超滤基本原理及术语

超滤基本原理

超滤是一种以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，与膜孔径大小相关的筛分过 程。超滤膜表面的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而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，从而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的，如图 1-2。

图 1-2 超滤膜的截留范围

超滤可以将原液中的胶体物质、大分子物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物等进行截留，通 过浓缩液排放、冲洗和化学清洗而去除。

超滤相关术语

膜丝：指中空纤维膜。

膜组件：指由中空纤维膜丝、壳体、封端树脂等组合成的单一过滤元件，也称为膜元件。

膜装置：指由一个以上的膜组件用管件与支撑架（膜架）集成为一过滤单元，也称为膜组器。膜系统：指由一个以上的膜装置配合其他设备、仪表等组成的可实现过滤操作的成套设备。

原水：指膜系统进水。如地下水、地表水、污水、海水或城市自来水。

透水率：是指在 25℃水温和 0.1MPa 水压下，单位时间内、单位膜面积所透过纯水的体积（单 位：升/（m2 ·h ·0.1MPa））。

截留率(R0)与切割分子量(MWCO)：膜丝上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和 切割分子量两个参数来共同衡量，截留率是指溶液中被截留的特定溶质的量所占溶液中特定溶质总 量的比率。当 90%的溶质被膜截留时，在截留曲线所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的切割分 子量。超滤膜的孔径大约在 0.002 至 0.1μm 之间，其对应的切割分子量约为 1,000—500,000。

孔径分布：相同切割分子量的超滤膜因膜丝上孔径大小分布的不同，其分离的效果也会有所差 异，通常使用泡压法来测定超滤膜的孔径的分布，超滤膜上的孔径大小应均匀一致，孔径分布曲线 窄，截留性能敏锐，选择性好。

泡点测试：泡点是用来测试监控膜性能及膜组件完整性的一种常用方法。泡点是指膜完全浸润 并浸泡在液体中，从膜的一边加以一定压力的气体，从膜的另一边开始出现连续气泡时的最低压力。泡点测试常常用来检测膜的最大孔径。

断裂强度与伸长率：超滤膜的机械强度大小反映了膜丝抵抗断丝的能力，断丝使超滤膜失去分 离性能，是评价超滤膜质量优劣的一项重要指标，机械强度由膜丝的断裂强度和伸长率来表征。一般使用电子单纱测力仪测量单根膜丝的断裂强度和伸长率。

死端过滤：原液中的水分子全部渗透过超滤膜，没有浓缩液流出，当原液中被分离物质浓度很 低时,为了降低能耗，通常采用死端过滤，或称为全量过滤。美能超滤膜一般采用死端过滤。

错流过滤：在过滤时有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉，当原液中能被膜截留的物质 浓度很高时，膜的过滤阻力增长很快，此时多采用错流过滤。

内压式过滤：原液从膜丝内孔进，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, 而截留的物质汇集在中空纤维膜丝的内孔时为内压式过滤。

外压式过滤：原液经压力差驱动沿径向由外向内渗透过中空纤维膜丝成为透过液，而截留的物 质汇集在中空纤维膜丝的外部时为外压式过滤。美能超滤膜为外压式膜。

跨膜压差（TMP）：表示水透过膜的实际所需的驱动力，计算为原水侧的平均压力与产水侧平 均压力的差。

回收率：超滤净水产量（去除反洗所需用水量）与总原水量的比值。

膜污染：被膜截留而沉积在膜表面的物质导致膜通量的衰减。通常需要采用化学或者物理方法 清除膜表面的污染物，恢复膜通量。

反洗：将超滤透过液从膜丝内侧（产水侧）在一定压力作用下流向膜丝外侧（原水侧）。

浓差极化：引起被截留的悬浮物在膜表面聚集的现象。通常提高膜丝表面液体的切向流速可以 有效降低浓差极化的现象。

亲水性：亲水性膜材料对水有较强的亲合力，膜的表面很自然的具有润湿的特性。

疏水性：膜材料对水的排斥特性。疏水性膜材料具有很低的吸水性能，因此在表面水常呈颗粒 状。常用接触角表征材料的亲水性或者疏水性。