第五章 超滤(UF).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Ultrafiltration,membranes,第 五 章,超滤,(UF),1,第一节 概 述,1.,超 滤（,UF,）基本原理,超滤,（,UF,）即超过滤，是介于,MF,和,NF,之间的一种膜过程。膜孔径在,0.1m,至,5nm,之间，但在实际应用中一般不以孔径表征,UF,膜，而是以截留相对分子量,MWCO,(,molecular,weight,cut-off,),表征（,10,3,10,5,）。,UF,同,MF,相似，也是利用膜的“,筛分,”作用进行分离的膜过程。在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过膜，大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小不同的粒子介以分离，不过其过滤精度更高，因而膜孔更小，实际的操作压力也比,MF,略高，一般为,0.10.5MPa,。,2,对象,：,UF,主要从液相物质中分离大分子物质（蛋白质、核酸聚合物、淀粉、天然胶、酶等）、胶体分散液（粘土、颜料、矿物料、乳液粒子、微生物）以及乳液（润滑脂、洗涤剂、油水乳液）。采用先与合适的大分子结合的方法也可以从水溶液中分离金属离子、可溶性溶质和高分子物质，以达到净化、浓缩的目的。,3,Milestones in the development of,ultrafiltration,4,2.UF,的特点,属于压力驱动器型膜过程；,分离范围为相对分子质量,100010,5,的大分子物质和胶体物质，相应粒子直径,5nm 0.1m,；,分离机理一般认为是机械,筛分,原理；,UF,膜的形态为不对称结构；,膜组件有形式有板式、卷式、管式、毛细管式及中空纤维式；,过滤的方式一般为错流过滤；,膜皮层厚度小于,1m,，操作压力低，可不考虑渗透压的影响；,易于工业化，应用范围广。,5,第二节 超滤的基本理论,UF,的,基本原理,在一定的压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过,UF,膜表面时，溶剂和小分子物质（无机盐等）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。,6,UF,膜结构及截留方式,结构特征,：一般为非对称膜，由一层极薄的（,0.11m,）具有一定孔径的,表皮层,和一层较厚的（,125m,左右）具有海绵状或指状结构的,多孔层,组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。,UF,过程中溶质的截留包括：在膜表面上的,机械截留,（筛分）、在膜孔中的,停留,（阻塞）、在膜表面及膜孔内的,吸附,等三种方式。,7,UF,和,MF,的功能有所不同，,MF,多数是除杂，产物是过滤液；而,UF,着重是分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。,8,二、,UF,的基本传质理论,浓差极化,传质系数,速率方程,微孔模型,渗透压模型,凝胶极化模型,9,（,1,）,.,浓差极化概述,在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高。,在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成,边界层,，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降。,当溶剂向膜面流动（对流）时引起溶质现膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为,浓差极化边界层,，这一现象称为,浓差极化,。,10,压力驱动膜过程中各种传质阻力示意图,通量随时间变化趋势,11,Salt concentration gradients adjacent to a reverse osmosis,desalination membrane.,12,13,浓差极化引起的稳态条件下的浓度分布,14,在稳定状态下，被脱除（截留）组分浓度分布和易渗透组分的浓度分布情况。,（,a,）截留组分的浓度分布,（,salt in desalination of water by reverse osmosis),（,b,）易渗透组分的浓度分布,（,water in dehydration of ethanol by,pervaporation,),15,（,2,）,.,浓差极化的危害,使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而,减小传质驱动力,；,当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，,增加透过阻力,；,膜表面沉积层或凝胶层的形成会,改变膜的分离特性,；,当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对,膜发生溶胀或恶化膜的性能,；,严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。,概括地说，就是,分离效果降低，截留率改变，通量下降,。,16,浓差极化的影响,渗透汽化,k,传质系数；,J,膜通量,17,（,3,）,.,减少浓差极化的方法,由浓差极化形成原理可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可减少浓差极化，提高膜的透液速度。方法如下：,选择合适的膜组件结构；,加入紊流器；,料液横切流向设计；,料液脉冲流动；,螺旋流；,提高流速；,适当提高进料液温度以降低粘度，增大传质系数。,18,增加湍流，减小边界层厚度以减小浓差极化,膜通量加大，浓差极化加大,膜浓缩加大，浓差极化加大,溶质扩散系数增大，浓差极化减少,19,湍,流,强,化,器,Flow dynamics around the spacer netting often used to,promote turbulence in a membrane module and reduce concentration polarization,20,21,渗透压模型,UF,的溶质是高分子，在低浓度时其渗透压与操作压力相比可忽略不计；随着溶液浓度升高，渗透压呈指数关系急剧上升，此时必须考虑渗透压的影响。,极限通量,用纯水测定透过膜的通量时，其值与操作压力成比例增加，但高分子溶液进行,UF,时，透过膜的通量与压力不成比例，在达到一定值后，就不随压力变化了，此时膜的透过通量即为极化通量。,22,23,极限通量,(,J,),与原料主体浓度,之间的对数值关系,浓差极化与凝胶形成,24,第三节,UF,膜的特性及制备方法,一,.UF,膜性能表征（特性）,渗透速率,（即,膜通量,）单位是,L/m,2,h,，分为,纯水渗透速率,和,溶液渗透速率,，前者可用于膜的性能指标的标定，,UF,的纯水渗透速率约为,201000 L/m,2,h,；后者的渗透速率约为,1100 L/m,2,h,（依料液的性质而变）。当,UF,的通量低于,1 L/m,2,h,时没有实际应用的价值。,膜的截留性能,用截留相对分子质量（,MWCO,）来表征,UF,膜的分离特性。,MWCO,一般指膜对某标准物,截留率为,90%95%,时所对应的相对分子质量为该膜的截留相对分子质量。目前各厂家尚无统一的测试方法和标准物质。,25,测量截留相对分子质量的标称物一般分为三类：,球状蛋白质,(,如牛清蛋白,M,w,=6.7,万，卵清蛋白,M,w,=4.4,万，胰岛素,M,w,=0.57,万，,VB,12,M,w,=0.12,万,),带支链的多糖（如葡聚糖,M,w,=23.6,万、,10,万、,4,万、,1,万不等）,线性分子（如聚乙二醇，,M,w,=6000,、,10000,、,20000,不等）,相对分子质量,26,影响截留相对分子质量及截留率的因素,主要因素有：,溶质分子的形状和大小,膜材质与膜的形态结构,其他溶质,操作参数（如跨膜压差、错流速度、料液浓度、温度、膜的预处理）等。,27,Laboratory,ultrafiltration,test systems(1),实验室,UF,的操作模式,28,Laboratory,ultrafiltration,test systems(2),Filtrate,29,二,.,超滤膜材料,日前商品化的,UF,膜都是采用聚合物材料由,相转化法,制备的，常用材料包括：,聚砜,(PSF)/,聚醚砜,/(PES),磺化聚砜,/,聚砜酰胺,(PSA),聚偏二氟乙烯（,PVDF,）,聚丙烯腈（,PAN,）,纤维素（,CA,，,CTA,及再生纤维素）,聚酰亚胺,(PI)/,芳香聚酰胺,(PA),聚脂肪酰胺,聚醚醚酮（,PEEK,）,复合,UF,膜,陶瓷膜（氧化铝、氧化锆）,其皮层通过,溶胶,凝胶法,制备,有,机,膜,无机膜,30,三、超滤膜的制备,欲制备性能优良的,UF,膜，一是选择合适的,膜材料,；二是选择合适的,制膜工艺,和最佳的,工艺参数,。,有机高聚物,UF,膜,大多为非对称膜，应用最广的是,相转化法,。,无机,UF,膜,结构分三层，即分离层、中间层和载体层。整个膜的孔径分布是由载体层到顶层（分离层）逐渐减小，形成不对称分布。制法有,固体粒子烧结法,、,溶胶,凝胶法,等。,31,第四节 越滤装置,与,RO,、,NF,装置一样，,UF,膜组件有,4,种形式：,卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备）,中空纤维式,板框式（处理粘度较大的料液）,管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）,几种,UF,膜组件在膜比表面积、投资费用、运行费用、流速控制及现场清洗等方面的比较见教材,P113,的,表,5-3,。,32,第六节,UF,的应用,在水处理中的应用,饮用水方面,采用膜净化饮用水是膜技术的最主要应用。传统的水处理包括投药、凝聚、絮凝、沉淀、过滤和杀菌等过程；新的规则要求去除三氯甲烷（,THM,）和其他合成有机物。,UF,在去除对人有害的微生物方面是很有效的。家用净水器就是,活性炭吸附,技术与,UF,技术,杂化的成功范例。,UF,也已成为我国目前在矿泉水生产中的主体净化设备。,33,原水,格栅,/,预滤,NF,（混凝）,MF/UF,出水,原水,格栅,/,预滤,（混凝）,MF/UF,出水,深度净化,深度净化,日本“新,MAC21”,项目中典型膜过滤系统流程,（,a,）,（,b,）,UF,的应用,34,作为,RO,装置的前处理设备,如,海水淡化过程,中，一些细菌和藻类物质，利用常规的预处理技术很难完全除去，它会在管道及膜面迅速繁衍生长，容易堵塞水路和污染,RO,膜，如在,RO,之前使用,UF,处理其进水，可使海水的,FI,值,(,污染指数,),达到,01,，而且细菌及海藻等几乎全部除去。,高纯水制备,中，,UF,透过水完全可作,RO/ED/,离交,等水处理系统的进水，这样不但保护了这些装置的安全运行，而且也提高了产品水的质量。,UF,装置对其进料预处理工艺的要求，一般采用,510m,精度的过滤器过滤即可。,UF,的应用,35,作为水处理设备的终端处理设备,如在高纯水制备和饮用纯净水制备就用,UF/MF,去除去离子水中的微粒、细菌、热原和胶体等杂质。如,高纯水,制备的流程之一：原水预处理,UF/MF,RO,预脱盐离交（含混床）,UF,分配系统使用点微孔过滤。,饮用纯净水,目前最先进的工艺如下：,自来水砂滤炭滤软化保安过滤一级,RO,二级,ROO,3,精滤灌装,絮,凝,剂,还,原,剂,pH,调,节,剂,UF,的应用,36,在食品及发酵工业中的应用,在乳品工业中,用,UF,法从干酪乳清中回收乳清蛋白以及用,UF,法浓缩脱酯牛乳；,UF,已成为乳清回收的标准方法。,大豆蛋白制备,大豆富含蛋白质和较完全的氨基酸，大豆蛋白质有较好的保水、吸油、乳化及溶解等功能，广泛用于肉制品、奶制品、面制品、饮料等食品中，能够有效地提高食品价值与功能特性。可用膜法分离提取大豆蛋白、回收大豆乳清蛋白、从大豆煮汁中回收蛋白质。,UF,的应用,37,果蔬汁的澄清,果蔬汁的澄清用,UF/MF,（浓缩用,RO,；脱酸用,ED,或,NF,）。经,UF,得到的果汁色泽鲜艳，清澈透明、香味浓郁，口味更佳。,糖的精制,可进行糖汁膜法净化、浓缩、脱盐，以及膜法废水处理等。,植物油精制,用,UF,法去除并回收卵磷脂、除酸、脱色、脱蜡及油的澄清。,38,用作动物饲料,反渗透,超滤,排入下水道,乳清,预处理,渗透液,浓缩液,干燥,乳清粉,浓缩液,渗透液,UF,法处理乳清工艺流程示意图,UF,的应用,39,Simplified flow schematic of an,ultrafiltration,/reverse osmosis process to extract valuable components from cheese whey,乳糖,40,（续前）,酶的提纯,其他应用,如,马铃薯蛋白的回收；,酱油的澄清；,葡萄酒的澄清过滤；,醋的过滤；,茶饮料澄清（国内大型速溶茶的生产厂已开始用,UF,和,RO,进行提纯和浓缩，这对解决茶汤的冷浑和保持茶的清香起到关键作用，,UF,技术可除去茶叶中的咖啡碱、多酚类物质、蛋白质、多糖尿病及果胶等杂质）,UF,的应用,41,。,在生物工程与医药工业中的应用,（,1,）医药用水的制备,医药用水种类：,纯化水,(Purified Water,也称精制水,),灭菌纯化水,(Sterile Purified Water),注射用水,(Water for Injection),灭菌注射用水,(Sterile Water for Injection),抑菌剂注射用水,(,Bacteriostatic,Water for Injection),灭菌吸入用水,(Sterile Water for Inhalation),灭菌冲洗用水,(Sterile Water for Irrigation),血液透析用水,(Water for Diluting Concentrated,Haemodialysis,Solution),UF,的应用,42,饮用水符合美国国家环保局,的国家饮用水质量标准,特定的药用水,(,如大批量化学药,物及工艺用水,),配料水,典型的处理步骤,软化,/,脱氢,/,去离,子,/RO/UF/,蒸馏,纯化水,注射用水,蒸馏,或,RO,包装、灭菌,包装、灭菌,非肠道药物以,外的制剂,灭菌纯化水,包装水,灭菌注射用水,灭菌灌注用水,抑菌剂注射用水,灭菌吸入用水,其他用途,医药用水制备工艺,UF,的应用,43,纯化水,以去离子及有机物为主要目的，所用设备有离子交换装置、,RO,装置、电渗析等。,灭菌纯化水,以灭菌为主要目的，可使用灭菌过滤器、耐热型,UF,装置、,RO,装置及蒸馏器。,注射用水,蒸馏是最成熟的方法；若采用,UF,膜，它必须能脱除内毒素；,RO,膜在分离低相对分子质量化合物或离子时比,UF,膜更有效。,除热原水,用,RO,装置或,UF,装置脱除热原。,UF,的应用,44,热原,(,pyrogen,),是微生物产生的,内毒素,，是,由磷脂、脂多糖和蛋白质组成的复合物,。微量即可引起恒温动物体温异常升高。其中脂多糖具有很强的热原活性。主要由细菌产生，由革兰氏阴性杆菌产生的热原致热能力最强，真菌、病毒也可以产生热原。,热原污染的途径,：从溶剂中、原料中、容器、用具、管道和装置等、制备过程中、输液器带入。,45,热原的性质,耐热性,：耐热性能较好，但高温可破坏；,滤过性,：约在,1-5nm,，可通过一般滤器，但不能通过超滤设备；,吸附性,：分子量较大，在溶液中可被活性炭、石棉、白陶土等吸附；,水溶性,：因为脂多糖的结构，可溶于水；,不挥发性,：本身不挥发，但蒸馏时可随水蒸气的雾滴进入蒸馏水中。,可被强酸、强碱、强氧化剂、超声波破坏。,46,热原的耐热性能良好，,60,加热,1h,不被分解破坏，,100,不降解，但,1803,4h,、,20060min,或,25030,45min,可使热原彻底破坏。因此耐热物品如玻璃制品、金属制品、生产过程中所用的容器和其它用具以及注射时使用的注射器等，均可采用此法破坏热原。但在通常使用的注射剂热压灭菌条件下不足以破坏热原。,47,在医药用纯制造中应用的膜过程主要有,MF,、,UF,和,RO,。,MF,除用作,RO/UF,的预过滤和纯水用水点的终端过滤，,0.10.2m,的,MF,膜还可用于除菌。,UF,主要用于系统的预处理及终端的细菌及细菌内毒素的去除。,膜技术在应用过程中还存在一些问题，其中最突出的体系内的生物污染。,(2),医疗用膜及装置,血液净化系统,包括血液透析、血液过滤、血液灌流、血浆分离等。,腹水超滤装置,UF,的应用,48,(3),生物制品的精制与提纯,发酵液澄清,细胞分离,酶、蛋白质等大分子物质的浓缩和精制,抗生素、多肽及氨基酸的精制纯化,药液除菌与除热原,(4),中草药提纯精制,超滤法制备中草药制剂的工艺流程大致如下：,中草药水煎煮粗过滤浓缩预处理澄清药液,UF,超滤液灌封灭菌,UF,的应用,49,V,C,发醇液,化学凝集预处理,板框过滤,清液高速离心,古龙酸钠清液,树脂交换提取,解析液一级浓缩,二级浓缩,古龙酸溶液,Ultra,flo,超滤,V,C,生产,中,超滤,膜的应用,UF,的应用,50,传统法生产,Vc,示意图,膜法生产,Vc,流程示意图,UF,的应用,51,。,在环境工程中的应用,电泳漆回收,80,年代中期以来,阴极电泳漆,逐渐替代,阳极电泳漆,，电泳漆废水中的涂料大约为使用涂料的,10,50,，,阴极电泳漆含固量高，粘性强，,UF,膜极易污染。,UF,膜材料有,PS,、,PVDF,、聚烯烃等多种，膜组件形式包括中空纤维、管式、卷式等。在生产线上引入了超滤设备，形成了一个以,UF,为核心的利用槽液来冲洗的“内循环系统”。这样既节省了原料，又大大减少了环境污染。,原采用混凝沉淀及生物转盘生化处理，一条生产线排放含漆废水约,20m,3,/d,，而使用,UF,系统在保证漆液质量的情况下，排放清洁的,UF,渗透水,50L/d,，因而基本上消除了污水的排放问题，同时可使漆料全部回收。,UF,的应用,52,Flow schematic of an,electrocoat,paint,ultrafiltration,system.,UF,的应用,铬酸盐,53,聚砜,UF,装置处理染料废水流程,54,含油废水处理,含油和脱脂废水的来源极为广泛，如钢铁工业的压延、金属切削、研磨所用的润滑剂废水；石油炼制厂及油田含油废水；海洋船舶中的含油废水；金属表面处理前的除油废水等。轧钢含油废水是轧钢厂在轧钢工序中的冷却水和冲洗水，其污染物主要是为油（动物性油脂和矿物性油脂的混合物）和悬浮物，废水一般为乳浊状，常规处理方法有化学法、气浮法、凝聚吸附等方法，其操作复杂、耗资较大；而采用膜法处理这类废水具有高效、节能、体积小、操作简便、油分可回收等优点。,钢管厂排出的乳化废水含油量约为,1.3610,4,mg/L,，,BOD,值约,4050mg/L,，,COD,值约为,4.0410,4,。某厂用板框式,UF,器配用,PSF,超滤膜，截留分子量,1,万，运行压力：设备进口,0.40,0.42MPa,，出口,0.10MPa,，压差约,0.30MPa,，平均膜通量达到,15,20L/(m,2,h),，,UF,渗透液含油量在,30,100 mg/L,范围内。,UF,的应用,55,UF,法,处理轧钢乳化油废水工艺流程,UF,的应用,56,油田采出水是与原油一起从油层中开采出来，又经分离过程将原油脱出。典型的油田采出水组成及物化性质如下表所示。,成 分,含量（,mg/L,）,成 分,含量（,mg/L,）,pH,值,6.8,7.5,温度（）,30,70,悬浮物,150,2 290,碳酸钙,160,3 700,总,溶解固体,430,39 100,硅,14,37,油,200,1 640,铁,0.04,2.4,总,有机碳,36,250,硫化物,4,10,可溶性有机碳,16,90,UF,的应用,57,对油田污水处理常规的方法有,重力沉降法,、,离心分离法,、,深层过滤法,和,气浮法,等。重力沉降属污水预处理；离心分离法如水力旋流器等已进入实用阶段；深层过滤法处理后可达到：含油,5mg/L,，,含悬浮物,2mg/L,；气浮法对,乳化油具有较好的去除效果。,随着膜分离技术的发展和成熟，膜法处理油田采出水（含油污水）成为研究热点。用超滤（,UF,）,和微滤（,MF,）,技术处理油田采出水既避免了对环境和水体的污染，又可提供高质量油田回注用水，国内外都有研究和应用。,UF,的应用,58,造纸工业废水的处理,造纸工业是工业废水最大产生源之一，每生产,1t,纸浆需用水,100400m,3,，其中,80%,用于洗净，这些排放液不仅,BOD,高，色深，酸,/,碱性强且常是热的，而且大部分不能降解，这类废水包含由糖和有机酸构成的,BOD,成分，由木质素及其分解产物构成的,COD,成分和无机盐类，若不加处理而随意排放，将造成严重的污染。,直接蒸发浓缩而后焚烧，要消耗惊人的电力或重油，用絮凝或生化法处理不仅效果不太理想，而且产生大量污泥，需进行二次处理。,造纸工业的废水主要来源于去皮、浆化、冼净、漂白、抄纸等工序。用膜法处理这些废水的研究早在,20,世纪,70,年代初就开始，并在欧、美、日等国建立了一定规模的装置，以证明膜技术在这些领域应用的可行性。,UF,的应用,59,用膜法处理亚硫酸纸浆工艺流程示意图,UF,的应用,60,大楼排水处理,大楼排水包括化粪池排水、厨房排水、洗浴水、盥洗水等，如对大楼排水进行集中处理到中水标准（,中水,是指生活污水处理后，达到规定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水。,），可以回用于浇洒绿地、洗车、冲洒路面和冲洗厕所等。中水回用是实现污水资源化、缓解水资源不足的重要途径，在水资源日益短缺的今天具有重要的社会效益和经济效益。,日本东京住友双楼中水处理采用生化,UF,平板膜系统流程简图,用水点,格 栅,调节池,曝气池,平板,UF,活性炭,33,pH,调节槽,再生水贮槽,部分回流,消毒,原水受槽,UF,的应用,61,填埋场垃圾渗沥液的处理,卫生填埋是世界范围内垃圾处理的主要方式，这将产生大量垃圾渗沥液。垃圾渗沥液的成分相当复杂，它不仅含有高浓度的有机物，而且还含有高浓度的氨氮、碱度和重金属等若任其排放将严重污染周围农田及水系。,UF,的应用,62,我国近年来用膜技术处理油田含油污水的应用,(,实验,),例子,大庆油田,110,注水站,含油污水原油含量,180mg/L,，,悬浮物含量,30mg/L,。,用截留相对分子量为,8,万的,UF,膜处理，稳定的膜通量为,200L/m,2,h,，,操作压差为,0.08MPa,，,透过液符合油田回流水 要求。,江汉油田,用,19,通道的陶瓷膜（材质为,A1,2,O,3,）,处理油田采出水，原采出水水质为：悬浮物含量,30,200mg/L,，,油含量,20,500mg/L,。经膜,处理后，悬浮物含量完全达到并超过油田注水标准。膜装置对油去除率为,98.3,99.9,，对悬浮物去除率,99,。,UF,的应用,63,胜利油田东辛采油厂,经预处理的污水含油,20,100mg/L,，机械杂质,10,50mg/L,，用聚砜（,PS,）管式,UF,膜处理，膜能量为,4.50,1.50 L/m,2,h,，操作压差为,0.18MPa,，透过水含油,1.5mg/L,，机械杂质,0.92mg/L,无论是无机膜还是有机膜在油田采出水处理中目前都还没有大规模的应用，其主要原因是采出水水样的多变性造成了不同的膜污染，影响了膜的通量、膜的清洗再生性以及膜的使用寿命等。相比较而言，陶瓷膜可能可在这方面得以推广应用，但仍需要膜的研究者与油田工作者通力协作。,UF,的应用,64,超,滤,膜,法,处,理,乳,化,油,废,水,65,油墨回收,印钞擦版废液是印钞行业排入水体的主要废水，其主要成分包括去离子水、,NaOH,（约,10g/L,）、表面活性剂（约,5g/L,）、被分散的油墨和石蜡等。,COD,Cr,平均值高达,2 500mg/L,，色度平均为,50 000,倍，固形物含量平均达,90 000mg/L,，,pH,值为,13,。若不处理排放不仅将严重污染环境，而且造成废液中有用物质的（资源）浪费。,UF,法处理回用印钞擦版废液工艺流程图,UF,的应用,66,指 标,处理前,处理后,COD,Cr,（,mg/L,）,270 940,1 910,色度（倍）,45 000,32,固体物（,mg/L,）,TS90 000,SS7.6,pH,值,13.0,12.8,正常情况下，投资可在,1,2,年收回。因此，膜法不仅具有良好的环境和社会效益，而且具有良好的经济效益，是一种凹印擦版废液处理的新途径。,UF,的应用,67,纺织工业废水处理,纤维工业废水在全部工业废水中占有一定比例。这种废水不仅具有很高的,COD,值，而且还含有多种无机盐和悬浊物。传统处理法主要用臭氧法、凝聚沉淀法、活性污泥法等技术处理。,凝聚法,需用大量的化学药品，同时也产生很多污泥，带来二次污染；,生化法,对高浓度的有机物废水，往往不能达到使有机物完全分解。,20,世纪,70,年代中期，国际上开始了用膜技术处理纤维工业废水的研究。随后陆续推广到工业生产中应用，在经济和社会效益两个方面都取得良好的效果。,纺织工业中为了增加纱线强度，织布要把纱线上浆，印染前再把上浆剂洗去，称为,退浆,。传统的棉布上浆剂是淀粉，后来多改为,PVA,，用量很大。而,PVA,的化学性能较稳定，其废水的,COD,较高，使用一般生物氧化法很难降解。一般用化学凝聚法或蒸发法处理。,UF,的应用,68,超滤膜法回收,PVA,工艺流程示意图,69,Flow schematic of a three-stage feed-and-bleed,ultrafiltration,system used to recover,poly(vinyl,alcohol)(PVA)sizing agents used in the production of cotton/synthetic blend fabrics,70,用,UF,技术处理,PVA,废水，不仅消除其对环境的污染，回收的,PVA,和水还可在生产中再用。国外在,20,世纪,80,年代初期已开始用于工业生产。我国滞后很多，至今还未能较好地推广应用。,UF,的应用,71,UF,法处理洗毛废水,在毛纺工业中，原毛在一系列的加工之前，必须将粘附于其上的油脂（羊毛脂和羊毛蜡）及污垢冼 净，否则会影响纺织性能和染色性能。国内外普遍采用,乳化法,，即用各种表面活性剂如高级脂肪醇的硫酸盐及其它非离子活性剂等，用水配成一定的浓度，在一系列的水洗槽内洗涤羊毛。每年排出的大量废水中，,COD,、脂含量及总固体含量都远远超出工业废水的排放标准。因此，如何消除污染和回收具有较高经济价值的羊毛脂，是毛纺工业中的一个重要课题。,传统的方法是采用,高速离心分离,，其缺点是分离效率只能达到,30,40,70,年代，,UF,开始用于洗毛废水的处理。结果表明：通过,UF,，洗毛污水可以浓缩,10,20,倍；脂的截留率达,90,以上；总固体的截留率大于,80,；,COD,的除去率大于,85,。,UF,的应用,72,UF,用于纤维油剂的回收,在纤维工业的织造工序中，为了使纤维具有光泽及防止纤维带电，常常对纤维使用油剂处理。通常纤维在油剂乳化槽浸渍前要进行水洗，它带有,10,20,水分，由于水分的带入使油剂的浓度不断下降。降到一定程度以后，就得倒掉重换新的。使用,UF,技术可以回收价格高的油剂，且避免了环境污染。,日本一化学公司用,UF,对油剂废水进行处理，油剂的分离率在,98,以上。我国秦皇岛的玻璃纤维厂采用,UF,技术，处理了,COD,高达约,4,的玻璃浸润剂废水，扣除成本后还可获利可观利润。,UF,的应用,73,UF,技术用于各种食品废水的处理,食品工业中牛奶、饮料、淀粉、豆腐、肉类等加工过程中形成的废水，其中含有蛋白质、淀粉、酵母、乳糖及脂肪等，都有一定的回收价值，而这类废水中的,BOD,和,COD,又较高，会对环境造成污染。用一般生化法较难处理，且无法回收其中有用物质。用膜法可以实现有用物质回收利用又达到净化废水目的，是很有发展前途的。,UF,的应用,74,酵母生产废水的处理,酵母生产废水是指以糖蜜为主要生产原料发酵生产酵母过程中产生的废水，是一种高浓度有机废水，,COD,Cr,可达,3 000,8 000mg/L,，,BOD,5,为,15 000,35 000mg/,，废水的,pH,值为,4.0,7.5,，并随酵母生产批次而变化。该废水成分复杂，处理难度较大，传统处理方法是生物处理法，如厌氧接触消化法、升流式厌氧污泥床工艺、好氧生物处理法。目前，国内外研究用膜法回收酵母生产废水有用成分，使废水经处理后再回用，可减轻废水对环境的污染。采用絮凝沉降,NF,UF,组合技术处理酵母废水，可以回收废水的酵母、蛋白质等有价值物质和水的重新使用。,UF,的应用,75,大豆乳清废水的处理,大豆乳清废水为大豆分离蛋白后所产生的废水，分离蛋白凝乳后的上清液即为大豆乳清废水，其中的固形物主要由大豆乳清蛋白、盐类及低聚糖等，这三类物质约占废水的,1.5,2.5,。其中小分子蛋白和低聚糖都是营养价值极高的保健品。尤其是低聚糖，能大量增殖人体肠道内的双歧杆菌，显著改善肠道消化功能。膜技术分离大豆乳清废水中的蛋白和低聚糖，是目前最有前途的大豆乳清废水处理方法之一。,UF,的应用,76,马铃薯淀粉生产废水,马铃薯是生产淀粉的主要原料，其生产工艺是将马铃薯洗净后经粉碎、分离、沥析等工序后而制成淀粉，在生产过程中产生大量的淀粉废水，包括输送工段、洗净工段的,流送废水,，淀粉乳和渣滓的,分离废水,，生产设备的,洗刷废水,和淀粉渣,贮槽废水,等。这种废水特点是有机物含量较高，,COD,高达,3 000,10 000mg/L,。如果将生产工艺中的废水直接排放到环境水体中，将造成水体缺氧，使水生动物窒息死亡，导致大面积环境污染。用膜法处理马铃薯淀粉废水，在国外有试验及其应用实例，国内也曾进行过初步试验研究。但从目前掌握的资料看，采用,UF,法还存在不少问题尚待解决。主要是蛋白回收率不高，这就从技术经济上限制了该技术的推广和应用。,UF,的应用,77,屠宰废水,其中含有大量的血污、毛皮、碎肉和内脏杂物等污染物，,是我国最大的有机污染源之一,。据统计，屠宰场废水水质一般为：,BOD,5,为,300,1 000mg/L,，,COD,为,600,3 000mg/L,，,SS400,2 700mg/L,，,pH6.2,6.9,，色度和,SS,也严重超标，因此，未经处理的屠宰废水将会严重污染环境。目前，英国、瑞典等国已成功地开始了从屠宰废水回收蛋白质。,UF,的应用,78,味精废水的处理,味精废水通常分两类：一类是,发酵谷氨酸提取后的废水,，属于高浓度有机废水；另一类是,相关车间的废水,，如淀粉废水、制糖废水、发酵习惯水、精制废水等，属于中等浓度的有机废水。,第一类废水,COD,、,BOD,都很高，强酸性且高,SO,4,2,，属于难处理的高浓度有机废水。主要处理方法有：饲料酵母法、厌氧处理法、厌氧好氧二级生化处理法、膜分离法等。膜分离法工艺主要分为前处理、超滤、萃取、沉淀等几部分。原液经前处理后进入,UF,系统，菌体被截留，锌离子、水及其它小分子溶质则透过膜，从而达到菌体与锌离子的分离。,UF,的应用,79,透过液,味精废水,保安过滤,UF,系统,吹氨,生物处理,达标排放,浓缩液,蛋白,干燥,超滤法去除味精废水中菌体的工艺流程,UF,的应用,80,9.UF,应用领域小结,制药,/,生化：,蛋白质的纯化、脱盐与浓缩；,生化产品的澄化；,各种发酵全液的浓缩；,经澄化的生化制品液的浓缩；,酶的提取；,医药产品的除菌；,去除热原,81,食品工业：,牛奶和乳清蛋白的浓缩；,奶酪的生产；,酒和食醋的过滤；,果汁的澄清；,明胶的浓缩；,食用油的精炼；,淀粉和糖的浓缩,82,环境工程：,地表水的纯化；,汽车清洗水的循环使用；,含油废水的处理；,印刷油黑的去除；,垃圾渗沥液的处理；,感光乳剂的浓缩与回收,金属加工：,油,/,水乳化液的分离；,除油渍浴液的处理,油漆应用：,（汽车）电泳涂漆的过滤；,水基喷溅的回收,83,纺织,/,造纸：,上浆液的回收；,胶乳的回收；,涂层颜料的循环；,造纸工业废液处理,化学工业：,各种化工废水处理过程；,染料脱盐；,胶乳液的浓缩；,催化剂的回收,电子工业：,高（超）纯水的预过滤,84,