第３４卷 第４期膜 科 学 与 技 术Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．４２０１４年８月ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａｕｇ．２０１４
ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜在市政自来水
深度处理中的应用
———上海某水厂的工程示范
甄宗晴，奚韶锋
（苏州膜华材料科技有限公司，苏州２１５２００）
摘要：介绍了膜法在上海某水厂饮用水处理的工程应用情况．项目采用浸没式超滤系统，膜产
品是热致相分离法生产的ＰＶＤＦ中空纤维膜，系统的产水量为７ ５００ｍ３／ｄ，膜的设计通量为
２５Ｌ／（ｍ２ｈ）．该系统连续运行了近两个月，膜的跨膜压差保持在２～３ｋＰａ，产水浊度小于０．０３
ＮＴＵ．反洗频率为１６次／天，反洗时间为９０ｓ，维护性清洗周期为１４天，吨水电耗为０．０２度．
工程实践证明，公司所研发的ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜产品，具有强度高、通量大、抗污染性能
好，性价比优于国内外同类产品，适合在市政饮用水深度处理中应用．
关键词：热致相分离；浸没式超滤；膜通量；产水浊度
中图分类号：ＴＱ０２８．８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０４－００９１－０３
超滤膜分离技术是当今进行饮用水净化，保障水质安全的重要新技术［１，２］．热致相分离法（简称热法，ＴＩＰＳ）制备的ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜，以高强度、高韧度、长寿命著称，是国际主流的水处理高端产品［３，４］．
通过制膜方法和工艺的创新，公司突破了热致相分离法制膜的传统工艺模式，采用了新的水溶性混合稀释剂的制膜体系，使成膜工艺发生了根本变革，从而突破了传统热法ＰＶＤＦ超滤膜产品成本居高不下的瓶颈，使高品质产品“平民化”，产品可以在市政饮用水行业大规模推广应用．
在上海某水厂，通过一年的中试验证，在产水量为３万ｍ３／ｄ的老水厂改造项目中，采用了此先进的热法ＰＶＤＦ膜产品，目前已连续稳定运行近两个月．
１ 超滤膜系统的水处理流程
工程采用浸没式超滤膜系统，其工艺流程如图１所示．总设计产水量为３万ｍ３／ｄ，分为４个膜池．单膜池的设计产水量７ ５００ｍ３／ｄ，设计膜通量２５Ｌ／（ｍ２·ｈ），所用膜的总面积为１２ ５００ｍ２．膜池进水浊度为６～７ＮＴＵ，要求产水浊度＜０．１ＮＴＵ．公司独立承担一个膜池的建设任务．
根据市政饮用水处理工艺的特点所设计及生产的膜组件，如图２所示．膜组件型式为帘式，帘式膜组件具有高度集成化的特点，便于大规模应用．组件型号：ＩＭＥＭ－ＳＭＦ－Ｃ－Ｉ，产水管中心距１ ８００ｍｍ，膜帘宽度７２０ｍｍ，膜丝直径Ф１．２ｍｍ，装填面积３５ｍ２，膜材料为ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜，是采用热致相分离方法生产的．膜断面为三维互穿网络，非对称型孔结构，膜外表面的平均孔径为３０ｎｍ．可以看出该膜具有密度梯度孔结构，膜外表面孔径最小，外壁边缘孔致密，孔径较小，从外向内孔径逐渐增大，内表面孔径最大．膜的强度高，韧性好，水通量大，截留特性好，有优良的抗污染能力．
收稿日期：２０１３－１０－１１；修改稿收到日期：２０１３－１１－２０
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项“饮用水处理用ＰＶＤＦ膜组件及装备产业化”课题（２０１１ＺＸ０７４２８－００１）；膜华科技－上海徐泾水厂合作项目
第一作者简介：甄宗晴（１９８２－），男，江苏沛县人，硕士，工程师，主要从事水处理和膜分离的应用研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｚ－ｏｎｇｑｉｎｇ＠ｍａｉｌ．ｍｏｈｕａ．ｎｅｔ
·９２
·膜 科 学 与 技 术第３４卷
２ 运行结果与讨论
膜系统产水采用泵抽吸和虹吸两种操作方式．在虹吸满足产水需求时，采用虹吸产水；在冬天温度较低虹吸不能满足产水需求时，采用泵抽吸产水．本系统投入正常使用后，一直采用虹吸产水，使系统运行能耗保持较低水平．
系统的运行条件是：产水周期为１．５ｈ，在一个产水周期内包括气水反洗及曝气；反洗频率１６次／天，反洗时间是９０ｓ；曝气频率４８次／天，曝气时间为６０ｓ；维护性清洗周期１４天．
项目建成调试完成后，已经连续运行近两个月，膜系统运行稳定，产水质量优良．
２．１ 产水量与跨膜压差的相关性
跨膜压差是指膜两侧（即产水侧和原水侧）压力差的平均值，是膜过滤所需动力的体现．跨膜压差的大小决定了系统运行能耗的高低，是自来水厂需要重点监测的参数．图３表示系统的产水量与跨膜压差之间的关系，图中所示数据为维护性清洗后所测得的数据．在设计产水量３１３ｍ３／ｈ的条件下运行时，跨膜压差约为２．７ｋＰａ；在产水量４５０ｍ３／ｈ条件下运行时，跨膜压差为４．６ｋＰａ，可见膜的操作压力很低
．
图３ 产水量与跨膜压差关系图
Ｆｉｇ．３ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
２．２跨膜压差随时间的变化关系
膜系统实际运行过程中，通过ＰＬＣ自动控制电
第４期甄宗晴等：ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜在市政自来水深度处理中的应用·９３
· 动阀的开度以实现控制虹吸时的产水量．图４表示
水厂设定的平均产水量为２００ｍ３
／ｈ时，
运行近两个月中，跨膜压差稳定在２～４ｋＰａ之间．运行表明，在一个恢复性清洗周期内，跨膜压差始终维持在较低水平，说明膜的污染程度较轻
．
图４ 跨膜压差与运行时间关系图Ｆｉｇ．４ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅａｎｄ ｔｈｅ ｒｕｎ
ｔｉｍｅ２．３ 产水浊度随时间的变化关系
膜系统的进水和产水浊度由哈希在线浊度仪（型号：１７２０Ｅ）进行实时测试．图５表示浊度随时间的变化．进水浊度在６～７ＮＴＵ变化，产水浊度非常稳定，在０．０２～０．０３ＮＴＵ，说明热法ＰＶＤＦ超滤膜具有良好且稳定的截留性能
．
图５ 浊度与运行时间关系图
Ｆｉｇ．５ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ
ａｎｄ ｔｈｅ ｒｕｎ ｔｉｍｅ２．４ 膜系统的能耗
由于膜系统产水采用虹吸，节省了膜过滤过程的电耗，
根据反洗及曝气消耗的电能进行计算，吨水的电耗为０．０２度，
系统能耗较低．３ 结论
工程运行实践表明，热法ＰＶＤＦ中空纤维超滤膜产品，膜丝强度高，韧性好，水通量大，截留特性好，有优良的抗污染能力，最适合在市政饮用水深度处理中运用．
膜在设计产水量３１３ｍ３
／ｈ条件下运行时，跨膜压差约为２．７ｋＰａ；在产水量４５０ｍ３
／ｈ条件下运行时，跨膜压差为４．６ｋＰａ．在产水量为２００ｍ３
／ｈ，
运行近两个月，跨膜压差维持在２～３ｋＰａ
；跨膜压差始终维持在较低水平，膜的污染程度较轻．在进水浊
度６～７ＮＴＵ时，产水浊度为０．０２～０．０３ＮＴＵ，热法ＰＶＤＦ超滤膜具有良好且稳定的截留性能．
膜的反洗频率１６次／天，反洗时间是９０ｓ；曝气频率４８次／天，曝气时间为６０ｓ；维护性清洗周期１４天．在产水进行虹吸操作条件下，系统电耗为０．０２度．参考文献：
［１］Ｐｉｅｒｒｅ Ｃ，Ｄｉａｎａ Ｍ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｉｍｍｅｒｓｅｄ
ｍｅｍ－ｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ：ｃａｓｅ ｓｔｕｄｉｅｓ［Ｊ］．Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，１９９８，１１７：１８１－１８８．［２］许振良．膜法水处理技术［Ｍ］．
北京：化学工业出版社，２００１：１６－１７．
［３］Ｃｈａｎ Ｐｈｉｌｉｐ
Ｋ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ ｐｏｌｙ－ｍｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｌｌ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ，２００６，１４（１）：４１．
［４］Ｍａｓｔｓｕｙ
ｕａｍａ Ｈ，Ｍａｋｉ Ｔ，Ｔｅｒａｍｏｔｏ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｎ ｐ
ｏｒｏｕｓ ｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＭｅｍｂｒ
Ｓｃｉ，２００２，２０４：３２３－３２８．（下转第１０７页檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼
）ＥＤＳ脱盐会议将在葡萄牙召开
２０１４年９月２１～２６日，在葡萄牙里斯本２０１４国际水协（ＩＷＡ）世界大会及展览会上，欧洲脱盐协会（ＥＤＳ）与国际水协（ＩＷＡ）将共同主办一个脱盐和中水回用分会场．同时，脱盐和中水回用也将是本次ＩＷＡ世界大会的主要议题之一．报名参加这个脱盐和中水回用分会场会议，不仅可以在展会上以９００欧元的价格得到一个３平方米的展位（原价１ ６０５欧元），而且还可获得ＩＷＡ注册费５０％的折扣优惠．
联系方式：Ｍｉｒｉａｍ Ｂａｌａｂａｎ（ＥＤＳ）：ｂａｌａｂａｎｍｉｒｉａｍ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ；Ｒｏｙ
Ａｇｔｅｒｂｏｓ（ＩＷＡ）：ｒａ＠ｍａｔｃｈｐｌｕｓ．ｎｌ（亚太脱盐协会秘书处 宋瀚文供稿）
第４期张勇跃等：介孔分子筛膜的制备及应用·１０７
· Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ
ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｙｕｅ，ＨＵＡＮＧ Ｗｅｉ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｄｏｎｇ＊
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ａｎｄＳｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｅｍｅｒｇｉｎｇｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｔｕｄｙ．Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｎｒｉｃｈｅｓ ｔｈｅ ｃａｔｅｇｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｂｒｏａｄｅｎｅｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ，ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ，ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｍａｉｎｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｏｏｒ ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅｍｅｍｂｒａｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｉｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｌｌ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｎｅｗ ｈｏｔｓｐｏｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ；ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｍｏｓｔａ－
ｒｏｗｔｈ
ｂｉｌｉｔｙ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｇ
檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼（上接第９３页）
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶＤＦ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ
ｉｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ
———Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ａ ｗａｔｅｒ ｆａｃｔｏｒｙ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ
ＺＨＥＮ Ｚｏｎｇｑｉｎｇ，ＸＩ Ｓｈａｏｆｅｎｇ
（Ｓｕｚｈｏｕ Ｍｏｈｕａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ａ ｗａｔｅｒ ｆａｃｔｏｒｙ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＰＶＤＦ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｖｉａｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ７ ５００ｍ３／ｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｌｕｘ ｏｆ ２５Ｌ／（ｍ２·ｈ）．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ５０ｄａｙｓ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ２～３ｋＰａ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｏｆｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ０．０３ＮＴＵ．Ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｗａｓ １６ｔｉｍｅｓ ｐｅｒ ｄａｙ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ｗａｓ９０ｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ｗａｓ １４ｄ．Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｐｅｒ ｔｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ０．０２ｋＷｈ．Ｔｈｅ ｆａｃｔ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｐａｎｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ＰＶＤＦ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌａｒｇｅ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｈｉｇｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｒｉｃｅ ｒａｔｉｏｔｈａｎ ｆｏｒｅｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｌｕｘ；ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｏｆｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｗａｔｅｒ
中空纤维超滤膜分离 实验指导书 膜分离技术是近几十年迅速发展起来的一类新型分离技术。膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质与溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离法可用于液相和气相。对于液相分离可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。膜分离包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。膜分离过程具有无相态变化、设备简单、分离效率高、占地面积小、操作方便、能耗少、适应性强等优点。目前，在海水淡化、食品加工工业的浓缩分离、工业超纯水制备、工业废水处理等领域的应用越来越多。超过滤是膜分离技术的一个重要分支，通过实验掌握这项技术具有重要的意义。 （一）实验目的 1. 了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程； 2. 了解膜分离技术的特点； 3. 培养学生的实验操作技能。 （二）超滤膜分离的基本原理 通常，以压力差位推动力的液相膜分离方法有反渗透、纳滤、超滤和微滤等方法。对于超滤而言，一种被广泛用来形象地分析超滤膜分离机理的说法是“筛分”理论。该理论认为，膜表面具有无数微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。最简单的超滤器的工作原理如下：在一定的压力作用下，当含有高分子和低分子溶质的混合溶液通过被支撑的超滤膜表面时，溶剂（如水）和低分子溶质（如无机盐类）将透过超滤膜，作为透过物被搜集起来；高分子溶质（如有机胶体）则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。应当指出的是，若超滤完全用“筛分”的概念来解释，则会非常含糊。在有些情况下，似乎孔径大小是物料分离的唯一支配因素；但对有些情况，超滤膜材料表面的化学特性却起到了决定性的
中空纤维超滤膜装置 使用说明书 济宁市鲁源水处理有限公司
一、超滤工作原理 超滤膜工作原理 超滤是一种膜分离技术，是以膜两侧压力差为驱动力，机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程。超滤的过滤孔径在0.002?0.1μm，截留分子量在30000?100000 道尔顿。过滤时小分子溶质和溶剂可以透过膜的微孔，而大分子溶质不能透过，被截留在膜的一边，从而实现物质的分离。 二、超滤的特点及主要技术指标 1、超滤的特点 ⑴膜的化学材料 UFIA（B）系列超滤膜组件的膜材质为亲水性聚醚砜，这种材质化学稳定性优异，强度高，亲水性好，耐污染性强，耐酸碱性范围PH2?13。 ⑵膜微孔结构和孔径UFIA（B）系列超滤膜的中空断面为海绵状多孔结构，内表面为致密的分离层，外表面为支撑层。这种结构使得超滤
产水水质更优。膜的截留分子量为50000 道尔顿。 中空纤维超滤膜电镜照片 ⑶超滤膜组件结构 中空纤维超滤膜组件有内压式和外压式两种操作方式，外压式的进水流道是膜丝之间，内压式的进水流道是中空纤维内腔，UFIA（B）系列膜组件为内压式超滤膜。 2、膜天超滤的主要技术指标 ⑴、材质：聚醚砜 ⑵、工作压力：≤0.25MPａ ⑶、工作温度：≤45℃ ⑷、pH 范围：2～13 ⑸、操作模式：内压式 ⑹、最大进水压力：≤0.3 MPａ ⑺、最大跨膜压差：≤0.15 MPａ ⑻、最大反洗压力：≤0.2 MPａ
⑼、反洗水通量：100~150L/m2h ⑽、化学清洗试剂：柠檬酸，氢氧化钠，次氯酸钠 3、超滤进水水质要求 为防止不良水质进入超滤膜组件而对膜组件产生严重污堵，对进入超滤膜组件的水应满足以下要求： ⑴、浊度：≤10NTU ⑵、颗粒物直径：＜0.5mm ⑶、铁离子：＜0.5mg/L ⑷、CODcr：＜20mg/L ⑸、pH 范围：2?13 ⑹、有机溶剂：不得含有醇、酮、苯等有机溶剂 ⑺、瞬时余氯耐受量：300ppm 注： ①当水中含油、有机物、氧化性物质（余氯、O3、H2O2 等）、表面活性剂、消泡剂时，请与我公司技术支持部联系，在技术工程师指导下使用。 ②当系统预处理中采用絮凝工艺，要进行杯试并严格控制絮凝剂量，絮凝剂量过多或过少都将对膜产生污染影响膜的透水通量。 ③进水有藻类、微生物时，要加入15?50mg/l 杀菌剂，防止藻类或微生物滋生和污染膜。 三、一般超滤系统的设计 1 超滤系统配置
收稿日期：2009-03-27 *通讯联系人：侯海鸽，E-mail ：houhaige@https://www.doczj.com/doc/e41130524.html, 作者简介：刘春涛（1972-），女，黑龙江省宾县人，讲师，博士，主要研究方向为环境污染控制技术。 前言 近年来，PVDF 超滤膜因其具有力学性能优良、韧性好、化学稳定性好、不易被酸碱腐蚀等优点而备受到人们青睐[1]。PVDF 超滤膜大多采用相转化法制备，工艺简单,操作方便。但PVDF 超滤膜在使用过程中仍存在一些问题，较强的疏水性易使膜孔阻塞、使膜体受到污染，膜清洗困难[2]。因此提高PVDF 膜的亲水性能，防止膜污染对于PVDF 膜的进一步的推广与应用显得尤为重要。本文从相转化法制备的影响因素以及膜改性两方面对PVDF 超滤膜的研究进展进行综述。 1PVDF 超滤膜的相转化制备方法 相转化法是制备有机高分子超滤膜的常用方法。制备PVDF 超滤膜时，将PVDF 溶于溶剂中，制成聚合物溶液，刮涂在适当的支撑体上，然后浸入非溶剂中，由于溶剂与非溶剂的传质交换，实现两 相分离。膜的结构是由传质和相分离两者共同决定的，溶剂和非溶剂的选择是影响膜结构的重要因素。1.1溶剂的选择 PVDF 可溶于强极性的溶剂中，如：DMF 、TEP 、NMP 、DMSO 等。研究表明，溶剂不同会导致不同的膜孔结构。Dar-Jong Lin [3]等采用TEP 为溶剂制备PVDF 超滤膜，电镜观察结果表明，膜的横截面呈双罗纹结构。M ei Zhang [4]等通过采用DM SO 为溶剂得到内部呈指状孔结构的PVDF 超滤膜。A.Bottino [5]等分别选用DM F 、NM P 为溶剂制成PVDF 超滤膜，研究发现，以NMP 、TEP 和DMF 为溶剂的膜，孔结构为非对称，而以TEP 为溶剂的膜表面呈现不同的孔径和形态。溶剂的选择导致膜孔结构的不同，主要是由于溶剂与非溶剂亲和力不同，若亲和力较强，则会呈现指状孔结构；若亲和力较弱，则易呈现海绵状结构[6]。1.2 非溶剂的选择 非溶剂的种类和温度均会对PVDF 超滤膜的结 PVDF 超滤膜相转化制备方法及其改性的研究进展 刘春涛，金政，侯海鸽*，孙雍荣，文磊 （黑龙江大学化学化工与材料学院，黑龙江，哈尔滨150080） 摘要：主要综述了聚偏氟乙烯（PVDF ）超滤膜在相转化制备方法和改性两个方面的最新研究进展。在相转化制备方法中，重点介绍了溶剂和非溶剂的选择对膜孔结构的影响；在PVDF 超滤膜改性方面，从膜本体和膜表面两个角度进行了介绍，本体改性包括共混改性和共聚改性，表面改性包括辐照接枝改性和低温等离子体改性，共混改性是今后改性的主要发展方向。并结合国内外相关文献，简要介绍了PVDF 超滤膜作为一种新技术在水处理中的应用。 关键词：聚偏氟乙烯；超滤膜；制备；改性中图分类号：TQ 325.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0017(2009)06-0054-04 Research progress in PVDF Ultrafiltration Membranes Prepared by phase Inversion Method and Their Modifications LIU Chun-tao,JIN Zheng ，HOU Hai-ge ，SUN Yong-rong and WEN Lei (College of Chemistry and Materials Science,Heilongjiang University,Harbin 150080) Abstract:The newly research progress of poly (vinylidene)fluoride (PVDF)membrane in preparation and modification is reviewed.The research focuses on the effects of solvents and non-solvents on the pore and structure of PVDF membranes by phase inversion.The modification methods of PVDF ultrafiltration membranes including substance modification and surface modification are introduced.The substance modification method includ －ed physical blending and copolymerization,the surface modification included radiation induced grafting and low-temperature plasma.It was evident that physical blending was the main trend of modification of PVDF ultrafiltration membrane.The PVDF ultrafiltration membrane as a new technique in water treatment application is introduced briefly. Key words:PVDF;ultrafiltration membrane;preparation;modification
中空纤维膜的制备及性能测试 1.1 实验目的 1.了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程； 2.掌握制备中空纤维超滤膜的基本原理及实验操作技术； 3.掌握用于中空纤维膜结构调控的方法。 1.2 实验原理 中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和干法。本实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和成孔剂组成的铸膜液用氮气将釜中料液压出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。 图1 喷丝头断面结构示意图 （a）插入管式；（b）插入柱式；（ｃ）异形喷丝板膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。主要的工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。 1.3 实验原料和设备 1. 原料： （1）NMP PVDF PEG6000 吐温-80 (2)实验步骤：将116gNMP加入三口烧瓶只中，等溶剂温度到达60°C时
加入PVDF36g，等PVDF全部溶解后，再加入PEG6000 38g，加热至 70°C，待其溶解后加入吐温-80 10g在70°C恒温加热搅拌9-10小时。 待其冷却后倒出待用。 2. 设备： 中空纤维膜纺丝机一台（图2所示），包括如下附件：计量泵（规格为1.2 ml/r），喷丝头，氮气钢瓶等。 1.4 实验过程 1. 准备工作：根据膜的结构要求确定膜制备工艺参数，包括聚合物浓度， 2. 膜制备过程：适当旋松搅拌轴压盖→在溶解釜加料口加入应加溶剂的3/4 →打开总电源→开动搅拌→溶解釜开始升温→加入聚合物→加入成孔剂→加入剩余1/4溶剂→在60℃搅拌溶解8~10小时→溶解完成后关闭搅拌→静置脱泡12~20小时→脱泡完成后旋紧搅拌轴压盖→通入0.3~0.5 MPa 氮气→打开过滤器阀门（泵座在纺丝前预热0.5小时以上）→开启计量泵（鹅颈管开口向上）→待挤出物料基本没气泡时关闭计量泵→安装喷丝头→开启芯液阀门→开启计量泵→用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽并自另一端引出→卷绕→切割。 图2 干-湿法制备中空纤维膜示意图: (I) 料液釜, (II) 芯液釜
美国碧菲超滤膜 1.公司介绍 美国碧菲科技集团是世界领先的膜分离技术公司，为全球客户提供高性能、长寿命、超稳定的膜产品和系统，凭借其先进的技术和对行业的深度了解为客户提供经济、节能的系统解决方案。 碧菲以膜分离技术为核心，以最节能的方式生产清洁的空气和水，为全球带来健康美好的生活。 ◆1997年，碧菲团队在美国德克萨斯州休斯敦市建立科研中心，针对日趋恶化的 大气环境和水环境提出独特的膜分离净化解决方案 ◆生产和供应30多种膜产品和技术 ◆客户已遍布美国、加拿大、日本、新加坡的主要工业地区 ◆碧菲的产品与技术广泛服务于与人类健康生活密切相关的领域 发电机氢冷增效膜蒸馏海水淡化 烟气除尘工业废水处理 垃圾焚烧的气体净化市政中水回用 2.碧菲超滤技术 超滤是一种膜分离技术，是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.01-0.3 MPa，筛分孔径从 0.002-0.1μm，截留分子量为 1000-500,000 道尔顿左右。近 30 年来，超滤技 术的发展极为迅速，不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用，而且在工业给水方面也用得越来越多。例如在海水淡化、纯水及高纯水的制备中，超滤可作为预处理设备，确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行。在食品饮料、矿泉水生产中，超滤也发挥了重要作用，因为超滤仅去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质，而保留了对人体健康有益的矿物质。 碧菲公司一直关注超滤膜运行的可靠性，针对聚偏氟乙烯膜材料的特点，碧菲的聚偏氟乙烯系列产品不仅保持了偏氟材料本征的化学稳定性以及柔韧性方面的优势，而且采用多项独特技术扬长补短，使当前推向市场的聚偏氟乙烯外压
中空纤维超滤膜应用指南 一、超滤的基本概述 超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。 二、超滤膜组件的基本类型 目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。
各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。 三、超滤膜的超滤特性 在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。 膜过滤谱图 超滤的定义域为截留分子量500～500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.002μ～0.1μ。截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。简单的理解，超滤膜如同筛子，在一定压力（0.1～0.6MPa）下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液的净化、分离和浓缩。 超滤过程有如下特点：
（1）超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/2～1/5； （2）设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施； （3）超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理； （4）溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理； （5）适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收； （6）能将不同分子量的物质分级分离； （7）超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。 由以上分离特性可知，超滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。 四、超滤技术的特性参数
中空纤维超滤膜的制备 一、实验概述 超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大。例如聚砜中空纤维超滤膜，聚砜膜由于具有良好的渗透性、耐温性、耐溶剂性及良好的机械性能等优点，得到广泛的应用，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术 二、实验目的 1.了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程； 2.掌握制备中空纤维超滤膜的基本原理及实验操作技术 3.掌握用于中空纤维膜结构调控的方法。 三、超滤膜的原理。 中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和干法。本实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和成孔剂组成的铸膜液用氮气将釜中料液压出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。 超滤膜筛分过程，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
不同污染物的药洗药剂 常用的膜一般是由乙酸纤维或硝酸纤维或此二者的混合物制成。近来为适应制药和食品工业上灭菌的需要，发展了非纤维型的各向膜，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。这种膜在pH 1～14都是稳定的，且能在90℃下正常工作。超滤膜通常是比较稳定的，若使用恰当，能连续用1～2年。暂时不用，可浸在1%甲醛溶液或0.2%NaN3中保存。超滤膜的基本性能指标主要有：水通量[cm3/(cm2?h)]；截留率（以百分率%表示）；化学物理稳定性（包括机械强度）等。 超滤组件要轻拿轻放，并注意保护，由于超滤组件是精密器材，所以在使用安装时要小心，要轻拿轻放，更不能甩坏。组件若停用，要先用清水冲洗干净后，加0.5%甲醛水溶液进行消毒灭菌，并密封好。如冬天组件还要进行防冻处理，否则组件可能报废。 配套设备 (1)增压泵超滤膜以力差为推动力进行过滤，当原水的水压不能满足过滤需求时，系统需要 增加泵加压，以实现超滤膜分离作用，由于超滤膜的工作压力较低，一般小于O·7MPa，故在系统设计时，一般选用离心泵，选择离心泵的主要依据是扬程、流量、泵体材质，其次是泵的体积大小、外观造型和价格等。 ①扬程和流量的选择根据超滤系统设计中所需要的进水工作压力，跨膜压差和通水流量，来选择泵的扬程和流量。一般选择水泵的扬程和流量应当等于或略大于设计供水量和工作压力，以满足超滤系统的正常运行。 ②泵体材质的选择根据原水水质的情况来选择合适的泵体材质以减少投资成本，其材质不能与原水中的成分产生任何反应，也不能有溶解现象。当原水的pH值为6．5～8．5时可选用铸铁泵体；当原水为海水时，应选耐海水腐蚀的塑料泵体；医药和食品工业水处理却一般选择使用不锈钢泵体。 化学清洗泵一般选择耐化学药剂的泵体。
浅谈超滤的应用研究进展 摘要：超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位）、粒径大于2～20纳米的颗粒。本文将就超滤膜的制备（着重介绍相转化法制备PVDF超滤膜）、应用、膜污染控制、发展前景等方面进行简要的研究。 1、引言 超滤膜技术是一种把溶液滤过分离和浓缩的膜透过分离技术，属于微透过和略透过。超滤膜不仅可以滤过颗粒物质及胶体物质，也对两虫藻类细菌病毒和水生物起到滤过作用，这样达到溶液的净化分离与浓缩的目的与传统工艺相比，超滤膜技术在处理污水方面具有损耗低使用压力低分离效率高滤过量大可回收再利用的优点，所以可以广泛用于净化饮用水回收生活污水回收含油废水回收纸浆废水，海水淡化等。 超滤膜分离的基本原理为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。 其基本特点有： ①有效去除水中杂质，滤过的水质远远好过传统滤过水； ②避免大量化学制剂的使用，也减少了再次污染； ③滤过系统属自动化设施，操作简单，设备简易，安全性能高； ④超滤膜技术有耐酸耐碱耐水解的化学性能，其稳定性决定它适合各种领域，能在较宽的PH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像处理工业废水； ⑤超滤膜技术具有耐高温的特点，可达140℃，所以可以用高温蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒 ⑥超滤膜技术过滤精细，可去除水中99.99%的胶体细菌悬浮物等有害物质； 超滤膜技术价格低廉，与传统的水处理系统费用相当，污水经处理后，又重新利用，从而节省了成本。 2、超滤膜的制备方法
中空纤维超滤膜 一超滤的基本概述 超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。 二、超滤膜组件的基本类型 目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。 各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。 三、超滤膜的超滤特性 在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。超滤的定义域为截留分子量500～500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.002μ～0.1μ。截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。简单的理解，超
滤膜如同筛子，在一定压力（0.1～0.6mpa）下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液的净化、分离和浓缩。超滤过程有如下特点： （1）超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/2～1/5； （2）设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施；（3）超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理； （4）溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理； （5）适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收； （6）能将不同分子量的物质分级分离； （7）超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。由以上分离特性可知，超滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。产品结构 超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其
第二章聚砜中空纤维超滤膜的制备 中空纤维具有装填密度大、耐压性能好、设备小型化、结构简单化、成本低、 易维护等优点，因此受到人们的广泛关注。而复合超滤膜因在较低的操作压力下同时具有较高的截留率和水通量，日益受到人们的重视，近年来成为分离膜领域的一个研究热点［28］。由于聚砜原料价廉易得，制膜简单，有良好的机械强度和抗压密性，有良好的化学稳定性，且能抗生物降解，目前被广泛地用于超滤膜和复合用多孔支撑膜的制作。本实验纺制聚砜（PSF）中空纤维超滤膜为基膜，通过界面聚合法制备高性能的纳滤复合膜。 2.1实验试剂、仪器与评价装置 2.1.1主要实验试剂 表2-1中所列为实验中用到的主要实验试剂。 表2-1主要实验试剂 Tab.2-1 Main experime ntal age nts 材料名称规格生产厂家聚砜（PSF）工业纯大连聚砜塑料有限公司 N、N-二甲基乙酰胺工业品师授 氯化钠化学纯天津市塘沽化学试剂厂 六水硫酸镁分析纯天津市化学试剂一厂 正庚烷分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司 六水哌嗪分析纯上海天莲精细化工有限公司均苯二甲酰氯分析纯北京奥得赛化学有限公司 聚乙二醇(PEG 20000) 分析纯北京奥得赛化学有限公司
2.1.2 主要实验仪器 表2-2中所列为实验中用到的主要实验仪器。 表2-2主要实验仪器 Tab.2-2 Main experime ntal apparatus 仪器名称规格型号生产厂家 电导率仪MC226 型梅特勒-托利多仪器公司 pH计PHS225 型上海雷磁仪器厂 电子天平JA3003 天津天马仪器厂721分光光度计- 上海第三分析仪器厂 外径千分尺- 上海衡器量器厂 电热真空干燥箱DZG -403 天津天宇实验仪器有限公司 电热恒温干燥箱HXG- 550A 型连云港医疗器械设备厂 电磁空气压缩机ACO -016 型浙江森森实业有限公司 微型高压隔膜泵P-125 型上海磁力泵业有限公司纺丝机- 天津工业大学制 2.2中空纤维超滤膜的纺制 1）将聚砜放入真空干燥箱中在110度左右充分干燥后取出备用。 2）用天平称取干燥好的聚砜400克，聚乙二醇（20000）160克，N,N-二甲基乙酰胺1540毫升放入纺丝机料罐中，用扳手将进料口完全拧紧。在65 C的温度下充分加热搅拌8h。 3）搅拌完成后静置，继续加热使其脱泡，待脱泡完全时，便可停止加热。静置一夜，待用。 4）接通纺丝机电源，将罐加热温度调到50°C，计量泵加热温度调到50°C，管道加热也调到50C，水浴温度调到30C，以便铸膜液在装置中流动时在各处的温差都不大。将计量泵转速调到26.8 r/min，卷绕速度调到22.00 r/min。在芯液罐中加入超滤水，待用。 5）当纺丝机温度升到50C并且稳定后，像料液罐中通入氮气加压至0.2 MPa，芯液罐中也通入氮气加压至0.05MPa，使其成线状流出，然后打开泵使其运转。调整需要考察的工艺参数，纺制出该条件下的丝，分组，编号。 6）最后当机器运转时，将从喷丝板上喷出的丝经由水浴槽水浴后绕到转桶上，待实验结束后，用刀片将绕在转桶上的丝割断后取下。
第三章中空纤维超滤膜的制备与性能测试 1中空纤维膜的制备 1.1 实验目的 1.了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程； 2.掌握制备中空纤维超滤膜的基本原理及实验操作技术； 3.掌握用于中空纤维膜结构调控的方法。 1.2 实验原理 中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和干法。本实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和成孔剂组成的铸膜液用氮气将釜中料液压出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。 图1 喷丝头断面结构示意图 （a）插入管式；（b）插入柱式；（ｃ）异形喷丝板膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。主要的工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。 1.3 实验原料和设备 1. 原料：
（1）工业级聚砜或聚醚砜；聚乙二醇（工业级，相对分子质量20000）；N,N-二甲基乙酰胺（工业级）；甘油（工业级）。 2. 设备： 中空纤维膜纺丝机一台（图2所示），包括如下附件：计量泵（规格为1.2 ml/r），喷丝头，氮气钢瓶等。 1.4 实验过程 1. 准备工作：根据膜的结构要求确定膜制备工艺参数，包括聚合物浓度， 2. 膜制备过程：适当旋松搅拌轴压盖→在溶解釜加料口加入应加溶剂的3/4 →打开总电源→开动搅拌→溶解釜开始升温→加入聚合物→加入成孔剂→加入剩余1/4溶剂→在60℃搅拌溶解8~10小时→溶解完成后关闭搅拌→静置脱泡12~20小时→脱泡完成后旋紧搅拌轴压盖→通入0.3~0.5 MPa 氮气→打开过滤器阀门（泵座在纺丝前预热0.5小时以上）→开启计量泵（鹅颈管开口向上）→待挤出物料基本没气泡时关闭计量泵→安装喷丝头→开启芯液阀门→开启计量泵→用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽并自另一端引出→卷绕→切割。 图2 干-湿法制备中空纤维膜示意图: (I) 料液釜, (II) 芯液釜
中空纤维超滤膜性能比较一览 摘要：本文集中对目前市场上的进口中空纤维超滤膜的性能做了详细比较，列举各种超滤膜在设计使用过程中的注意要点，为各工程公司进行超滤系统设计提供技术参考。 关键词：超滤，产水量，截留分子量，膜材料，膜面积 一．中空纤维超滤膜技术的发展 超滤（简称UF）膜分离技术是近年发展起来的分子水平的高新分离技术。膜孔径在0.01－0.001μm，截留分子量可分为10万、5万、2万、6千等。比常见细菌的分子量小百余倍，可将细菌、菌尸、细菌碎片、病毒、与细菌大小相仿的微小悬浮物、胶体、热源等近100％地截留。超滤装置是水质高效、高精度的净化设备，滤后水质清澈味甘，可直接生饮。超滤装置具有设备简单，操作方便，能耗低，效率高，无污染等优点。超滤装置在水处理行业中得到广泛应用。并可用于化工分离、医药提纯、食品加工、酱油、醋、酒类及饮料的过滤净化。 超滤是一种以压力作为推动力的膜法物理分离技术。一般采用全量过滤、错流过滤方式，物料以流动的方式流过膜的一侧，当给物料加以一定的压力后，净化液即透过膜从膜的另一侧流出，从而达到净化的目的。 世界主要中空纤维超滤膜商业化产品发展历程： 1974 –Romicon (Koch) 公司发明聚砜中空纤维膜。 1975 –Nitto Denko 公司取得聚砜中空纤维膜研制的巨大进展; 发展了海绵状膜结构。 1984 –Aquasource公司发明醋酸纤维素中空纤维膜;1988年首台大型市政用超滤装置在Anoncourt安装使用。 1985 –Memcor公司发明聚丙烯中空纤维微滤膜。 1986 –Xflow (Norit)公司发明聚醚砜/聚乙烯吡咯酮共混中空纤维超滤膜。1991 –Zenon公司提出了浸没式中空纤维膜应用方式。 1993 –Xflow公司发展水平放置膜组件的理念;1999年首台大型市政用超滤装置在Heemskerk安装使用。 1997 –Memcor公司推出聚偏氟乙烯中空纤维膜和浸没式超滤系统。 2000 –Hydranautics公司推出性能优良的亲水性聚醚砜中空纤维超滤膜。
PVDF中空纤维超滤膜介绍 1、超滤膜的优势： 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生活饮用水深度净化效果。超滤膜净化技术采用高精度纯物理的过滤原理，过滤精度为0.1～0.001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。截留水中的铁锈、微粒、细菌、胶体及部分有机物等，保持产水pH值不变，同时保留水中人体所需微量矿物质和微量溶解氧。如果再和活性炭组合使用，除去水中异味和有机物，则将是一组完美的结合产品。同时，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，废水排放少的特点，安全节能。另外，超滤膜过滤由于不需要用电加压，设备安装简单易行，产水通量大，无需储水桶等配套设备。最后，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。超滤膜是家用水处理器的最佳选择。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。 2、超滤膜工作原理：超滤膜是由起分离作用的一层极薄表皮层或较厚的起支撑作用的海绵状或指状多孔层组成，孔隙大小在0.1～0.001μm的选择性透过膜。超滤膜过滤技术是指利用具有选择透过能力的超滤薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为透过液，而较大分子溶质被膜截留，从而达到物质分离及浓缩的目的。与传统过滤的不同在于，超滤膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相变化和化学变化，适应性强。 3、超滤膜分类 超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。 无机膜中，陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长，耐腐蚀，但出水有土味，影响口感。同时陶瓷膜易堵塞，清洗不易。中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。目前，市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜，这证明了中空纤维膜的广泛应用前景，是大家公认的好滤材。 4、中空纤维超滤膜 中空纤维超滤膜的工作模式主要有外压式过滤和内压式过滤。外压式过滤是指原水从中空膜丝外侧经滤膜管壁过滤，形成透过液，从中空膜丝内侧流出。见下图。 1）外压式过滤形成的污垢层在中空纤维膜丝的外壁上，内压式过滤形成的污垢层在中空纤维膜丝的内壁上，在清洗膜丝污垢时，由于膜丝比较细，内孔小，滞留的污垢不易清洗。家用净水器通常以死端过滤模式（浓
中空纤维超滤膜是超滤膜的一种。它是超滤技术中最为成熟与先进的一种技术。中空纤维外径:0.5-2.0nm，内径:0.3-1.4nm，中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩水排除，不致堵塞膜表面，可长期连续运行。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一。 超滤技术是一种广泛用于水的净化，溶液分离、浓缩，以及从废水中提取有用物质，废水净化再利用领域的高新技术。特点是使用过程简单，不需加热，能源节约，低压运行，装置占地面积小。 下面陶氏净水器小编就给大家介绍一款超滤膜：合金PVC中空纤维超滤膜 过滤方式：内压式、外压式操作压力：≦0.3Mpa工作温度：5-45℃过滤精度：0.01微米截留分子量：6K-100KDalton孔径：0.7/1.4MM、1.0/1.8MM水通量：80-120L/H.㎡ 详细说明：PVC——聚氯乙烯PVC。产品特点：质量稳定，柔韧性好、不易断丝；过滤精度高，不易吸水、冲洗干净；耐强酸、耐强碱、寿命长。生产成本不高。PVC膜关键性能参数表项目PVC（聚氯乙烯） 密度（g/m3）1.15 抗张强度/mpa96 伸长率/%25—50 吸水率很低 耐强碱能力高 耐强酸能力高 PVC合金技术中空纤维超滤膜原材料来源广泛，是全球三大化工原料之一，质量性能异常稳定，膜丝的使用寿命、通量、强度和过滤精度等功能技术指标高于同类水平，拥有极高的性价比优势，在地表水、地下水、自来水、纯水前处理、轻度污染或达标排放的水源处理方面，是您最优的选择！
实验四中空纤维超滤膜分离 一实验目的 近十年来，膜技术发展迅速，已广泛应用于水处理、电子、食品、环保、化工、冶金、医药、生物、能源、石油、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。 目前常用膜分离过程包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）、渗透汽化（PV AP）、乳化液膜分离（ELM）等。按膜的结构分类有对称膜、非对称膜和液膜；按膜的材料分类有有机膜和无机膜。 中空纤维超滤膜分离广泛应用于双组分或多组分的溶质和溶剂的分离、分级、提纯与富集操作过程。该过程的特点是：处理对象无相态变化、节能、分离效率高、设备简单、占地面积小、操作方便等。 本实验通过对聚乙二醇水溶液进行超滤操作，截留水中的有机大分子来提纯水，达到以下的实验目的： （1）了解和熟悉超滤膜分离的主要工艺参数。 （2）了解液相膜分离技术的特点。 （3）培养并掌握超滤膜分离的实验操作技能。 二实验原理 超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程，其分离机理一般认为是机械筛分原理，其中超滤具有选择性分离的特点。 超滤过程见图3.2-1：在压力作用下，料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过超滤膜到达低压侧，从而得到透过液或称为超滤液，而尺寸比膜孔径大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。溶质在被膜截留的过程中有以下几种作用：1）在膜面的机械截留；2）在膜表面及微孔内吸附；3）膜孔的堵塞。不同的体系各种作用方式的影响也不同。 超滤的特点：1）属于压力驱动型膜分离过程；2）超滤膜的分离范围为相对分子量（MW）500—100000的大分子物质和胶体物质，相对应粒子的直径为0.005~0.1μm；3）分离机理一般认为是机械筛分原理；4）超滤膜的形态结构为不对称结构；5）膜组件的形式为板式、卷式、管式、毛细管式及中空纤维等几种形式；6）过滤的方式一般为错流过滤；7）操作压力低，一般不考虑渗透压的影响；8）易于工业化，应用范围广。超滤主要用于料液澄清，溶质的截留浓缩及溶质之间的分离。 原料液 浓缩液 超滤膜 超滤液
中空纤维超滤膜系统运行方法介绍 一、超滤膜的启用 1、排空残液 打开膜组件下部的阀门和最低位管道阀门，直到组件和管道内的保存液从膜管和管道内全部排出，然后关闭阀门。 2、净水冲洗 在化学清洗箱内注入适量净化水，关闭超滤器进口阀门和回流阀门，将排空阀门打开2/3，排空。打开滤出液排放阀门，再将回流出口阀门打开2/3，启动水泵，缓慢打开超滤进口阀门，调整超滤进口压力至0.05-0.1MPa，在此压力下冲洗15-30分钟，关闭水泵时，先缓慢关闭超滤进口阀门，再关泵。 3、中空纤维超滤膜碱液清洗 配制0.1N NaOH，倒入料桶内，关闭超滤进口阀门和出口排空阀门，将回流阀门打开2/3，打开滤出液通往料桶的阀门，关闭出口。启动水泵，缓慢打开进口阀门，调整进口压力至0.1Mpa左右。在此压力下循环清洗30分钟，关闭水泵时，先缓慢关闭进口阀门，再关机。 4、再用净水或纯水冲洗3次,直至洗脱到PH=7。 二、超滤膜装置的运行 1、料液的预处理 1)料液超滤前必须先用10-50微米预过滤处理。 2)料液的酸度一般应在PH 2--13的范围内。 3)料液温度一般应低于35℃，使用过程中应低于45℃。 2、将经过预处理的料液放入料桶 3、料液超滤运行操作：关闭超滤膜进口阀门和排空气阀门，将回流阀门打开2/3状态，全开透过液通往料液桶的阀门，关闭透过液出口阀门。启动水泵，缓慢开启超滤进口阀门，调整进口与回流使进膜压力到0.1MP左右。关闭水泵时，应全开回流阀门1-5分钟，然后缓慢关闭超滤进口阀门，再关泵。 4、除水处理用外，料液超滤处理后必须当天清洗并纯水保养。 三、超滤的清洗 按第一步1-4的步骤进行。 四、滤膜的保养 较长时间停止使用时，滤膜用0.1N碱清洗后，再用纯水清洗2-3次，然后用0.5%亚硫酸氢钠溶液循环后密封保存。
中空纤维超滤膜功能介绍以及完整性检测 1.膜分类 滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)，它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。 微滤能截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。 超滤能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子 物质和溶解性固体(无机盐)等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。 纳滤能截留纳米级(0.001微米)的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。 反渗透是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大 于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar。
2.超滤膜的种类及应用特点 超滤膜按结构来分主要用四种:板式膜，卷式膜，管式膜，中空纤维膜。 板式膜: 它是最早出现的膜，但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。前处理要求不严格; 卷式膜: 以板式膜为起点发展起来的，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。它们适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格。 管式膜: 因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。 中空纤维膜: 因为它压力低，通道无死点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体(如高含油、高固体含量等)外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。 3.超滤术语 3.1不对称膜:一种人工合成聚合中空纤维，由一层很紧，很薄内膜及自我支撑 的海绵状外层结构构成。这层内膜起着半透水超滤膜的作用。