| 過程原理 超過濾（簡稱超濾）和微孔過濾（簡稱微濾）也是以壓力差為推動力的膜分離過程，一般用于液相分離，也可用于氣相分離，比如空氣中細菌與微粒的去除。 超濾所用的膜為非對稱膜，其表面活性分離層平均孔徑約為10一200Å，能夠截留分子量為500以上的大分子與膠體微粒，所用操作壓差在0.1—0.5MPa。原料液在壓差作用下，其中溶劑透過膜上的微孔流到膜的低限側，為透過液，大分子物質或膠體微粒被膜截留，不能透過膜，從而實現原料液中大分子物質與膠體物質和溶劑的分離。超濾膜對大分子物質的截留機理主要是篩分作用，決定截留效果的主要是膜的表面活性層上孔的大小與形狀。除了篩分作用外，膜表面、微孔內的吸附和粒子在膜孔中的滯留也使大分子被截留。實踐證明，有的情況下，膜表面的物化性質對超濾分離有重要影響，因為超濾處理的是大分子溶液，溶液的滲透壓對過程有影響。從這一意義上說，它與反滲透類似。但是，由于溶質分子量大、滲透壓低，可以不考慮滲透壓的影響。 微濾所用的膜為微孔膜，平均孔徑0.02—10 ，能夠截留直徑0.05—10 的微粒或分子量大于100萬的高分子物質，操作壓差一般為0.01～0.2MPa。原料液在壓差作用下，其中水（溶劑）透過膜上的微孔流到膜的低壓側，為透過液，大于膜孔的微粒被截留，從而實現原料液中的微粒與溶劑的分離。微濾過程對微粒的截留機理是篩分作用，決定膜的分離效果是膜的物理結構，孔的形狀和大小。 超濾膜一般為非對稱膜，其制造方法與反滲透法類似。超濾膜的活性分離層上有無數不規則的小孔，且孔徑大小不一，很難確定其孔徑，也很難用孔徑去判斷其分離能力，故超濾膜的分離能力均用截留分子量來予以表述。定義能截留90％的物質的分子量為膜的截留分子量。工業產品一般均是用截留分子量方法表示其產品的分離能力，但用截留分子量表示膜性能亦不是的方法，因為除了分子大小以外，分子的結構形狀，剛性等對截留性能也有影響，顯然當分子量一定，剛性分子較之易變形的分子，球形和有側鏈的分子較之線性分子有更大的截留率。目前用作超濾膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素等。 微濾膜一般均為均勻的多孔膜，孔徑較大，可用多種方法測定，可直接用測得的孔徑來表示其膜孔的大小。 超濾、微濾和反滲透均是以壓差作為推動力的膜分離過程，它們組成了可以分離溶液中的離子、分子、固體微粒的這樣一個三級分離過程，其分工及范圍見圖10—14。根據所要分離物質的不同，選用不同的方法。但也需說明，這三種分離方法之間的分界并不十分嚴格。下表列出超濾、微濾和反滲透過程的原理和操作性能，以資比較。 過程與操作 與反滲透過程相似，微濾、超濾過程也必須克服濃差極化和膜孔堵塞帶來的影響。一般而言，超濾和微濾的膜孔堵塞問題十分嚴重，往往需要高壓反沖技術予以再生。因此在設計微濾、超濾過程時，除象設計反滲透過程一樣，注意膜面流速的選擇，料液的湍動、預處理以及膜的清洗等因素以外，尚需特別注意對膜的反沖洗以恢復膜的通量。 由于超濾過程膜通量遠高于反滲透過程，因此其濃差極化更為明顯，很容易在膜面形成一層凝膠層，此后膜通量將不再隨壓差增加而升高，這一滲透量稱之為臨界滲透通量。對于一定濃度的某種溶液而言，壓差達到一定值后滲透通量達到臨界值，所以實際操作應選在接近臨界滲透通量附近操作，此時壓差一般在0.4—0.6MPa，過高的壓力不僅無益而且有害。 超濾過程操作一般均呈錯流，即料液與膜面平行流動，料液流速影響著膜面邊界層的厚度，提高膜面流速有利于降低濃差極化影響，提高過濾通量，這與反滲透過程機理是類似的。 微濾過程以前大都采用折褶筒過濾，屬終端過濾，對于固相含量高的料液，近年來發展起來的錯流微濾技術的過濾過程類似于反滲透和超濾，設計時可以借鑒。 微濾、超濾過程的操作壓力、溫度以及料液預處理、膜清洗過程的原理與反滲透極為相似，但其操作過程亦有自己的特點。 超濾過程流程與反滲透類似，采用錯流操作，常用的操作模式有三種。 ⑴、單段間歇操作：如圖10—15所示，在超濾過程中，為了減輕濃差極化的影響，膜組件必需保持較高的料液流速，但膜的滲透通量較小，所以料液必需在膜組件中循環多次才能使料液濃縮到要求的程度，這是工業過濾裝置zui基本的特征。圖示兩種回路的區別在于閉式回路中料液從膜組件出來后不進料液槽而直接流至循環泵人口，這樣輸送大量循環液所需能量僅僅是克服料液流動系統的能量損失，而開式回路中的循環泵除了需提供料液流動系統的能量損失外，還必需提供超濾所需的推動力即壓差，所以閉式回路的能耗低。 間歇操作適用于實驗室或小規模間歇生產產品的處理。 ⑵、單段連續操作：如圖10—16所示，與間歇操作相比，其特點是超濾過程始終處于接近濃縮液的濃度下進行，因此滲透量與截留率均較低，為了克服此缺點，可采用多段連續操作。 ⑶、多段連續操作：如圖10—17所示，各段循環液的濃度依次升高，zui后一段引出濃縮液，因此前面幾段中料液可以在較低的濃度下操作。這種連續多段操作適用于大規模工業生產。 應用 1）、超濾的應用 超濾技術廣泛用于微粒的脫除，包括細菌、病毒、熱源和其它異物的除去，在食品工業、電子工業、水處理工程、醫藥、化工等領域已經獲得廣泛的應用，并在快速發展著。 在水處理領域中，超濾技術可以除去水中的細菌、病毒、熱源和其它膠體物質，因此用于制取電子工業超純水、醫藥工業中的注射劑、各種工業用水的凈化以及飲用水的凈化。 在食品工業中，乳制品、果汁、酒、調味品等生產中逐步采用超濾技術，如牛奶或乳清中蛋白和低分子量的乳糖與水的分離，果汁澄清和去菌消毒，酒中有色蛋白、多糖及其它膠體雜質的去除等，醬油、醋中細菌的脫除，較傳統方法顯示出經濟、可*、保證質量等優點。 在醫藥和生物化工生產中，常需要對熱敏性物質進行分離提純，超濾技術對此顯示其突出的優點。用超濾來分離濃縮生物活性物（如酶、病毒、核酸、特殊蛋白等）是相當合適的從動、植物中提取的藥物（如生物堿、荷爾蒙等），其提取液中常有大分子或固體物質，很多情況下可以用超濾來分離，使產品質量得到提高。 在廢水處理領域，超濾技術用于電鍍過程淋洗水的處理是成功的例子之一。在汽車和家具等金屬制品的生產過程中，用電泳法將涂料沉積到金屬表面上后，必需用清水將產品上吸著的電鍍液洗掉。洗滌得到含涂料1～2％的淋洗廢水，用超濾裝置分離出清水，涂料得到濃縮后可以重新用于電涂，所得清水也可以直接用于清洗，即可實現水的循環使用。目前國內外大多數汽車工廠使用此法處理電涂淋洗水。 超濾技術也可用于紡織廠廢水處理。紡織廠退漿液中含有*（PVA），用超濾裝置回收PVA，清水回收使用，而濃縮后的PVA濃縮液可重新上漿使用。 隨著新型膜材料（功能高分子、無機材料）的開發，膜的耐溫、耐壓、耐溶劑性能得以大幅度提高，超濾技術在石油化工、化學工業以及更多的領域應用將更為廣泛。 2）、微濾的應用 微濾主要用于除去溶液中大于0.05 左右的超細粒子，其應用十分廣泛，在目前膜過程面業銷售額中占*。 在水的精制過程中，微濾技術可以除去細菌和固體雜質，可用于醫藥、飲料用水的生產。 在電子工業超純水制備中，微濾可用于超濾和反滲透過程的預處理和產品的終端保安過濾。微濾技術亦可用于啤酒、黃酒等各種酒類的過濾，以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物，使產品澄清，并延長存放期。 微濾技術在藥物除菌、生物檢測等領域也有廣泛的應用。 | 
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