利用超濾技術凈化水

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導言

超濾（ UF ）是一個重要的超純水生產凈化技術，廣泛應用于生化，食品飲料，以及生物制藥等領域。當超濾與其他凈化技術結合應用在一個完整的水處理系統中時，超濾是去除粒子，熱原，蛋白質，和大分子有機物的理想工藝。本文概論了超濾技術的原理和實際應用。

超濾基本原理

超濾技術是一種壓力驅動的膜過濾技術，在壓力作用下水和低分子物質可以透過超濾膜，而顆粒，膠體和大分子物質則被截留。超濾的去除原理主要是尺寸排除（機械式過濾），盡管帶電荷和表面化學性質的粒子或膜可能影響凈化效率。超濾過濾孔徑范圍大約1000到50萬道爾頓，大于納濾過濾孔徑（200~1000道爾頓）。

超濾膜的材質主要是聚砜或聚酰胺等聚合物，根據具體應用需求，超濾膜可制成片狀、中空纖維或切成圓盤狀。在許多實際應用中，一小張超濾膜會很快被過濾雜質污堵并導致過濾流速急速下降。因此，超濾膜通常被制成大過濾面積，并且過濾方向為膜表面的切向，以最大限度地降低膜污堵的可能，如一大張（幾平方英尺）的超濾膜螺旋纏繞在中心管上制成的卷式膜元件，或包含很多細小超濾膜纖維的中空纖維超濾膜元件。

圖1

超濾在水凈化工藝中的作用

超濾可有效去除膠體，蛋白質，細菌，熱原（例如，革蘭陰性細菌內毒素），以及其他分子量大于膜孔徑的有機物。超濾可作為反滲透預處理或去離子水的終端過濾。

當需用一級水時，盡量降低超濾膜的原材料離子析出，減小水流死角以防止細菌和有機物污染，顯得尤為重要。這種情況下，中空纖維超濾膜可作為理想的超純水過濾元件。超純水系統使用的中空纖維超濾膜元件其膜絲封裝在一個低離子及有機物溶出的高純度塑料容器內，18.2MΩ.cm的去離子水進入超濾容器后與中空纖維膜外壁接觸過濾進入膜絲內部，濾過后的水高速匯集為產品水流出，從而盡量減少了析出物和污染物對水質的影響（見圖1）。由于水的不斷純化，溶質濃縮，可能導致超濾膜污堵，為保證產水流量和水質純度，需要周期性的對超濾膜濃水側膜表面進行壓力沖洗。超濾膜的過濾效率可以表示為它的log縮減值（LRV）如下：

Log=[給水污染物含量]/[產水污染物含量]

圖2

評價中空纖維超濾內毒素去除效率取決于給水內毒素含量范圍和LRV值。圖2，中空纖維超濾膜內毒素去除率LRV分別為3.7和6.6。測量給水和產水污染物含量以確保最終產水水質在實際應用中極其重要。一個完善的超濾裝置必須確保工作參數正確，并且通過質量測試，包括直接的工作測試和空氣打壓泄漏測試。

超濾去離子水多用于對細菌，蛋白質，金屬離子，或溶解性有機物高度敏感的生物學應用。隨著不斷的過濾，污染物的淤積會對水質和實驗結果造成負面影響。化學消毒是一種消滅超濾膜內細菌和有機污染物的有效方法。但是，定期常規消毒會由于消毒劑的高離子濃度導致超純水電阻率下降。完善設計的超濾可有效清潔消毒后的離子殘留，使產水快速恢復最佳電阻率并保證有機物被有效清除（見圖3和圖4）。試劑級氫氧化鈉已被證明是一種有效的清洗劑且有以下好處：