超濾

超濾膜的最小截留分子量為500道爾頓，在生物制藥中可用來分離蛋白質(zhì)、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超濾的優(yōu)點是沒有相轉(zhuǎn)移，無需添加任何強(qiáng)烈化學(xué)物質(zhì)，可以在低溫下操作，過濾速率較快，便于做無菌處理等。所有這些都能使分離操作簡化，避免了生物活性物質(zhì)的活力損失和變性。

由于超濾技術(shù)有以上諸多優(yōu)點，故常被用作：

(1)大分子物質(zhì)的脫鹽和濃縮，以及大分子物質(zhì)溶劑系統(tǒng)的交換平衡。

(2)大分子物質(zhì)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(shù)已成為制藥工業(yè)、食品工業(yè)、電子工業(yè)以及環(huán)境保護(hù)諸領(lǐng)域中不可缺少的有力工具 。

超濾濾膜

超濾技術(shù)的關(guān)鍵是膜。膜有各種不同的類型和規(guī)格，可根據(jù)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(chǎn)了一些各向異性的不對稱超濾膜，其中一種各向異性擴(kuò)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(jī)械強(qiáng)度。由于皮膚層非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶質(zhì)阻塞而導(dǎo)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制成。近來為適應(yīng)制藥和食品工業(yè)上滅菌的需要，發(fā)展了非纖維型的各向膜，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1～14都是穩(wěn)定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定的，若使用恰當(dāng)，能連續(xù)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(biāo)主要有：水通量[cm3/(cm2"_blank" href="/item/百分率">百分率%表示）；化學(xué)物理穩(wěn)定性（包括機(jī)械強(qiáng)度）等。

超濾裝置

超濾裝置一般由若干超濾組件構(gòu)成。通?？煞譃榘蹇蚴?、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。由于超濾法處理的液體多數(shù)是含有水溶性生物大分子、有機(jī)膠體、多糖及微生物等。這些物質(zhì)極易粘附和沉積于膜表面上，造成嚴(yán)重的濃差極化和堵塞，這是超濾法最關(guān)鍵的問題，要克服濃差極化，通常可加大液體流量，加強(qiáng)湍流和加強(qiáng)攪拌。

超濾廢水處理

在生物制品中應(yīng)用超濾法有很高的經(jīng)濟(jì)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(chǎn)生污染。改用超濾工藝后，平均回收率可達(dá)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(chǎn)量和質(zhì)量，每年可節(jié)省硫酸銨6.2噸，自來水16000噸。目前國外生產(chǎn)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(nèi)的知名廠家有立升。

超濾在廢水處理中的應(yīng)用

（1）還原性染料廢水處理；

（2）電泳涂漆廢水處理；

（3）含乳化油廢水處理；

（4）生活污水處理

超濾凈水器

一種孔徑規(guī)格一致，額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。采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制得。最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃，也常用于其他分離技術(shù)難以完成的膠狀懸浮液的分離，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。以壓力差為推動力的膜過濾可區(qū)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(qū)分是根據(jù)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(qū)分標(biāo)準(zhǔn)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，超濾膜最適于處理溶液中溶質(zhì)的分離和增濃，或采用其他分離技術(shù)所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術(shù)，即獲得預(yù)期尺寸和窄分布微孔的技術(shù)是極其重要的?？椎目刂埔蛩剌^多，如根據(jù)制膜時溶液的種類和濃度、蒸發(fā)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、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。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，廣泛用于如醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境工程等。我們都知道篩子是用來篩東西的，它能將細(xì)小物體放行，而將個頭較大的截留下來?？墒牵犝f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！那么，到底什么是超濾膜呢？ 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(fā)絲的1‰！在膜的一側(cè)施以適當(dāng)壓力，就能篩出大于孔徑的溶質(zhì)分子，以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2～20納米的顆粒。超濾膜的結(jié)構(gòu)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，屬于深層過濾；后者具有較致密的表層和以指狀結(jié)構(gòu)為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬于表層過濾。工業(yè)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、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、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(jī)：①PP棉濾芯、②活性碳、③納米膜表超濾膜濾芯、④復(fù)合濾芯，五級過濾設(shè)備多加了一個后置活性炭，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(jī)。更多級的就加更多針對性的濾芯。

超濾配套設(shè)備

(1)增壓泵超濾膜以力差為推動力進(jìn)行過濾，當(dāng)原水的水壓不能滿足過濾需求時，系統(tǒng)需要增加泵加壓，以實現(xiàn)超濾膜分離作用，由于超濾膜的工作壓力較低，一般小于O·7MPa，故在系統(tǒng)設(shè)計時，一般選用離心泵，選擇離心泵的主要依據(jù)是揚(yáng)程、流量、泵體材質(zhì)，其次是泵的體積大小、外觀造型和價格等。

①揚(yáng)程和流量的選擇根據(jù)超濾系統(tǒng)設(shè)計中所需要的進(jìn)水工作壓力，跨膜壓差和通水流量，來選擇泵的揚(yáng)程和流量。一般選擇水泵的揚(yáng)程和流量應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蚵源笥谠O(shè)計供水量和工作壓力，以滿足超濾系統(tǒng)的正常運行。

②泵體材質(zhì)的選擇根據(jù)原水水質(zhì)的情況來選擇合適的泵體材質(zhì)以減少投資成本，其材質(zhì)不能與原水中的成分產(chǎn)生任何反應(yīng)，也不能有溶解現(xiàn)象。當(dāng)原水的pH值為6．5～8．5時可選用鑄鐵泵體；當(dāng)原水為海水時，應(yīng)選耐海水腐蝕的塑料泵體；醫(yī)藥和食品工業(yè)水處理卻一般選擇使用不銹鋼泵體。

化學(xué)清洗泵一般選擇耐化學(xué)藥劑的泵體。

(2)減壓閥 當(dāng)原水水壓大于系統(tǒng)設(shè)計水壓時，要對原水進(jìn)行減壓。一般采用可減靜壓的減壓閥來實現(xiàn)，減壓閥減壓的精度視超濾系統(tǒng)而定。另根據(jù)原水的水質(zhì)選擇適合材質(zhì)的減壓閥，一般可選的材質(zhì)為銅、不銹鋼、鐵、塑膠。

(3)物理清洗和化學(xué)清洗系統(tǒng) 清洗系統(tǒng)主要由配藥箱、凈水箱、循環(huán)泵組成，采用氣水混合清洗的還包括空壓機(jī)，一般物理清洗分為等壓沖洗和反沖洗。等壓沖洗時是關(guān)閉產(chǎn)水閥，全開濃水閥，使原水以快于正常工作狀態(tài)時的流速沖刷膜表面，去除污垢。反沖洗是關(guān)閉原水閥采用循環(huán)泵，將凈水箱中的水從產(chǎn)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，并使其從濃水口排出，反沖洗后，馬上進(jìn)行等壓沖洗。能更有效地將被截留的污染物排出，為了加強(qiáng)清洗效果，順沖時，可采用氣水混合液進(jìn)行沖洗。

化學(xué)清洗系統(tǒng)是用循環(huán)泵將配藥箱內(nèi)的清洗液送入超濾系統(tǒng)，進(jìn)行循環(huán)清洗和浸泡，靠化學(xué)藥品的作用去除膜表面的污垢，以恢復(fù)膜的產(chǎn)水能力，維持設(shè)計流量要求。

(4)消毒滅菌系統(tǒng)超濾的消毒滅菌系統(tǒng)所用設(shè)備和操作程序與化學(xué)清洗系統(tǒng)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(zhì)和滅菌劑濃度。例如Ps材質(zhì)膜不能采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(jiān)控和儀表

①計量水流量采用流量表來計量，流量計有轉(zhuǎn)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(tǒng)中大多采用玻璃浮子(轉(zhuǎn)子)流量計，主要是顯示直觀，價格低，一臺超濾系統(tǒng)最少需要設(shè)置兩個流量計以便觀察，一個是產(chǎn)水流量計，一個是濃水流量計或原水進(jìn)水流量計。 流量計規(guī)格的選擇是根據(jù)系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)及儀表超濾系統(tǒng)在運行時，必須嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行操作，這需要系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，其中主要的監(jiān)控項目是水質(zhì)、流量、壓力，可以手動操作，也可采用儀表和可編程控制器對系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。

對水質(zhì)的監(jiān)控可采用水質(zhì)監(jiān)測儀進(jìn)行，對水壓的監(jiān)控可采用壓力開關(guān)和壓力表進(jìn)行，對流量的控制可采用電子流量計進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測信號反饋到PLC中，然后來控制泵，閥門及清洗系統(tǒng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。

壓力是超濾系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，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于刻度盤的1/2～2/3位置為宜，并要考慮水錘對壓力表的沖擊。

超濾概述

在超濾過程中，水溶液在壓力推動下，流經(jīng)膜表面，小于膜孔的溶劑（水）及小分子溶質(zhì)透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留，隨水流排出，成為濃縮液。超濾過程為動態(tài)過濾，分離是在流動狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡，且通過清洗可以恢復(fù)。

超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾是以壓力為推動力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的 。

超濾起源于是1748年，Schmidt用棉花膠膜或璐膜分濾溶液，當(dāng)施加一定壓力時，溶液（水）透過膜，而蛋白質(zhì)、膠體等物質(zhì)則被截留下來，其過濾精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過濾紙，于是他提出超濾一語，1896年，Martin制出了第一張人工超濾膜，其20世紀(jì)60年代，分子量級概念的提出，是現(xiàn)代超濾的開始，70年代和80年代是高速發(fā)展期，90年代以后開始趨于成熟。我國對該項技術(shù)研究較晚，70年代尚處于研究期限，80年代末，才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用階段。

超濾裝置如同反滲透裝置，有板式、管式（內(nèi)壓列管式和外壓管束式）、卷式、中

空纖維式等形式。濃差極化乃是膜分離過程的自然現(xiàn)象，如何將此現(xiàn)象減輕到最低程度，是超濾技術(shù)的重要課題之一。采取的措施有：①提高膜面水流速度，以減小邊界層厚度，并使被截留的溶質(zhì)及時由水帶走；②采取物理或化學(xué)的洗滌措施。

超濾定義

超濾是采用中空纖維過濾新技術(shù)，配合三級預(yù)處理過濾清除自來水中雜質(zhì)；超濾微孔小于0.01微米，能徹底濾除水中的細(xì)菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，保留水中原有的微量元素和礦物質(zhì)。

超濾原理

超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質(zhì)，而水和小的溶質(zhì)顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時，水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說，當(dāng)水通過超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時可去除大量的有機(jī)物等。

超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過程中，由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累，會產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極限時即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此，需通過試驗進(jìn)行研究，以確定最佳的工藝和運行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預(yù)處理方法。

超濾是一種膜分離技術(shù)，(UItrafil-tration 簡稱UF)。能夠?qū)⑷芤簝艋?，分離或者濃縮。超濾是介于微濾與納濾之間，且三者之間無明顯的分界線。一般來說，超濾膜的孔徑在0.05 um–1 nm之間，操作壓力為0.1–0.5 Mpa。主要用于截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細(xì)菌和病毒等大分子物質(zhì)。超濾膜根據(jù)膜材料，可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。按膜的外型，又可分為：平板式、管式、毛細(xì)管式、中空纖維和多孔式。目前家用超濾凈水器，多以中空膜為主。

超濾膜的工作以篩分機(jī)理為主，以工作壓力和膜的孔徑大小來進(jìn)行水的凈化處理。以中空纖維為例，以進(jìn)水方式可分為外壓式：原水從膜絲外進(jìn)入，凈水從膜絲內(nèi)制取。反之則為內(nèi)壓式。內(nèi)壓式的工作壓力較外壓式要低。超濾膜在飲用水深度處理，工業(yè)用超純水和溶液濃縮分離等許多領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。

超濾優(yōu)缺點

超濾膜元件采用世界著名膜公司產(chǎn)品，確保了客戶得到目前世界上最優(yōu)質(zhì)的有機(jī)膜元件，從而確保截留性能和膜通量，超濾設(shè)備控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶具體使用要求進(jìn)行個性化設(shè)計，結(jié)合先進(jìn)的控制軟件，現(xiàn)場在線集中監(jiān)控重要工藝操作參數(shù)，避免人工誤操作，多方位確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

由于每根超濾組件在出廠前加入保護(hù)液，使用前要徹底沖洗組件中的保護(hù)液，先用低壓(0.1MPa)給水沖洗1小時，然后再用高壓(0.2MPa)給水沖洗1小時，無論低壓還是高壓沖洗時，系統(tǒng)的產(chǎn)水排放閥均應(yīng)全部打開。在使用產(chǎn)水時，應(yīng)檢查并確認(rèn)產(chǎn)品水中不含有任何殺菌劑。

超濾設(shè)備系統(tǒng)回收率高，所得產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，可實現(xiàn)物料的高效分離、純化及高倍數(shù)濃縮。系統(tǒng)制作材質(zhì)采用衛(wèi)生級管閥，現(xiàn)場清潔衛(wèi)生，滿足GMP或FDA生產(chǎn)規(guī)范要求。系統(tǒng)工藝設(shè)計先進(jìn)，集成化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，操作與維護(hù)簡便，工人勞動強(qiáng)度低。

處理過程無相變，對物料中組成成分無任何不良影響，且分離、純化、濃縮過程中始終處于常溫狀態(tài)，特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，完全避免了高溫對生物活性物質(zhì)破壞這一弊端，有效保留原物料體系中的生物活性物質(zhì)及營養(yǎng)成分。

超濾組件要輕拿輕放，并注意保護(hù)，由于超濾組件是精密器材，所以在使用安裝時要小心，要輕拿輕放，更不能甩壞。組件若停用，要先用清水沖洗干凈后，加0.5%甲醛水溶液進(jìn)行消毒滅菌，并密封好。如冬天組件還要進(jìn)行防凍處理，否則組件可能報廢。

超濾設(shè)備系統(tǒng)能耗低，生產(chǎn)周期短，與傳統(tǒng)工藝設(shè)備相比，設(shè)備運行費用低，能有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

超濾技術(shù)的優(yōu)點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學(xué)試劑，尤其是超濾技術(shù)的實驗條件溫和，與蒸發(fā)、冷凍干燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術(shù)中，超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。

超濾分類

過濾膜根據(jù)所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同，可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種。微孔過濾所用的操作壓通常小于2×10^5 Pa，膜的平均孔徑為500?！?4微米，用于分離較大的微粒、細(xì)菌和污染物等。超濾所用操作壓為1×10^5 Pa～6×10^5 Pa，膜的平均孔徑為10-100埃，用于分離大分子溶質(zhì)。反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達(dá)到20×10^5 Pa～70×10^5 Pa，膜的平均孔徑最小，一般為10埃以下，用于分離小分子溶質(zhì)，如海水脫鹽，制高純水等。

超濾膜被大量用于水處理工程。超濾技術(shù)在反滲透預(yù)處理、飲用水處理、中水回用等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。超濾技術(shù)在酒類和飲料的除菌與除濁，藥品的除熱原以及食品及制藥物濃縮過程中均起到關(guān)鍵作用。

超濾過濾孔徑和截留分子量的范圍一直以來定義較為模糊，一般認(rèn)為超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.1微米，截留分子量(Molecular weigh cut-off, MWCO)為1,000-1,000,000 Dalton。嚴(yán)格意義上來說超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.01微米，截留分子量為1,000-300,000 Dalton。若過濾孔徑大于0.01微米，或截留分子量大于300,000 Dalton的微孔膜就應(yīng)該定義為微濾膜或精濾膜。

一般用于水處理的超濾膜標(biāo)稱截留分子量為30,000-300,000 Dalton，而截留分子量為6,000-30,000 Dalton 的超濾膜大多用于物料的分離、濃縮、除菌和除熱源等領(lǐng)域。

超濾膜的形式可以分為板式和管式兩種。管式超濾膜根據(jù)其管徑的不同又分為中空纖維、毛細(xì)管和管式。市場上用于水處理的超濾膜基本上以毛細(xì)管式為主，個別工程中使用的中空纖維(內(nèi)徑0.1-0.5mm)聚乙烯或聚丙烯微孔膜實際上應(yīng)屬于微濾膜。

將超濾膜絲組合成可與超濾系統(tǒng)連接的組件稱為超濾膜組件。超濾膜組件分為內(nèi)壓式、外壓式和浸沒式三種。其中浸沒式超濾膜過濾的推動力是膜管內(nèi)部的真空與大氣壓之間的壓力差。對于過濾精度要求較高的超濾膜，這一壓力差通常不易滿足所需過濾推動力的要求，因此浸沒式的組件形式比較適合于過濾精度較低的超濾膜或微濾膜。外壓式超濾在正沖與反沖時，膜表面液體的流速極不均勻，影響膜表面的沖洗效果，因此常用于水處理的超濾膜還是內(nèi)壓式組件結(jié)構(gòu)較具有優(yōu)勢。