影響超濾過程穩(wěn)定運(yùn)行的因素分析
一、超濾透過通量
超濾在操作壓力為0.1—0.6MPa、溫度為60℃以下時(shí)，其透過通量應(yīng)在100—500L/（m2.h)為宜，實(shí)際中比它要小得多，一般為1—100L/（m2.h)。當(dāng)超濾透過濃差通量低于1L/（m2.h)時(shí)，過程缺乏經(jīng)濟(jì)效益，其原因是濃差極化在膜面上形成的邊界層（或凝膠層），使流體阻力增加，因此必須相應(yīng)采取一些措施來解決。
1、料液流速
提高料液流速對防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力有利。但增大壓力使工藝過程耗能增加，結(jié)果導(dǎo)致費(fèi)用增大。一般湍流體系中流速為1—3m/s。
在螺旋式組件體系中，常在層流區(qū)操作，可在液流通道上設(shè)湍流促進(jìn)材料，或采用振動的膜支撐物，在流道上產(chǎn)生壓力波等方法，以改善流動狀態(tài)，控制濃差極化，從而保證超濾組件的正常運(yùn)行。
2、操作壓力
超濾膜透過通量與操作壓力的關(guān)系決定于膜和邊界層的性質(zhì)。在實(shí)際超濾過程中往往后者控制著超濾透過同量。在用滲透壓模型時(shí)，膜透過通量與壓力成正比，而用凝膠化模型時(shí)，膜透過通量與壓力無關(guān)。此時(shí)的透過通量稱為臨界透過通量。實(shí)際中超濾操作應(yīng)在臨界透過通量附近進(jìn)行，此時(shí)操作壓力約為0.5—0.6MPa,除了克服透過膜的阻力外，還要克服通過膜表面的流體壓力損失。
3、溫度
操作溫度主要決定與所處理料液的化學(xué)、物理性質(zhì)和生物穩(wěn)定性，應(yīng)在膜設(shè)備和處理物質(zhì)允許的最高溫度下進(jìn)行操作，因?yàn)楦邷乜梢詼p少料液的黏度，從而增加傳質(zhì)效率，提高透過通量。溫度與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系，可以用下式表示：
μD/T=常數(shù)
由上式可見，溫度T愈高，黏度μ變小，而擴(kuò)散系數(shù)D則變大。例如，酶最高溫度為25℃，電涂料為30℃，蛋白質(zhì)為55℃，制奶工業(yè)為50—55℃，紡織工業(yè)脫漿廢水中回收PVA時(shí)為85℃。
4、操作時(shí)間
隨著超濾過程的進(jìn)行，濃度極化在膜表面上形成了濃縮的凝膠層，使超濾透過通量下降。其透過通量隨時(shí)間的衰減情況，與膜組件的水力特性、料液的性質(zhì)和膜的特性有關(guān)。當(dāng)超濾運(yùn)行一段時(shí)間后，就需要進(jìn)行清洗，這段時(shí)間稱為一個運(yùn)行周期，當(dāng)然運(yùn)行周期的變化還與清洗情況有關(guān)。
5、進(jìn)料濃度
隨著超濾過程的進(jìn)行，料液（主體液流）的濃度在增高，此時(shí)黏度變小，邊界層厚度擴(kuò)大，這對超濾來說無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是不利的，因此對超濾過程主體液流的濃度應(yīng)有一個限制，既最高允許濃度。
6、料液的預(yù)處理
為了提高膜的透過通量，保證超濾膜的正常穩(wěn)定運(yùn)行，在超濾前需對料液進(jìn)行預(yù)處理，雖然超濾的預(yù)處理過程不像反滲透過程那么嚴(yán)格，但這種預(yù)處理也是保證實(shí)現(xiàn)超濾過程正常運(yùn)行的關(guān)鍵，通常采用的預(yù)處理方法有：
（1）過濾；
（2）化學(xué)絮凝；
（3）PH調(diào)節(jié)；
（4）消毒；
（5）活性炭吸附；
上述預(yù)處理方法可以根據(jù)料液的性質(zhì)和需要進(jìn)行選用。
此外，經(jīng)超濾回收的水，在使用前還需進(jìn)行再處理（稱為后處理，如電子工業(yè)用水）如脫除CO2、PH調(diào)節(jié)、過濾、消毒等。
二、膜的壽命
膜的壽命是根據(jù)生產(chǎn)廠提出的膜在正常使用條件下可以保證使用的最短時(shí)間，一般在規(guī)定的料液和壓力下，在PH允許的范圍內(nèi)，溫度不超過60℃時(shí)，超濾膜可使用12-18個月。當(dāng)然超過規(guī)定的條件時(shí)，會使膜的壽命縮短。
三、膜的清洗和消毒
膜必須進(jìn)行定期清洗，以保持一定的膜透過通量，并延長膜的壽命。清洗方法一般根據(jù)膜的性質(zhì)和處理料液的性質(zhì)來確定。通常和反滲透相類似，即先以水力清洗，而后根據(jù)情況采用不同的化學(xué)洗滌劑進(jìn)行清洗，例如對電涂材料可以選用含離子的增溶劑，對水溶性有機(jī)涂料可以用“橋鍵”型溶劑。食品工業(yè)中蛋白質(zhì)沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎(chǔ)的堿性去垢劑。膜表面由無機(jī)鹽形成的沉淀可用EDTA之類的螯合劑或酸、堿加以溶解。對于不同的膜組件，可以選用不同的清洗方法，如管式組件可以用海綿球進(jìn)行機(jī)械清洗，中空纖維式組件可以用反向沖洗等。對于食品工業(yè)用膜還需進(jìn)行消毒處理（用NaOCL和H2O2等）。
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