【正文】 膜材料是比較困難的，為了作出合適的選擇必須先提供一些有關(guān)分離過程環(huán)境的概要信息。多年以來膜已有了很大的發(fā)展，但基礎(chǔ)設(shè)計沒有改變，如今已有好幾家公司制造這種類型的膜。178。如今還有一些“頑固的”用戶堅持購買“同樣的膜直到最后”，他們堅持使用CA膜是因為它們還可以工作，但實際上CA膜的弱點是它們易被微生物吞噬。其中某些液體屬于廢棄的產(chǎn)品，而某些則是非常貴重的只要產(chǎn)物。由于鹽截留率的減少可以降低壓力和能耗，因此在有些項目上也是可以被接受的?？?cè)芙庑怨腆w。電解液和小分子組分的滲透壓可以比較精確地計算，但大分子量組分的“滲透壓”只能根據(jù)經(jīng)驗來定。它和測試的膜的類型有關(guān)，對微濾則沒有意義。在反滲透系統(tǒng)中水通量有特定的意義，而在其它的膜系統(tǒng)中，它只用來指示膜是干凈的，運行良好。CA醋酸纖維素，一般有二價或三價醋酸。有些行業(yè)依靠膜生產(chǎn)一些基礎(chǔ)的產(chǎn)品，有些則利用膜解決一些復(fù)雜的分離過程，另一些則用膜達到一些環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。因此，它并不是技術(shù)學(xué)院里的一本傳統(tǒng)的教科書。膜過濾應(yīng)用手冊實踐技巧和提示2000年6月介 紹這是膜過濾應(yīng)用手冊第二版。雖然書中沒有太多的數(shù)學(xué)計算，但它對于工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用都是非常有用的，因為它含有膜過濾領(lǐng)域許多“老到”的經(jīng)驗，即使對于業(yè)內(nèi)行家而言，它也并不是一本出版物而已。膜就象計算機一樣：很少人理解它們，而只有一些人喜歡它們，但是我們都需要它們。CIP清洗裝置。Flux(通量)每單位面積、時間滲透的體積。PAN聚丙烯腈Permeate(透過液)透過膜的液體的體積（也可稱濾液）ppm每百萬分子一。滲透壓一般寫成PI或П，П=I*n*R*T壓力單位PSI(磅/平方英寸)：=1barBar: 1bar==100kPaPS(PSO) 聚砜(聚醚砜或聚芳香醚砜)PVDF聚偏二氟乙烯Rentate(滯留物)濃液的另一種名稱SDSI索引Stiff和David飽和度索引。以上值可表示為：mg/l，ppm或%四種膜過程反滲透（RO）是液體/液體分離過程中最可能使用的膜分離過程。超濾(UF)是大分子量組分(HMWC)，如蛋白質(zhì)、懸浮固體被截留，而所有的小分子量組分自由通過膜的過程。表3列出了一些典型的應(yīng)用，陰影部分代表主要的產(chǎn)物。聚砜(PSO)自從1975年以來已被廣泛應(yīng)用于UF和MF膜。 復(fù)合膜也稱薄膜復(fù)合膜，它一般被縮寫為TFC和TFM，被用來代替醋酸纖維RO膜。二十世紀(jì)八十年代中期，Desal開始進行三層復(fù)合膜的設(shè)計。第一步現(xiàn)確定可取的過程(RO、NF、UF或MF)和適用的膜材料。膜有好多種構(gòu)型(板框式、管式、卷式等)。然而，許多膜可以以聚丙烯(PP)作為襯背，它具有非常良好的pH穩(wěn)定性，但溫度受限制，會給膜產(chǎn)品帶來麻煩。復(fù)合膜和氧化環(huán)境目前世界上還在尋找能耐受20ppm次氯酸鈉的用于RO和NF的好的復(fù)合膜。而膜本身在150～250μm，大多數(shù)膜為皮膚層提供結(jié)構(gòu)支撐。盡管我們還無法了解以上的現(xiàn)象，但我們可以預(yù)言RO膜的應(yīng)用將得到推廣。管式膜已存在較長一段時間了。目前在歐洲有一些新的適用的板框式系統(tǒng)。纖維系統(tǒng)抗機械力差。下表列出一部分。對于板框式系統(tǒng)，除了它們都是平板膜外，在組件中板和模的排列有較大的區(qū)別。Rochem為圓盤—管式的8inch圓形膜，用于RO、NF和UF，使用與卷式膜類似的膜殼。膜組件和組件的比較下表是不同類型膜組件和組件性能的定性比較。它們在地面水和海水的脫鹽處理中運用良好，但對其余的產(chǎn)品卻有些問題。玻璃鋼膜殼只有三種標(biāo)準(zhǔn)直徑：、4英寸和8英寸。卷式膜組件的尺寸在當(dāng)今是非常關(guān)鍵的。我們很容易理解的是，如果進水壓力是10bar，則進出口之間的壓力變化很小，并可忽略不計。PSO的操作溫度更可達120℃。多年來用于乳制品行業(yè)的組件已可以在比供貨商原先說明的更高的溫度(和壓降)下操作了。標(biāo)準(zhǔn)膜組件使用50mil的流道，但較寬的流道可達90mil，可以處理較難處理的液體。這可能已經(jīng)非常接近高分子膜的極限。但作者也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)：即使在高溫下比常溫必須對一些細(xì)節(jié)予以更多的關(guān)注和重視，但高溫膜操作還是有許多優(yōu)點。除了膜本身受到的危害外，其至關(guān)重要的是要有適當(dāng)?shù)闹?，防止壓力將膜擠壓入支撐材料。一般對許多膜主要的限制是因為使用了聚酯襯背。進水流量對膜沒有絕對的進水流量限制。加熱或冷卻的介質(zhì)在管子外面，而產(chǎn)品在內(nèi)部。閥門在膜系統(tǒng)中不同行業(yè)需要不同類型的閥門，以下是一些例子：n 乳制品行業(yè)：衛(wèi)生級蝶閥和針式閥；n 純水行業(yè)：球閥和針式閥；n 紙漿和造紙行業(yè)：任何型號，多數(shù)為球閥；n 廢水專案：任何型號，多數(shù)為球閥。當(dāng)在含有懸浮固體很多的液體中操作時，控制問題可以通過“止水濃縮閥”來解決。在RO系統(tǒng)中，可能可以使用一種大口徑的低壓活塞閥，雖然這有些違背原則。壓力測量在膜過濾系統(tǒng)中壓力是驅(qū)動力，必須被監(jiān)測。即使是很好的壓力計其誤差值有1％，通過轉(zhuǎn)換達1bar。如今一直使用的流量計是電磁流量計。在超濾系統(tǒng)中，反沖洗流量一般要高10～30倍。不管是否可能，儲罐內(nèi)部不設(shè)加熱盤或液位開關(guān)也是非常重要的。儲罐內(nèi)的液位傳感器可以將液位轉(zhuǎn)換成3～15psi的信號，而兩個控制進水和出水壓力的氣動閥負(fù)擔(dān)各自的范圍，一個在3～9psi(水閥)下操作，而另一個在9～15psi(產(chǎn)品閥)下操作。雖然此類夾子價格有些貴，但它對于夾住直徑6英寸內(nèi)的管件時有許多優(yōu)點。結(jié)構(gòu)材料根據(jù)作者的觀點，有一個簡單的原則可以避免膜系統(tǒng)中的許多機械問題：在膜系統(tǒng)中和液體接觸的所有部件和設(shè)備都使用高質(zhì)量的不銹鋼。注意“不銹鋼”這個定義并不是很確切，因為材料的耐腐蝕性只是在特定的條件下的。以下產(chǎn)品是純質(zhì)材料：ABS－在水脫鹽系統(tǒng)中是非常有用的材料；Delrin－亦稱為DOM；是一種非常好的材料，最大的缺陷是抗低pH環(huán)境的能力較差；PE－聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好，但溫度穩(wěn)定性有限；PP－聚丙烯是一個純化學(xué)的耐受力強的高分子材料，溫度穩(wěn)定性有限，但已有增強的趨勢；PSO－在膜應(yīng)用工程中有許多不同類型的聚砜材料。在這里，不要僅為了省錢，象腈橡膠這種便宜的材料使用壽命短。有幸地是，可供選擇的泵很多。正位移泵若不是特別需要，一般應(yīng)盡量避免使用。泵的軸向軸承也必須非常堅固。當(dāng)流量超過100m3/h時，可以考慮使用1500rpm/1800rpm的泵。Sunstrand(美國)公司銷售轉(zhuǎn)速在30000rpm以上的一級離心泵已有很多年了。這是一種不同尋常的設(shè)計。Tonkaflo(美國)生產(chǎn)用于RO系統(tǒng)的泵。這種類型的泵通過幾級壓力達到70bar。市場上有許多生產(chǎn)小型、三個活塞的柱塞泵，但只有很少的產(chǎn)品適用于膜系統(tǒng)。一般安裝震動緩沖器，只要運行良好有助于減震。在最初的乳制品行業(yè)中也會使用離心的方法。因此，如果你需要處理一種沒有在此列出的產(chǎn)品，可以采用在此表中列出的同類產(chǎn)品相同的預(yù)處理方法。表26 預(yù)過濾要求流道亦可見表11管式系統(tǒng)1英寸過濾至毫米級管 系統(tǒng)纖維系統(tǒng)2mm必須達100微米或更小板框系統(tǒng)1mm必須達5微米或更小卷式組件90mil必須達100微米或更小卷式組件47mil必須達5微米或更小卷式組件30mil必須達10微米或更小中空精纖維系統(tǒng)未定義非常敏感，建議物料進行超濾或微濾表27列出了在膜表面發(fā)現(xiàn)的最常見的物質(zhì)。生物堵塞“生物堵塞”一詞一般用于描述微生物、細(xì)菌、酵母、細(xì)胞尸體或新陳代謝產(chǎn)物的沈淀。血漿血是屠宰場的副產(chǎn)品。用膜處理全血時比較困難的。預(yù)過濾從去除一定數(shù)量的蛋白質(zhì)、色度以及懸浮固體開始。 在行業(yè)中已運用多年。這樣唯一可行的預(yù)處理方式是加入足夠的陰離子化學(xué)藥劑，以中和陽離子物質(zhì)，一般可加入一些普通的清潔劑如十二醇磺基酸，這是一種普通且不太昂貴的產(chǎn)品。由于離心分離機被用于許多食品和奶制品工廠，因此這類設(shè)備的可利用性是不容置疑的。一些其它的引起麻煩的有色物質(zhì)天然存在于fulvic和腐殖酸中。近50％的染色工作都是用于棉制品的電抗染色，加上棉織品染色中的聚酰胺和聚酯染色，幾乎覆蓋了大多數(shù)的染色工作。洗滌廢水相同部分同上。阻止所有的卵黃系帶進入膜系統(tǒng)是不可能的，用日常的清洗很難去除，除了日常的堿洗外，一般在每周末采用含有大量可以消化卵黃系帶的蛋白酶的清潔劑進行系統(tǒng)浸泡，這樣可以較徹底的清洗系統(tǒng)。葡萄糖的去除有助于避免隨后噴射烘干過程中的Mailaid反應(yīng)(布朗運動)。這通?？梢?用這一種常規(guī)的過濾方法來完成。因為色素是產(chǎn)品的一個很重要的部分。人們嘗試用膜過濾來取代酶處理，但不成功。一般使用各種常規(guī)的過濾器。加入過量的洗滌劑并不是浪費。硫酸(H2SO4)用于大量的溶解過程。解決這些問題通常使用可以清洗和消毒的袋式過濾器，而且效果相當(dāng)好。 膜系統(tǒng)可以處理牛奶中的脂肪，%時可以運行得更好。巴氏消毒的目的是減少細(xì)菌的活動能力，同時形成磷酸鈣結(jié)晶體(見有關(guān)磷酸鈣章節(jié))。而麻煩的是許多乳制品的加工必須提高溫度，同時很難在膜過濾前從牛奶和乳清中去除磷酸鈣。雖然并不完全有效，但也可以在清潔循環(huán)中操作20小時。也是膜系統(tǒng)料液中的麻煩。一般的經(jīng)驗做法是在膜過濾前對乳制品進行巴氏消毒，即加熱至72℃并保持15～20秒,然后冷卻至操作溫度。PH的降低導(dǎo)致產(chǎn)品成為廢品。Phospholipids形成于脂肪球的表皮，因此非常討厭，它們需要用高pH和高溫來進行清洗。在乳清中含有大量酪蛋白細(xì)小顆粒。鹽酸用于鐵的清洗。金屬加工業(yè)在機械加工，如切削和磨床中乳化油被大量使用。在膜系統(tǒng)中清潔劑很少引起麻煩，因為清潔用的清潔劑一般都是陰離子型的，而唯一的麻煩由軟化劑引起，因為它們是陽離子型的。但實際上是很困難的。微粒并不是很復(fù)雜的問題。極短的纖維在紡織、紙漿及造紙工業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)。發(fā)酵的蛋白含有許多微生物，因此用反滲透來脫水看起來問題比較多。在處理蛋白時，通過加熱或剪切力引起蛋白質(zhì)改性才是真正危險的。因為廢水中含有油，需要用過剩的清潔劑來乳化油。通常使用常規(guī)的10～20μ的布袋過濾器就足夠了。它們具有一個普遍的化學(xué)特性，在分子結(jié)構(gòu)中具有一個或多個苯環(huán)，使聚砜膜非常容易被污染。染色材料水溶性越好，越不容易引起問題。CIP表示反沖洗裝置，這是在食品和奶制品加工廠中一個普通的過程設(shè)備清洗的程序。 由一個90mil平行物料隔層提供的流道相當(dāng)于2200μ,是顆粒尺寸的10倍。如果發(fā)生輔助過濾器穿透，那么保安過濾器將阻塞，這樣可以減少膜過濾裝置的堵塞。重要的是為了避免細(xì)胞破裂，離心過程必須相當(dāng)柔和。高質(zhì)量的血漿制品有一定的市場需求。預(yù)處理的成功僅限于證明物料中有一些非常小的細(xì)胞物質(zhì)，膜過濾裝置可以在細(xì)菌安全的溫度下進行操作。一般大都是終端過濾器，但也存在錯流過濾過濾器。例如：蛋白質(zhì)：奶酪、奶類(母牛奶、羊奶、馬奶、水牛奶)、黃豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血漿、魚刺水和魚凍。不管它們是死或活，都可能阻塞膜片。在實驗室中，很難避免使用正位移泵。 均質(zhì)泵是一種價格非常昂貴，但也非常牢固的泵。通常由一個Pelton渦輪驅(qū)動，同時由反滲透離心機驅(qū)動(能量回用)。Tonkaflo泵傳遞壓力可達40bar，因此在超過26bar高壓場合銷售良好。 低速多級離心泵使用得很多，且似乎有一根行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：其輸出最大壓力為26bar。小一些的泵的效率會比人們所期望的低些，而大泵的操作效率比較合理。有些用于糖加工業(yè)的大流量泵可輸送6000m3/h，其初期投資可以因其低能耗而得以補償。在歐洲，有五家公司占領(lǐng)了這個市場。因此必須設(shè)置一個安全閥避免管道系統(tǒng)和膜的損壞。在膜系統(tǒng)中泵是一個薄弱環(huán)節(jié)，而且單靠泵也不可能做到太好。管道在膜系統(tǒng)中許多管道，通常很容易找到需要材料。其主要缺點是易脆，且對酮和芳香族化合物較敏感；PVC－PVC大都用于低壓管，價格便宜，但有很嚴(yán)格的溫度限制，只能用于無特殊要求的項目，如地面水脫鹽等；C－PVC－氯化PVC比一般的PVC的溫度穩(wěn)定性更好些。而來自紅海(Red Sea)的海水比較溫?zé)?，具有很強的腐蝕性，因此需要使用更好、更貴的不銹鋼。和分離液體直接接觸的組件不能使用普通的鋼鐵，否則鐵銹的形成，并且鐵屑、薄片進入膜系統(tǒng)將帶來無數(shù)的麻煩。type)允許的壓力有限。Uniq Filtration生產(chǎn)了用于食品行業(yè)的衛(wèi)生級液位傳感器。液位控制最好使用壓力傳感器，溫度測量裝置可以用管子連通裝置而不要置于儲罐內(nèi)。解決的方法之一是為反沖洗裝置設(shè)置一個旁路閥，另一種方法是選擇的電磁流量計口徑應(yīng)同時適合于生產(chǎn)和反沖洗的流量。丹麥Sikeborg公司的ProcesData流量計價格不貴且質(zhì)量相當(dāng)好，可以滿足乳制品行業(yè)的衛(wèi)生級標(biāo)準(zhǔn)，還有許多大的電磁流量計供貨商，如Krohne(德國)、Siemens(德國)Fischerard、Porter(英國)、Danfoss(丹麥)。如果一個壓力計顯示40bar，另一個為38bar，由于壓力計本身的誤差，真正的差值一般在0～4bar。使用Bourdon類型的測量儀的一個主要問題是無法調(diào)節(jié)并且無法精確地讀出壓力。在反沖洗和沖刷過程中，管線的壓力很低以致閥門無法打開。定時器1控制閥門開啟的周期長度，定時器2控制閥門開啟的時間。理論上這可能是對的，但在模行業(yè)中實踐同這種觀點相矛盾。多管熱交換器其工作方式不同于傳統(tǒng)的盤式熱交換器。粘性進水的粘度本身并不是個問題，但高粘度將導(dǎo)致較高壓降。多數(shù)膜在低pH值下比較穩(wěn)定。通常這類說明書不僅基于理論計算而且得之于實踐經(jīng)驗，因此我們何必去重復(fù)別人的失敗經(jīng)歷呢？表17 典型的壓力限制，bar標(biāo) 準(zhǔn)特 殊管式膜，有支撐4270管式膜，無支撐7－管式膜系統(tǒng)4270，120板框式系統(tǒng)40200粗纖維系統(tǒng)25－精細(xì)纖維系統(tǒng)70200“壓緊”是由于壓力和溫度引起的。－過大的傳導(dǎo)膜壓力將使膜變得非常平(壓緊)，導(dǎo)致不可挽回的通量的下降。組件 最大溫度，℃