超濾膜溶質濃度與截留率的關系

1. 超濾的應用

超濾膜的最小截留分子量為500道爾頓，在生物制葯中可用來分離蛋白質、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超濾的優點是沒有相轉移，無需添加任何強烈化學物質，可以在低溫下操作，過濾速率較快，便於做無菌處理等。所有這些都能使分離操作簡化，避免了生物活性物質的活力損失和變性。
由於超濾技術有以上諸多優點，故常被用作：
(1)大分子物質的脫鹽和濃縮，以及大分子物質溶劑系統的交換平衡。
(2)大分子物質的分級分離。
(3)生化制劑或其他制劑的去熱原處理。
超濾技術已成為制葯工業、食品工業、電子工業以及環境保護諸領域中不可缺少的有力工具 。 超濾技術的關鍵是膜。膜有各種不同的類型和規格，可根據工作的需要來選用。早期的膜是各向同性的均勻膜，即常用的微孔薄膜，其孔徑通常是0.05mm 和0.025mm。近幾年來生產了一些各向異性的不對稱超濾膜，其中一種各向異性擴散膜是由一層非常薄的、具有一定孔徑的多孔皮膚層（厚約0.1mm～1.0mm），和一層相對厚得多的（約1mm）更易通滲的、作為支撐用的海綿層組成。皮膚層決定了膜的選擇性，而海綿層增加了機械強度。由於皮膚層非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶質阻塞而導致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成。近來為適應制葯和食品工業上滅菌的需要，發展了非纖維型的各向膜，例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1～14都是穩定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩定的，若使用恰當，能連續用1～2年。暫時不用，可浸在1%甲醛溶液或0.2%NaN3中保存。超濾膜的基本性能指標主要有：水通量[cm3/(cm2?h)]；截留率（以百分率%表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等。
超濾裝置一般由若干超濾組件構成。通常可分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。由於超濾法處理的液體多數是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等。這些物質極易粘附和沉積於膜表面上，造成嚴重的濃差極化和堵塞，這是超濾法最關鍵的問題，要克服濃差極化，通常可加大液體流量，加強湍流和加強攪拌。
在生物製品中應用超濾法有很高的經濟效益，例如供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白（即胎白）通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的，該工藝流程硫酸銨耗量大，能源消耗多，操作時間長，透析過程易產生污染。改用超濾工藝後，平均回收率可達97.18%；吸附損失為1.69%；透過損失為1.23%；截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量，每年可節省硫酸銨6.2噸，自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。國內的知名廠家有立升。
超濾在廢水處理中的應用
（1）還原性染料廢水處理；
（2）電泳塗漆廢水處理；
（3）含乳化油廢水處理；
（4）生活污水處理 一種孔徑規格一致，額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。採用超濾膜以壓力差為推動力的膜過
濾方法為超濾膜過濾。超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料製得。最適於處理溶液中溶質的分離和增濃，也常用於其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離，其應用領域在不斷擴大。以壓力差為推動力的膜過濾可區分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區分標准時，則微孔膜(MF)的額定孔徑范圍為0.02～10μm；超濾膜(UF)為0.001～0.02μm；逆滲透膜(RO)為0.0001～0.001μm。由此可知，超濾膜最適於處理溶液中溶質的分離和增濃，或採用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術，即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是極其重要的。孔的控制因素較多，如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜，用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式，廣泛用於如醫葯工業、食品工業、環境工程等。我們都知道篩子是用來篩東西的，它能將細小物體放行，而將個頭較大的截留下來。可是，您聽說過能篩分子的篩子嗎？超膜－－這種超級篩子能將尺寸不等的分子篩分開來！那麼，到底什麼是超濾膜呢？ 超濾膜是一種具有超級「篩分」分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米，也就是說只有一根頭發絲的1‰！在膜的一側施以適當壓力，就能篩出大於孔徑的溶質分子，以分離分子量大於500道爾頓、粒徑大於2～20納米的顆粒。超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬於深層過濾；後者具有較緻密的表層和以指狀結構為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，並具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬於表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺、聚碸醯胺、磺化聚碸、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
超濾廚飲用兩用機：①PP棉濾芯、②活性碳、③納米膜表超濾膜濾芯、④復合濾芯，五級過濾設備多加了一個後置活性炭，六級的多加了一個礦化濾芯就成立市場上見到的直飲水機。更多級的就加更多針對性的濾芯。 (1)增壓泵超濾膜以力差為推動力進行過濾，當原水的水壓不能滿足過濾需求時，系統需要增加泵加壓，以實現超濾膜分離作用，由於超濾膜的工作壓力較低，一般小於O·7MPa，故在系統設計時，一般選用離心泵，選擇離心泵的主要依據是揚程、流量、泵體材質，其次是泵的體積大小、外觀造型和價格等。
①揚程和流量的選擇根據超濾系統設計中所需要的進水工作壓力，跨膜壓差和通水流量，來選擇泵的揚程和流量。一般選擇水泵的揚程和流量應當等於或略大於設計供水量和工作壓力，以滿足超濾系統的正常運行。
②泵體材質的選擇根據原水水質的情況來選擇合適的泵體材質以減少投資成本，其材質不能與原水中的成分產生任何反應，也不能有溶解現象。當原水的pH值為6．5～8．5時可選用鑄鐵泵體；當原水為海水時，應選耐海水腐蝕的塑料泵體；醫葯和食品工業水處理卻一般選擇使用不銹鋼泵體。
化學清洗泵一般選擇耐化學葯劑的泵體。
(2)減壓閥 當原水水壓大於系統設計水壓時，要對原水進行減壓。一般採用可減靜壓的減壓閥來實現，減壓閥減壓的精度視超濾系統而定。另根據原水的水質選擇適合材質的減壓閥，一般可選的材質為銅、不銹鋼、鐵、塑膠。
(3)物理清洗和化學清洗系統 清洗系統主要由配葯箱、凈水箱、循環泵組成，採用氣水混合清洗的還包括空壓機，一般物理清洗分為等壓沖洗和反沖洗。等壓沖洗時是關閉產水閥，全開濃水閥，使原水以快於正常工作狀態時的流速沖刷膜表面，去除污垢。反沖洗是關閉原水閥採用循環泵，將凈水箱中的水從產水口打入膜組件。使凈水按正常過濾的反方向透過膜，沖刷掉膜表面的污染物，並使其從濃水口排出，反沖洗後，馬上進行等壓沖洗。能更有效地將被截留的污染物排出，為了加強清洗效果，順沖時，可採用氣水混合液進行沖洗。
化學清洗系統是用循環泵將配葯箱內的清洗液送入超濾系統，進行循環清洗和浸泡，靠化學葯品的作用去除膜表面的污垢，以恢復膜的產水能力，維持設計流量要求。
(4)消毒滅菌系統超濾的消毒滅菌系統所用設備和操作程序與化學清洗系統相同，僅需要將清洗液換成滅菌液即可，一般使用的滅菌劑為次氯酸鈉和過氧化氫，在選擇滅菌劑時要考慮劑膜的材質和滅菌劑濃度。例如Ps材質膜不能採用含有陰離子表面活性劑的滅菌劑，否則會對膜造成不可逆的通量損失。
(5)自動化計量、監控和儀表
①計量水流量採用流量表來計量，流量計有轉子流量計、浮子流量計、電磁流量計、掙針式流量計等。在超濾系統中大多採用玻璃浮子(轉子)流量計，主要是顯示直觀，價格低，一台超濾系統最少需要設置兩個流量計以便觀察，一個是產水流量計，一個是濃水流量計或原水進水流量計。 流量計規格的選擇是根據系統的流量大小而定，浮子流量計的選擇通常選用的量程為1．5～2倍的實際最大測量流量。
②監控系統及儀表超濾系統在運行時，必須嚴格按照設計參數進行操作，這需要系統的相關參數進行監控，其中主要的監控項目是水質、流量、壓力，可以手動操作，也可採用儀表和可編程式控制制器對系統進行自動控制。
對水質的監控可採用水質監測儀進行，對水壓的監控可採用壓力開關和壓力表進行，對流量的控制可採用電子流量計進行監測，並將監測信號反饋到PLC中，然後來控制泵，閥門及清洗系統，從而實現系統的自動化。
壓力是超濾系統的一個重要參數，故在壓力表選擇時，要注意其精度和耐用性。壓力表量程的選擇，以使用壓力能使指針處於刻度盤的1/2～2/3位置為宜，並要考慮水錘對壓力表的沖擊。

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超濾膜是一種用於超濾過程能將一定大小的高分子膠體或懸浮顆粒從溶液中分離出來的高分子半透膜。 以壓力為驅動力，膜孔徑為1～100nm，屬非對稱性膜類型。孔密度約10/cm，操作壓力差為100～1000kPa，適用於脫除膠體級微粒和大分子，能分離濃度小於10%的溶液。

1. 超濾膜結構

這種高分子聚合膜具有不對稱的微孔結構，分為兩層：上層為功能層，具有緻密微孔和攔截大分子的功能，其孔徑為1～20nm；下層具有大通孔結構的支撐層，起增大膜強度的作用。

功能層較薄，透水通量大。一般先製成管式、板面式、卷式、毛細管式等各種型的組件，然後組裝多個組件在一起應用，以增大過濾面積。膜的超濾過程在本質上是機械篩濾過程，膜表面孔隙的大小是最主要的控制因素。超過濾膜能分離的溶質(高分子或溶體)為1～30nm大小的分子，它排斥的物質除膜的特性外，還與物質分子的形狀、大小、柔度及操作條件等有關。早期的超濾膜用玻璃紙、硝酸纖維膜等。

2. 超濾膜製作材料

通常由各種高分子材料製成，如醋酸纖維素類、醋酸纖維素酯類、聚乙烯類、聚碸類、聚醯胺類以及芳香族聚合物類等。

3. 超濾膜性能表徵

性能用純水透水率平方米·小時和截留分子量和截留百分率表示。純水透過率越大越好，截留率一般要求>99%。高質量的超濾膜孔密度很大，孔徑分布很窄。

4. 超濾膜應用領域

超濾膜已廣泛用於工業廢水和工藝水的深度處理，如化工、食品和醫葯工業中大分子物質的濃縮、純化和分離，生物溶液的除菌，印染廢水中染料的分離，石油化工廢水中回收甘油，照相化學廢水中回收銀以及超純水的制備等。此外，還可用於污泥濃縮脫水等。

3. 截留率的概念是如何定義的超濾膜的MWCO是什麼意思有何作用

MWCO 是molecular weight cut off 的第一個字母,是截留分子量的意思.

截留率. 指溶液經超濾處理後，被膜截留的溶質量占溶液中該溶質總量的百分率。

4. 什麼是超濾

超濾膜屬於毛細管式中空纖維膜，是以高分子材料經特殊的膜製造工藝生產的不對稱半透回膜，它是答一種不產生相變的分離方法，其所用的制膜材料為改性PVC、PAN或者PVDF，具有良好的機械性能和耐熱、耐化學性能以及較強的抗污染能力。它的切割分子量為10萬道爾頓，超濾膜絲內徑0。 9mm，外徑1。6mm，屬內壓式過濾，即原液先進入中空膜絲內部，經壓力差驅動，沿徑向由內向外滲透過中空膜絲，從而濾除原液中的各種細菌、膠體、雜質等大分子物質。

5. 影響微濾和超濾膜水通量的因素有哪些

膜通量是膜分離過程中重要的一項工藝參數，是指單位時間內通過單位膜面積上的流體量，影響膜通量的因素主要有四點：

1.壓力：在超濾中膜兩側壓力差△P對通量和截留率的影響，在超濾中，壓力升高引起膜面濃縮升高，則透過膜的溶質也增大，因而截留率減小。

2.濃度：當以微濾過濾菌體時，通量與濃度的關系不同於超濾，在谷氨基酸發酵液的微濾中：開始通量下降很快，可能是由於膜面的污染；然後通量變化較小，可能由於管狀收縮效應引起通量的增加和濃度增大引起的降低互相對消，最後通量急劇降低。

3.流速：根據濃差極化，凝膠層模型，流速較大，可使通量增大。對於超濾，通常在略低於極限通量的條件下操作。雖然增大流速可以加大通量，但需考慮：只有當通量為濃差極化控制時，增大流速才會使通量增加；增大流速會使膜兩側壓力差減小，因為流經通道的壓力將增大；增大流速，使剪切力增加，對某些蛋白質不利；動力消耗增加。

4.溫度：在超濾或微濾中，一般來說，溫度升高都會導致通量增大，因為溫度升高使粘度降低和擴散系數增大。所以操作溫度的選擇原則是：在不影響料液和膜的穩定范圍內，盡量選擇較高的溫度。由於水的粘度每升高1℃，約降低2.5%，所以，一般可認為，每升高1℃，通量約增加3%。

6. 哪些因素會影響超濾膜組件截留分子量

會影響超濾膜組件截留分子量的因素：

1、進水壓版力對納濾膜的影響

進水壓力本身並權不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得驅動納濾膜的凈壓力升高，使得產水量加大，同時鹽透過量幾乎不變，增加的產水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時，由於過高的回收率，加大了濃差極化，又會導致透過量增加，抵消了增加的產水量，使得脫鹽率不再增加。

2、進水TDS含鹽量對納濾膜的影響

滲透壓是水中所含鹽粉或有機物濃度的函數，含鹽量越高滲透壓也增加，進水壓力不變的情況下，凈壓力將減小，產水量降低。透鹽率正比於膜正反兩側鹽濃度差，進水含鹽量越高，濃度差也越大，透鹽率上升，從而導致脫鹽率下降。

納濾膜的應用非常廣泛，在醫療、環保等等的行業都有所涉及，為了確保其應用性能的穩定性，應注意進水壓力及進水TDS含鹽量對納濾膜的影響。

7. 影響超濾膜運行的因素有哪些

溫度對產水量的影響：

溫度對超濾膜系統的水分子的活性增強，粘滯性減小，故產水量增加。反之則產水量減少，因此即使是同一超濾膜系統在冬天和夏天的產水量的差異也是很大的，溫度與產水量的關系是成正比的。一般在允許的溫度條件下，溫度系統約為0.0215/1°C，即溫度每上升一度，則相應的產水量增加2.15%，因此可以使用調節水溫的方法來實現超濾系統的產水量的穩定一致。

水質變化：

一方面，進水水質經由10μ過濾後，保證濁度小於1NTV，濃度不大於百分之五，且水溫應在5至40攝氏度之間，壓力應不大於0.2MPa，在此基礎上，保證進水回收率在80%以上，酸鹼度為2至13之間。另一方面，水質異常也是影響超濾出水量的重要條件，包括在雨季，原水中所蘊含的顆粒物、懸浮物會增多，使濁度達不到相關要求。加之進水的主要來源是地表水，所蘊含的有機物較多，在壓力不均衡和連接不緊密的情況下會混入一定質量的生水，被截留於超濾膜表面，致使定期的清潔難以維持，直接導致超濾出水量降低。

操作壓力對產水量的影響：

在低壓時超濾膜的產水量與壓力成正比關系，即產水量隨著壓力升高而升高，但當壓力值超過0.3mpa時，即使壓力再升高，其產水量的增加也很小，主要是由於在高壓下超濾膜被壓密而增加透水阻力所致，因此在超濾系統設計應注意；

超濾過程：

原水在管道內或管道外流動，小分子溶質及溶劑穿過膜逐漸形成超濾液，並降低濃度，成為濃縮液，從而實現小分子溶質和溶劑分離和濃縮。超濾過程具有動態性，且膜不易堵塞，但會隨著運行時間的增加，產生吸附作用，使超濾膜表面形成殘渣等物質。因此，超濾的各項特徵是保證出水量的必要條件。

進水渾濁度對產水量的影響：

進水濁度越大時，超濾膜受到影響的產水量越少，而且進水濁度大更易引起超濾膜的堵塞，在確定超濾膜產生量時也應考慮進水濁度的影響，一般可採用以下方法降低濁度的影響；

A、 增加前級預處理降低原水濁度；

B、 使用錯流過濾方式，並降低系統回收率；

流速對產水量的影響：

流速的變化對產水量的影響雖不像溫度和壓力那樣明顯，流速過大時反而會導致膜組件的產水量下降，這主要是因為由於流速加快增加了組件壓力損失而造成的，因此在設計超濾系統流速時，一定要控制在給定的流速范圍內，流速太慢影響超濾分離質量，容易形成濃差極化，太快則影響產水量。