PH值范围等，分离透过性能主要指膜的水通量和切割分子量及截留率。

    超滤膜材料及特性   
    主要材料：聚丙烯腈（PAN）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）等。
    PAN膜：
    ● 具有优良的化学稳定性，有耐酸、耐碱以及耐水解的性能，能广泛应用于各种领域；
    ● 膜丝具有很好的强度和柔韧性；
    ● 经过亲水改性，产水量大，并具备很强的抗污染性。
    ● 膜丝配方材料少，工艺容易控制，不会出现象PVC原料配方材料多而导致膜本身的异味问题。
PVDF膜：
    ●  耐紫外线，有优良的耐污染和化学侵蚀性能；
    ●  耐热温度可以达到140℃，可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒；
    ●  能在较宽的PH（1-13）范围内使用，可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。

    影响超滤膜产水量因素
    1、温度对产水量的影响：温度升高水分子的活性增强，粘滞性减小，故产水量增加。反之则产水量减少，因此即使是同一超滤系统在冬天和夏天的产水量的差异也是很大的。   
    2、操作压力对产水量的影响：在低压段时超滤膜的产水量与压力成正比关系，即产水量随着压力升高随着增加，但当压力值超过0.3MPa时，即使压力再升高，其产水量的增加也很小，主要是由于在高压下超滤膜被压密而增大透水阻力所致。
    3、进水浊度对产水量的影响：进水浊度越大时，超滤膜的产水量越少，而且进水浊度大更易引起超滤膜的堵塞。