超濾詳解（二）
2021-07-24 來自: 環保水圈 瀏覽次數:489
一、超濾的優點與不足
1、濾過程是在常溫下進行，條件溫和無成分破壞，因而特別適宜對熱敏感的物質，如藥物、酶、果汁等的分離、分級、濃縮與富集。
2、濾過程不發生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學試劑，是一種節能環保的分離技術。
3、超濾技術分離效率高，對稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。
4、超濾過程僅采用壓力作為膜分離的動力，因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護。
5、超濾法也有局限性，它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質溶液，一般只能得到10～50％的濃度。
（一）、超濾的優點
1、超濾設備系統回收率高，所得產品品質優良，可實現物料的分離、純化及高倍數濃縮。系統制作材質采用衛生級管閥，現場清潔衛生，滿足GMP或FDA生產規范要求。
2、系統工藝設計科學，集成化程度高，結構緊湊，占地面積少，操作與維護簡便，工人勞動強度低。
3、操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、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中，超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。
4、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，特別適用于熱敏性物質的處理，完全避免了高溫對生物活性物質破壞這一弊端，有效保留原物料體系中的生物活性物質及營養成分。
5、超濾設備系統能耗低，生產周期短，與傳統工藝設備相比，設備運行費用低，能有效降低生產成本，提高企業經濟效益。
（二）、超濾的不足之處
1、超濾組件在出廠前需加入保護液，所以使用前要沖洗組件中的保護液。在使用產水時，應檢查并確認產品水中不含有任何殺菌劑。
2、超濾組件屬科學器材，要輕拿輕放，注意保護。組件若停用，要先用清水沖洗干凈后，加甲醛水溶液進行消毒滅菌，并密封好。冬天組件要進行防凍處理，否則組件可能報廢。
3、超濾法不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質溶液，一般只能得到百分之五十的濃度。
二、超濾分類
過濾膜根據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?！?/span>14微米，用于分離較大的微粒、細菌和污染物等。
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。
反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達到20×10^5 Pa～70×10^5 Pa，膜的平均孔徑小，一般為10埃以下，用于分離小分子溶質，如海水脫鹽，制高純水等。
三、超濾的應用
超濾膜的截留分子量可為500道爾頓，在生物制藥中可用來分離蛋白質、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超濾的優點是沒有相轉移，無需添加任何強烈化學物質，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的活力損失和變性。
由于超濾技術有以上諸多優點，所以常被用作：
1、大分子物質的脫鹽和濃縮，以及大分子物質溶劑系統的交換平衡。
2、大分子物質的分級分離。
3、生化制劑或其他制劑的去熱原處理。
超濾技術已成為制藥工業、食品工業、電子工業以及環境保護諸領域中不可缺少的有力工具。
四、濾膜
超濾技術的關鍵是膜。
膜有各種不同的類型和規格，可根據工作的需要來選用。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。近幾年來生產了一些各向異性的不對稱超濾膜，其中一種各向異性擴散膜是由一層非常薄的、具有孔徑的多孔“皮膚層”（厚約0.1mm～1.0mm），和一層相對厚得多的更易通滲的、作為支撐用的“海綿層”組成（厚約1mm）。皮膚層決定了膜的選擇性，而海綿層增加了機械強度。由于皮膚層非常薄，因此通透性好、流量大，且不易被溶質阻塞而導致流速下降。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。近來為適應制藥和食品工業上滅菌的需要，發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都是穩定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩定的，若使用恰當，能連續用1～2年。暫時不用，可浸在甲醛溶液或NaN3中保存。超濾膜的基本性能指標主要有：水通量；截留率（以百分率表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等。
五、超濾裝置
超濾裝置一般由若干超濾組件構成。
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是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等。這些物質易粘附和沉積于膜表面上，造成嚴重的濃差化和堵塞，這是超濾法關鍵的問題，要克服濃差化，通?？杉哟笠后w流量，加強湍流和加強攪拌。
六、廢水處理
在生物制品中應用超濾法有很高的經濟效益，例如供靜脈注射的盤血白蛋白（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，透析過程易產生污染。大幅度提高了白蛋白的產量和質量，每年可節省硫酸銨6.2噸、自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。國內廠家有立升。
超濾在廢水處理中的應用：
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
七、超濾膜過濾
一種孔徑規格一致，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。處理溶液中溶質的分離和增濃，也常用于其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離，其應用領域在不斷擴大。以壓力差為推動力的膜過濾可區分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區分標準時，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，超濾膜用于處理溶液中溶質的分離和增濃，或采用其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術，即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是非常重要的?？椎目刂埔蛩剌^多，如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發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，廣泛用于如醫藥工業、食品工業、環境工程等。
篩子篩東西，將細小物體放行，而將個頭較大的截留下來。超膜可將尺寸不等的分子篩分開來。超濾膜是一種具有“篩分”分離功能的多孔膜，它的孔徑只有幾納米到幾十納米。在膜的一側施以適當壓力，就能篩出大于孔徑的溶質分子，以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2～20納米的顆粒。
超濾膜的結構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構為主的底層，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。
