影響超濾過程穩定運行的因素分析

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，其透過通量應在100—500L/（m2.h)為宜，實際中比它要小得多，一般為1—100L/（m2.h)。當超濾透過濃差通量低于1L/（m2.h)時，過程缺乏經濟效益，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，因此必須相應采取一些措施來解決。

1、料液流速

提高料液流速對防止濃差極化、提高設備處理能力有利。但增大壓力使工藝過程耗能增加，結果導致費用增大。一般湍流體系中流速為1—3m/s。
    在螺旋式組件體系中，常在層流區操作，可在液流通道上設湍流促進材料，或采用振動的膜支撐物，在流道上產生壓力波等方法，以改善流動狀態，控制濃差極化，從而保證超濾組件的正常運行。

2、操作壓力

超濾膜透過通量與操作壓力的關系決定于膜和邊界層的性質。在實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，膜透過通量與壓力成正比，而用凝膠化模型時，膜透過通量與壓力無關。此時的透過通量稱為臨界透過通量。實際中超濾操作應在臨界透過通量附近進行，此時操作壓力約為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、物理性質和生物穩定性，應在膜設備和處理物質允許的最高溫度下進行操作，因為高溫可以減少料液的黏度，從而增加傳質效率，提高透過通量。溫度與擴散系數的關系，可以用下式表示：
        μD/T=常數
    由上式可見，溫度T愈高，黏度μ變小，而擴散系數D則變大。例如，酶最高溫度為25℃，電涂料為30℃，蛋白質為55℃，制奶工業為50—55℃，紡織工業脫漿廢水中回收PVA時為85℃。

4、操作時間

隨著超濾過程的進行，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。其透過通量隨時間的衰減情況，與膜組件的水力特性、料液的性質和膜的特性有關。當超濾運行一段時間后，就需要進行清洗，這段時間稱為一個運行周期，當然運行周期的變化還與清洗情況有關。

5、進料濃度

隨著超濾過程的進行，料液（主體液流）的濃度在增高，此時黏度變小，邊界層厚度擴大，這對超濾來說無論從技術上還是經濟上都是不利的，因此對超濾過程主體液流的濃度應有一個限制，既最高允許濃度。

6、料液的預處理

為了提高膜的透過通量，保證超濾膜的正常穩定運行，在超濾前需對料液進行預處理，雖然超濾的預處理過程不像反滲透過程那么嚴格，但這種預處理也是保證實現超濾過程正常運行的關鍵，通常采用的預處理方法有：
   （1）過濾；
   （2）化學絮凝；
   （3）PH調節；
   （4）消毒；
   （5）活性炭吸附；

 上述預處理方法可以根據料液的性質和需要進行選用。

此外，經超濾回收的水，在使用前還需進行再處理（稱為后處理，如電子工業用水）如脫除CO2、PH調節、過濾、消毒等。

 
 二、膜的壽命

膜的壽命是根據生產廠提出的膜在正常使用條件下可以保證使用的最短時間，一般在規定的料液和壓力下，在PH允許的范圍內，溫度不超過60℃時，超濾膜可使用12-18個月。當然超過規定的條件時，會使膜的壽命縮短。

三、膜的清洗和消毒

膜必須進行定期清洗，以保持一定的膜透過通量，并延長膜的壽命。清洗方法一般根據膜的性質和處理料液的性質來確定。通常和反滲透相類似，即先以水力清洗，而后根據情況采用不同的化學洗滌劑進行清洗，例如對電涂材料可以選用含離子的增溶劑，對水溶性有機涂料可以用“橋鍵”型溶劑。食品工業中蛋白質沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎的堿性去垢劑。膜表面由無機鹽形成的沉淀可用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行機械清洗，中空纖維式組件可以用反向沖洗等。對于食品工業用膜還需進行消毒處理（用NaOCL和H2O2等）。