过滤膜材质
常见的切向流过滤膜材质有聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚醚砜(PES)材质的微滤膜、纤维素,聚醚砜(PES)材质的超滤膜,醋酸纤维素和芳香聚酰胺材质的反渗透膜等。切向流过滤装置(膜堆)主要有板式超滤装置、卷式超滤装置和中空纤维式超滤装置等(图2.92)。
图2.92常见的切向流过滤装置
板式超滤装置
板式超滤装置(板膜)是由膜片和湍流网交替的叠加在一起封边后组成,泵把样品送入间隔的进液流道,滤过液穿过膜进入滤过液流道。板膜设计的优点是装置机械稳定性好,适合在广泛的压力范围内工作;有多种流道筛网可选,容易安装拆卸,猜洗方便;占地面积小,有的板膜可以实现线性放大。板膜设计的缺点主要是价格较贵、膜的强度要求较高,需要支撑层,以增强膜的机械性能。
卷式超滤装置
卷式超滤装置(卷膜)是由膜片和湍流网沿着一个中空的轴交替缠绕而成,样品从一端沿轴向下流动,滤过液穿过膜流向轴心。卷膜设计的优点是单位体积内的有效膜面积较大,水在膜表面流动状态比较好;结构紧凑,占地面积较小;价格低廉;由于采用了湍流网加强湍流效果,所以超滤效率高于中空纤维膜。卷膜设计的缺点是进料预处理要求严格,对所用的膜强度要求较高;使用过程中,一旦发现膜破损须更换新的膜元件;由于在放大时,其进液流道和滤过液流道的长度都必须改变,因此,卷膜不能进行线性放大处理。
中空纤维式超滤装置
中空纤维式超滤装置是由一束直径很小的膜管组成的,其膜管的直径通常是0.1~2.0mm,泵把样品送入膜管内,滤过液穿过膜流入膜与外壳之间。中空纤维式超滤装置的优点是单位体积内有效膜面积大;工作效率最高;占地面积小;中空纤维无须支撑物;由于其开放式的流道,在一般的切向流速下,产生的剪切力也很低,这对于对剪切力非常敏感的产品可能有用。中空纤维式超滤装置的缺点是耐压较差,高压下操作容易损坏;中空纤维膜损坏后要更换整个组件;由于它属于开放式流道设计,滤膜需要用较大的泵系统才能获得比较令人满意的超滤速度,所以相对生产效率较低。
综述
通常,在板式和卷式超滤装置的进液和/或滤过液流道中插入湍流网,以增加湍流效果、减小浓差极化,而中空纤维式超滤装置没有这种结构。即使在比较低的切向流速下,加强湍流效果的流道中的物质交换效率也较高,这就意味着用较小的泵,就可以达到较高的超滤速度。因而,加强湍流的流道要比无湍流网的开放式流道效率高。如果在板式超滤装置中,采用悬空式流道,还可以同时兼具开放式和加强湍流式两种特性。