压力式膜与浸没式膜的比较
压力式膜与浸没式膜在污水深度处理方面的比较
1 膜分离技术简介
膜分离是在20世纪初出现，60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
膜分离过程按过滤精度划分，可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），见下图。
图1.1 过滤图谱
采用膜过滤技术与传统的方法具有更多的优势：
1) 设备占地面积小，土建费用低，仅为传统方法的1/3～1/2，特别适合于用地面积有限的工艺扩容；
2) 运行费用低，耗能少； 3) 出水水质好，出水水质稳定。
本工程采用超滤膜组件，故下文着重对超滤膜展开介绍。
1.1 超滤膜的发展历程
超滤膜的发展历程见下图。
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图1.2超滤膜发展里程碑
1.2 超滤膜的分类
（1）按材质分类
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制作超滤膜的材料很多，目前已商品化且较常用的有十几种材料，处于实验室阶段的则更多，但总体上可将其分为有机高分子材料和无机材料两大类。
图1.3制膜材料分类
目前市场上的主流超滤膜一般采用高分子材料制成。用于制备超滤膜的有机高分子材料主要来自两个方面：一方面，由天然高分子材料改性面得，例如纤维素衍生物
类、壳聚糖等：另一方面，由有机单体经过高分子聚合反应而制备的合成高分子材料，这种材料品种多、应用广，主要有聚砜类、乙烯类聚合物、含氟材料类等。
1）纤维素衍生物类
纤维素是资源最为丰富的天然高分子，但由于其分子量很大，在分解温度前无熔点，且不溶于通常的溶剂，无法加工成膜，必须进行化学改性。生成纤维素酯或醚才能溶解加工，其中最常用的纤维素衍生物有醋酸纤维素(CA)、三醋酸纤维素(CTA)等。该类物质的亲水性好、成孔性好、材料来源广、成本低，但由此类材料制作的超滤膜耐酸碱性能差，耐酮、酯等有机溶剂的能力差，应用受到一定的影响。 醋酸纤维素是白粒状、粉状或棉花状固体。三醋酸纤维素较二醋酸纤维素强韧，拉伸强度几乎大1倍，抗压强度较大，耐热性能也有所提高。二醋酸纤维素溶于浓盐酸和丙酮，
而三醋酸纤维素则不溶，仅溶于二氯甲烷和氯仿，但三醋酸纤维素不溶于二氯甲烷及氯仿。上述纤维素经过化学改性可溶于丙酮、乙酸甲酯、乙二醇单甲醚等有机溶剂，但其最大缺点是压密性差，在高压长时间作用下，易发生蠕变而导致膜孔变小，使通量不可逆地下降。
此外，一些混合纤维素也可用于制作超滤膜，如二醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合纤维素等。
2）聚砜类
聚砜类是分子主链上含有聚合物。由于结构中的硫原子处于最高的价态。加上邻近苯环的存在，使这类聚合物有良好的化学稳定性，可耐酸、碱的腐蚀。应用于超滤膜中的主要品种有双酚A型聚砜(PSF)及其磺化产物(SPSF)、聚醚砜(PES)、聚砜酰胺(PSA)等。
a)双酚A型聚砜
(PSF)
聚砜耐化学药品性优良，除了强极性溶剂、浓硫强、浓硝酸外，对一般的酸、碱、盐、醇、脂肪烃等化学试剂稳定。它溶于氯代烃如二氯甲烷、二氯乙烷及芳烃等，并在酮类和酯类中发生溶胀、部分溶解，可溶于二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N―甲基吡咯烷酮(NMF)等极性溶剂。聚砜的缺点是耐候性、耐紫外线较差。耐有机溶剂也不太好；不宜在沸水中长期使用。聚砜机械性能优良，尺寸稳定，具有突出的抗蠕变性，抗张强度为58―83MPa。
此外，双酚A型聚砜经过磁化反应可使其主链的苯环上带有磺酸基团，从而可得到荷电膜。也可制得小孔径的耐酸碱的超滤膜。
fgf b)聚醚砜（聚芳醚砜，PES）
妈妈的奖励运动控制 在聚醚砜大分子结构中只有―SO2―、醚键和苯环骨架，没有―C―C―链，也不含有刚性极大的联苯结构，因此它的耐热性和加工性能均较好，可在180~200℃环境下长期使用；耐老化性能也优异，在180℃使用寿命可达20年；高温下抗蠕变性能极好。制品透明，尺寸稳定，耐燃性好，即使燃烧也不发烟。耐化学药品性、稳定性类似于聚砜，除了浓硫酸、浓硝酸、强极性溶剂外，不受一般化学试剂侵蚀，如对一般酸、油脂、脂肪烃、
醚类等稳定。耐蒸汽和过热水(150~160℃)性能好，PES膜可在140℃下连续使用，可经多次蒸汽消毒，但耐紫外线性能较差。拉伸强度为85MPa，玻璃化转变温度为225℃。
在聚醚矾中引入SO3-基团可制得磺化聚醚砜(SPES)，改善了材料的亲水性。 3)聚砜酰胺（PSA）
具有优良的耐热、耐酸碱和抗氧化性。
其结构中的砜基为材料提供了良好的抗氧
化性；酰胺基团则增加了分子链之间的作用力，使其机械性能得到提高。因而它兼具了聚砜和聚酰胺两者的特性。PSA可溶于二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等溶剂。
由于在PSA主链结构中含有酰胺基团，因此也可以将其归为聚酰胺(PA，尼龙)类材料。其他常用的聚酞胺类聚合物还有聚己内酰胺(PA6，尼龙6)、聚己二酰己二胺(PA66，尼龙66)和芳香族聚酷胺等。
3）乙烯类聚合物 a)聚丙烯腈（PAN）
聚丙烯腈最主要的应用领域是合成纤维工业，它的产量居合成纤维的第三位，俗称“腈纶”。作为超滤膜材料其仅次于醋酸纤维素类和聚砜。
聚丙烯腈因生产所用共聚物组成不同、溶剂路线等不同其性质有较大的差别。在150℃热处理时，机械性质变化不大，具有优良的耐光和耐气候性，拉伸强度为55~62MPa，玻璃化转变温度为95℃。聚丙烯腈不溶于醇、醚、酯、酮及油类等常用溶剂，但耐碱性稍差，用稀碱处理会变黄，用浓碱处理会遭破坏，可溶于二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、失水苹果酸酐等溶剂中，耐非极性有机溶剂。
（a）剖面（b）表面 图1.4聚丙烯腈膜电镜图
b) 聚氯乙烯(PVC)
聚氯乙烯(PVC)是产量仅次子聚乙烯(PE)的第二大通用合成树脂，具有价格低廉、
难燃、生产工艺成熟、耐微生物侵蚀、耐酸碱、化学稳定性好、优良的电绝缘性能和
较高的机械强度等优点。缺点是热稳定性较差、受热易引起不同程度的降解。
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c) 聚丙烯（PP）
聚丙烯也是一种产量较大的通用型树脂，应用于超滤膜领域的聚丙烯主要是中空纤维的形式。聚丙烯在空间结构上存在三种不同的异构体．即全同立构(等规立构)、间同立构和无规立构。等规度越高的聚丙烯其性能越好，无规立构的聚丙烯性能最差，一般不单独使用。等规聚丙烯是一种高度结晶热塑性树脂，白、无味、无臭、相对密度小。它具有优良的耐热性、化学稳定性、加工性、电性能和机械性能。它的熔点是176℃，连续使用温度l07-121℃，在不承载情况下使用湿度上限可达150℃。它与大多数介质(强氧化剂除外)均不起作用。聚丙烯的性能与其等规度密切相关，等规度越高其结晶度、密度力学强度超高。拉伸强度约为30 MPa，玻璃化转变湿度为-20℃。
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