利用超滤技术净化水
分割线导言
超滤（ UF ）是一个重要的超纯水生产净化技术，广泛应用于生化，食品饮料，以及生物制药等领域。当超滤与其他净化技术结合应用在一个完整的水处理系统中时，超滤是去除粒子，热原，蛋白质，和大分子有机物的理想工艺。本文概论了超滤技术的原理和实际应用。
超滤基本原理
超滤技术是一种压力驱动的膜过滤技术，在压力作用下水和低分子物质可以透过超滤膜，而颗粒，胶体和大分子物质则被截留。超滤的去除原理主要是尺寸排除（机械式过滤），尽管带电荷和表面化学性质的粒子或膜可能影响净化效率。超滤过滤孔径范围大约1000到50万道尔顿，大于纳滤过滤孔径（200~1000道尔顿）。
超滤膜的材质主要是聚砜或聚酰胺等聚合物，根据具体应用需求，超滤膜可制成片状、中空纤维或切成圆盘状。在许多实际应用中，一小张超滤膜会很快被过滤杂质污堵并导致过滤流速急速下降。因此，超滤膜通常被制成大过滤面积，并且过滤方向为膜表面的切向，以最大限度地降低膜污堵的可能，如一大张（几平方英尺）的超滤膜螺旋缠绕在中心管上制成的卷式膜元件，或包含很多细小超滤膜纤维的中空纤维超滤膜元件。
图1
超滤在水净化工艺中的作用
超滤可有效去除胶体，蛋白质，细菌，热原（例如，革兰阴性细菌内毒素），以及其他分子量大于膜孔径的有机物。超滤可作为反渗透预处理或去离子水的终端过滤。
当需用一级水时，尽量降低超滤膜的原材料离子析出，减小水流死角以防止细菌和有机物污染，显得尤为重要。这种情况下，中空纤维超滤膜可作为理想的超纯水过滤元件。超纯水系统使用的中空纤维超滤膜元件其膜丝封装在一个低离子及有机物溶出的高纯度塑料容器内，18.2MΩ.cm的去离子水进入超滤容器后与中空纤维膜外壁接触过滤进入膜丝内部，滤过后的水高速汇集为产品水流出，从而尽量减少了析出物和污染物对水质的影响（见图1）。由于水的不断纯化，溶质浓缩，可能导致超滤膜污堵，为保证产水流量和水质纯度，需要周期性的对超滤膜浓水侧膜表面进行压力冲洗。超滤膜的过滤效率可以表示为它的log缩减值（LRV）如下：
Log=[给水污染物含量]/[产水污染物含量]
图2
评价中空纤维超滤内毒素去除效率取决于给水内毒素含量范围和LRV值。图2，中空纤维超滤膜内毒素去除率LRV分别为3.7和6.6。测量给水和产水污染物含量以确保最终产水水质在实际应用中极其重要。一个完善的超滤装置必须确保工作参数正确，并且通过质量测试，包括直接的工作测试和空气打压泄漏测试。
超滤去离子水多用于对细菌，蛋白质，金属离子，或溶解性有机物高度敏感的生物学应用。随着不断的过滤，污染物的淤积会对水质和实验结果造成负面影响。化学消毒是一种消灭超滤膜内细菌和有机污染物的有效方法。但是，定期常规消毒会由于消毒剂的高离子浓度导致超纯水电阻率下降。完善设计的超滤可有效清洁消毒后的离子残留，使产水快速恢复最佳电阻率并保证有机物被有效清除（见图3和图4）。试剂级氢氧化钠已被证明是一种有效的清洗剂且有以下好处：
- 有效杀灭细菌
- 有效减少内毒素
- 有效杀灭有机污染物
- 减少化学消毒副产物的形成
- 最小化学残留
- 经济易用的消毒剂
图3
图4
最新的水处理系统配置有周期自动清洗功能，可以简单有效低清洗超滤膜而无需手工配制消毒液消毒。在某些应用中，小的，终端超滤装置是一种处理少量水有效的方法。这种超滤装置提供有效过滤的同时可减少维修和水的消耗。
超滤水的实际应用
超滤技术结合UV光氧化制取超纯水适用于以下应用：
- 生物缓冲器
- 哺乳动物细胞培养
- 细菌细胞培养
- 免疫分析方法
- 蛋白质化学
- 聚合酶链反应
- 杂交配种
- 核酸测序
- 无毒素水应用
- 无核酸酶水应用
当超滤技术集成到一个终端水处理系统中时，可保证终端使用的一级水避免容器和存储造成水质污染。超滤产水还可去除，干扰离子探测系统或模糊光学传感器的水中的微粒。只要操作者正确维护保养，超滤膜可持续产出高品质的产水。
对超滤原理及应用有了清晰的了解，即可正确选择、使用带超滤的实验室超纯水处理设备。
< 返回后处理超纯化相关论文页面 <