Hollow Fiber UF Membrane Module and Device

中空纤维超滤膜组件及装置

膜天超滤膜技术：

超滤膜技术是一种以筛分为分离原理，以压力为推动力，实现机械分离的膜分离过程，它广泛应用于物质的分离、浓缩和提纯。

中空纤维超滤膜是以高分子材料采用特殊工艺制成的不对称半透膜。它呈中空毛细管状（或中空纤维状），管壁密布微孔，在压力的作用下，原液在膜内或膜外流动，其中的溶剂或小分子可以透过膜，经过收集而成为超滤液，而其中的大分子物质（蛋白质、各类酶、核酸、多糖等）以及胶体粒子（乳胶、微粒子）、细菌等被截留在膜外，被循环流动的原液带走而成为浓缩液，从而达到物质的分离、浓缩和提纯的目的。

采用超滤膜来实现物质的分离、浓缩和提纯具有以下显著特点：

a、超滤过程无相态转化，常温操作，节约能源，对分离物不产生任何污染。对热敏性物质（如生物制品、菌体、蛋白质等）的分离尤为适宜。

b、超滤膜耐化学药品侵蚀，PH适应范围广。

c、超滤分离过程简单、操作运转简便、维护费用少、清洗简单。

d、中空纤维超滤膜装填密度大、有效膜面积，超滤分离过程简单。

膜分离技术以其节能、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离心分离、溶媒抽提、吸附、再生、絮凝、共聚、沉淀、蒸发等多种传统的分离与过滤方法。

专家预言，在本世纪，膜技术以及膜技术与其它技术的集成技术将在很大程度上取代目前采用的传统分离技术，达到节能降耗、提高产品质量的目的，极大地推动人类科学技术的进步，促进社会发展。膜技术的应用将广泛涉及到化学工业、石油与石油化工、生物化工、环境工程、冶金、食品、电子、医药、医疗等诸多行业。选用膜分离技术是您的低成本解决方案。

膜分离过程不仅为液体的净化提供了一条极为简便、有效的途径，而且他能提高产品的回收率，从而在增加效益的同时，减少了产品在废水中的流失，符合清洁生产工艺的要求与规范。因此其应用受到世界各国政府特别是环保当局的重视与推广。

附图1膜透过原理图及过滤流动方式示意图

膜天超滤膜产品：

膜天公司是国内生产和开发超滤膜的生产企业之一，已有十余年的生产历史，公司拥有国内的中空纤维超滤膜生产线和生产技术，产品品种齐全，质量稳定，售后服务完善。

膜天超滤膜具有多种不同材料、截留分子量和结构形式的产品。既可以提供标准化的超滤膜产品，也可以根据用户的生产加工特殊的膜产品，以满足不同行业和不同用户的需要。公司系列超滤膜产品材质包括：聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯等。

聚砜中空纤维超滤膜具有耐酸碱性能优良、透水性能适中、截留分子量范围广等优点，有内、外压之分，其外压型超滤膜具有截留分子量低、膜截留性能稳定等优点，特别适用于浓缩分离及无热源水制备等工艺。

聚丙烯腈中空纤维超滤膜，属于亲水性膜，透水性能优良，膜的截留分子量稳定，耐酸碱性适中，耐溶剂性能良好，广泛应用于一般水的净化处理。

聚偏氟乙烯中空纤维膜耐酸碱性能良好、膜的韧性好、膜表面光滑、抗吸附污染性好、易于清洗，较适用于抗污染的行业应用。

超滤膜主要技术指标：

附：中空纤维膜照片

膜天超滤膜组件：

膜天公司超滤膜组件依据不同行业的需要生产标准型超滤膜组件和大型膜组件两大类。

标准型超滤膜组件：系根据国家行业标准组装的膜组件，它即可以成为您新系统的一部分，也可以替换原有的膜系统。标准型超滤膜组件壳体材料采用透明有机玻璃管、ABS或不锈钢，端盖、螺筒和中心管为ABS或不锈钢，封头树脂为环氧树脂，导流网为聚乙烯或聚丙烯。适用于中小型装置。

标准型膜组件示意图：

外压式膜组件图

外压式组件，原液从一端经中心分配管进入，在组件内径向辐射状流动；部分原液在压差作用下透过中空纤维膜壁进入内孔成为超滤液，再经集流从组件另一端流出；其余原液从两侧的浓缩口流出。

内压式膜组件图

内压式膜组件，原液在一定压力下通过膜管（中空纤维膜）的内侧，其中溶剂和小分子溶质透过膜壁经收集而成为超滤液，原液中的高分子物质以及胶体粒子被阻止在膜表面，被循环的原液带走而成为浓缩液。

端面示意图

大型膜组件：是专为大规模水处理工程开发的具有产水量大、耐压、耐污染等优点的大型超滤膜组件，壳体材料采用UPVC和不锈钢，封头树脂为环氧树脂，导流网为聚乙烯或聚丙烯。适用于大型装置。

附图

标准型超滤膜组件主要技术指标：

大型膜组件主要技术指标：

注：UF1IB10-05为不锈钢外壳

膜组件运转参数：

中空纤维透膜压差=（给水压力+浓水压力）/2-超滤水压力

注：以上设计条件仅针对于一般自来水、深井水等的水处理过程，其他膜过滤过程请咨询膜天公司技术部门。

膜组件建议安装推荐方法：

1、组件直立，并联组装，液体由膜组件的下端进入，以利于空气的排放。

2、大型的超滤设备应安装高低压保护以及采用变频供水，使水压逐渐上升避免冲击。

3、对于大型的超滤装置宜单设清洗系统，清洗用水可采用超滤水储罐。

4、使用错流过滤要采用浓水循环方式，每支膜的浓水应为产水的2.5-3倍，浓水排放为进水的1/8-1/10。

5、也可采用全过滤方式，但要试验决定其反洗周期。

超滤膜使用注意事项：

1、超滤膜必须按规定压力及温度运行，超压超温运行必然引起膜材的蠕变、破裂而损坏。

2、由于被膜截留的物质在膜表面沉积，引起超滤速率与截留性能的下降，因此超滤装置必须有等压清洗、反冲洗和化学清洗系统。

3、由于被处理的水溶液对膜污染的程度不同，实际过滤溶液的超滤速率远低于出厂时的所标定的纯水超滤速率，因此对特殊的溶液处理时，膜的设计超滤速率应根据实验确定。

4、操作时必须保持平稳的升降压，骤然的升降压易使树脂封头脱落或使纤维断裂。

影响超滤速率的常见规律：

1、低浓度溶液超滤速率快，浓缩过程中随着浓缩倍数的增加，超滤速率下降。（如：酶的浓缩）

2、溶液中同时含有几种溶质时，分子量小的溶质滤速快，大分子的物质的存在可能会在膜面形成动态膜而影响小分子的透过速率，长链分子较球形分子易透过膜。

3、料液流速高时通量大；料液温度高时，通量大，但温度不能超过45℃

4、压力增高不一定能提高流速，但溶液浓度极稀时，或用于纯水超纯水制备行业时，压力增高可提高水通量。

膜组件安装尺寸：

UF1IB125L安装尺寸：

UF1IB10-05不锈钢膜组件安装尺寸：

膜组件清洗常用方法：

在超滤过程中，由于分离物质及其他杂质在膜面会逐渐积聚，对膜造成污染和堵塞，因此膜的清洗是超滤系统中的操作步骤，膜的有效清洗是延长膜使用寿命的重要手段。膜的清洗方法有化学清洗、物理清洗两大类。

膜组件的保存：

组件短期贮存1-3天（根据环境温度决定），可不加任何药品，在组件中注满超滤水存放即可；组件长期存放，把组件清洗干净，膜组件内的存液放干净，然后根据不同行业选用适当的防腐剂，如1%甲醛加10-15%甘油溶液注满组件；如在冬季存放，可适当增加甘油比例。一般：0℃— -5℃为10%；-6℃- -10℃为20%；-11℃— -15℃为30%；-16℃以下为50%。

注：膜组件存放时，决不允许干态存放。

膜天超滤装置：

膜天标准的超滤装置采用不同截留分子量和不同材质膜元件并列组装而成，按照膜组件的不同形式分为：内压式超滤装置和外压式超滤装置。装置机电仪一体，设计有手动和自动清洗两种操作供选用。其单机产量从1t/h～40t/h多种规格。并可按用户特殊要求单独设计定制。

附：超滤设备图

中空纤维超滤装置规格、性能表：

膜技术应用：

A：超纯水方面的应用

工业用水的初级纯化 超纯水制备中水的预处理

海水，苦咸水淡化的预处理 超纯水终端处理（如电子行业电子管、显像管超纯水终端处理）

B：食品饮料工业应用

饮料、饮用水的净化 矿泉水的澄清制备

果汁的澄清与分离 低度白酒除浊净化

食品加工与有价物质的回收 蛋白的去除

糖业应用

C：发酵工业应用

生化发酵液分离与精制 酶的浓缩与精制

D：医药工业的应用

医院各级用水的处理 中药提取液分离与精制

血液制品分离与精制 医用无菌水与注射用水除热源

E:环保领域的应用

工业废水的深度处理 城市及工业污水的中水回用

废水中有用物质的回收

A超滤膜在超纯水生产中的典型应用实例：

中空纤维超滤膜在超纯水生产中的应用

目前我国的电子工业、高压锅炉补给水、制药等超纯水生产中，已广泛应用了反渗透技术，但是反渗透装置对供水质量要求比较高，以超滤代替传统的处理工艺，可以把原水的FI值由8-10降为0-1，对水中的悬浮物、胶体有机物和菌类的去除是其他预处理工艺难以达到的。超滤透过水可以达到反渗透的进水要求。中空纤维超滤装置已经成为超纯水制备装置中关键设备之一，它即可作为预处理手段，清除胶体和杂质，以减轻这些杂质对离子交换和反渗透的影响，提高离子交换系统和反渗透单元出水质量与再生经济效果；也可用在终端过滤上，能有效控制微粒和细菌数量。

采用截留分子量67000聚砜中空纤维超滤膜应用于中国华晶电子集团公司超纯水生产中取得了非常好的效果。该中空纤维膜几何尺寸为：外径1.2mm，内径0.8mm。其结构为双排指状结构，这种结构提供了良好的纤维自支撑性能，测得爆破压力为1MPa。

附：中国华晶电子集团公司试验结果：

在中国华晶电子公司无锡工厂引进的我公司超纯水生产装置中进行了现场应用试验，进口水压控制在0.1～0.11MPa，进水电阻率约在17MΩ.cm(25℃)，此时压力0.1MPa，25℃出水流量为1100L/h，表1结果表明，组件在高纯水中进行，电阻率下降＜0.5 MΩ.cm(25℃)，并可有效脱除微粒和细菌。

表1 超滤前后的水质测试结果

B超滤膜在食品饮料工业中的典型应用

超滤膜在果汁和饮料澄清中的应用

澄清是果汁或饮料生产的关键工序之一。果汁或饮料中的混浊状复合胶体微粒，必须采用澄清工艺达到分离去除的目的。

引起果汁或饮料浑浊、沉淀的原因比较复杂。由于果汁或饮料中存在单宁、多酚类物质、蛋白质、金属离子及其它胶体物质等，单宁、多酚类物质和蛋白质结合；金属离子和蛋白质、胶体物质结合；单宁、蛋白质等物质自身聚集等均可产生混浊沉淀。要澄清果汁或饮料，应从杜绝其发生沉淀的原因着手。当前，采用超滤法澄清果汁或饮料是一种非常行之有效的方法：

超滤法是利用膜孔选择性筛分作用，在压力驱动下，把溶液中的微粒、悬浮物、胶体和高分子等物质与溶剂和小分子溶质分开，得到澄清透明的产品，是一种纯物理性的分离方法，它不会对原液造成任何的污染。同时由于超滤操作在常温下进行，因而澄清果汁时，可限度地保存ＶC等对热敏感的营养、风味物质。同时具有速度快、时间短的优点。超滤还有非常好的脱色和除菌效果。

C超滤膜在发酵工业中典型应用实例：

生物发酵液的分离纯化

在以生物化学和生物发酵为主要生产工艺的医药产品生产中，例如：酶制剂、农用抗

生素、柠檬酸、生物发酵制剂，酿造产品等，作为半成品的发酵液和成品的液体型产品中，可能存在众多可能影响生产控制和成品品质的菌体、蛋白，有机抗体和无机离子，这些物质的存在轻则影响产品的纯度，重则产生污染导致产品报废。

目前，大多数发酵液的除菌过滤仍采用板框、转鼓、离心机等分离设备，或采用絮凝沉降，加热及等电点沉淀等方法。通常这些方法只能将发酵液中的菌丝体、固体杂质等固体物予以分离，而无法将发酵液中大量存在的可溶性蛋白、大分子有机物等予以分离，而这些液态形式存在的杂质又是对后序工艺提取难度和最终成品质量与回收率影响的因素之一。膜分离技术以其的分离优势，已经成为解决这一难题的途径之一。

发酵产品中通常含有的需要去除的物质组成情况可参见表 1。

生物药品和生物化学药品的常规膜分离工艺流程如下所示：

生产原液--微滤除菌去浊--超滤浓缩

采用截留分子量6000超滤膜进行浓缩分离，具有以下明显的优越性：

1、在常温下操作，克服了热对发酵产品质量的影响，而且收率高。

2、能耗低，操作简单，运行简便。

3、与真空蒸发法、溶剂萃取法、盐析沉淀相比，可节省生产成本。

4、生产的酶制剂纯度提高，除去了小分子杂质。

D超滤膜在医药工业中典型应用实例：

中空纤维超滤膜在医疗用水制备中的应用

医疗用水根据使用目的的不同大致可分为四种：

1、普通用水（含氯，用于药剂制作会使试药剂产生异味，沉淀和浑浊）

2、精制水（可用于制剂和试液的配制）

3、无菌精制水（可用于的配制，含热源）

4、注射用水（除必须满足精制水的标准外，无菌实验和发热物质试验必

须合格）

在医疗用水中，无菌水占重要地位。目前常用的无菌水制造方法主要有：

A：煮沸法：能够灭菌，但不能去除细菌的尸体、发热质、有机物和盐类。

B：蒸馏法：可获得无菌的高纯度水，但能耗高，与水共沸和近沸点物系

去除率低。

C：过滤法：将预过滤柱、活性炭吸附柱、离子交换柱、微孔过滤膜等组

合能够制得无菌的纯水。但水质不够稳定，系统再生频繁，费用高。

D：紫外线杀菌法：用紫外线冷杀菌效率较低，当紫外线灯有水垢时，也会降低杀菌效果，同时也存在发热质的问题。

常规处理方法的不同组合可以满足不同原水水质的处理要求，但由于工艺过程复杂，流程长，不易控制，出水水质指标不够稳定，而且常规水处理设备占地面积大、设备投资高、运行费用大、劳动强度大等缺陷，已逐步被不断发展起来的新的水处理方法所取代。其主要处理技术有电渗析法、微滤法、超滤法和反渗透法等膜分离技术。

反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质等，因此经反渗透处理可以得到无菌的高纯度水。而微滤和超滤在医疗用水制备中则可作为有效的预处理和终端处理措施。在有效组合上述三种技术的基础上，可以制备出各种符合要求的医疗用水，其一般工艺流程如下：

原水-预处理-微孔过滤-反渗透-活性炭过滤-离子交换系统-终端超滤-注射用水

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