微滤

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第62页（2662字）

(一)微滤机理

微滤又称精密过滤、精滤，是膜分离方法之一种。微滤机理尚未完全阐明，目前多应用超滤理论，认为微滤是利用多孔性材料微孔10nm至数微米的透过分离。在显微镜下很容易发现微滤膜的微孔结构，在压力差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，而比膜孔大的粒子则被截留在膜面上。微滤时的操作压力一般为0．7～7kPa，微滤用于过滤分离液体中0．1至数微米的微粒、细菌、血清及大分子等物质。

过滤操作一般如图1－1－23(1)所示，为全过滤过程，这种操作随时间而劣化的现象较为严重，特别是用于食品工业和医疗方面，过滤效率极低。超滤和反渗透采用图1－1－23(2)的错流过滤，液体沿膜面流动，透过液的移动方向与原液的流动方向成直角，这种过滤方式可使堆积在膜面的微粒远离膜面，在对污垢进行激烈处理的过程中可以实施微滤操作，例如用0．4μm孔径的微滤膜分离血浆时，用全过滤方式，不论如何向血液施压，全然不能分离血浆，但用管状膜采用错流方式操作，或用平面膜，在膜面附近进行搅拌，就可从血液中分离出血浆。

(1)全过滤

(2)错流过滤

图1－1－23 过滤操作

(二)微滤膜材料及其性能评价

1．微滤膜的材料

用于制作微滤膜的材料很多，有尼龙、聚丙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酯等合成高分子物质，还有玻璃纤维、多孔玻璃、硝酸纤维(CN)、醋酸纤维(CA)等，其孔径、膜厚和耐药性等的选择范围较广。超滤膜为多孔膜，微滤膜为微多孔膜，膜孔形状根据膜的材料而有不同，有圆形和长方形。近年来开发了用陶瓷或金属微粒子烧结而成的膜，还有像多孔玻璃经酸处理而成的圆孔膜等。

2．微滤膜的性能

微滤膜的性能也表现为截留粒子的大小，膜性能指标可用孔径(通常用最大气孔径)表示。国外及我国生产的部分微滤膜规格及性能分别见表1－1－39和表1－1－40。

表1－1－39 国外部分微滤膜的规格和性能

表1－1－40 我国生产和研制的部分微滤膜的性能

微滤膜的主要特点如下：

①微滤膜的微孔是比较均匀的贯穿孔，孔隙率20%～80%，能全部截留液体中大于额定孔径的微粒，过滤速度较快。

②微滤膜是均匀的连续高分子多孔体，过滤中不会遇到过滤介质污染滤液的问题，也不会因压力过高导致大于孔径的微粒穿过滤膜，即使压力波动也不会影响过滤效率。

③微滤膜近似于一种多层迭置筛网，截留作用限制在膜的表面，极易被少量与孔径大小相近的微粒或胶体粒子堵塞，因此在许多场合必须以深层过滤作为预过滤，特别是处理含多量粒子的溶液时，需要串联使用几个过滤器。在特殊场合，有时还要串联具有完全相同孔径的过滤器才能充分保持微滤的最佳操作状态，延长膜的寿命。

在微滤中，过滤通量和预处理时间是重要因素。增加膜面积可以增加过滤量。血浆分离试验表明，膜间压力差(TMP)与过滤通量的关系可用膜剪切率作为参数，一般剪切率大时过滤通量大，剪切率γw与过滤通量的关系可用下式表示：

(40)

式中a与b是与孔径和孔隙率等有关的膜的固有常数，对于过滤中凝胶极化模型b=0．3(滞流)，血浆分离膜b=0．6～1．0。

(三)微滤设备及操作要求

1．微滤设备及其应用

工业应用的微滤设备主要是板框式膜滤器(Membranefilter)和筒式过滤器(Cartridge filter)，都是参照普通过滤器的概念设计的，板框式常用多层板式，大型筒式常用几十根管子组成，在使用一定时间后滤膜被堵塞时就要更换内芯。

微滤用于高纯水的制造和果汁等的过滤，微滤截留的对象物质有细菌、酵母、血球以及活性炭粉末和树脂粉末等的微粒。由于微滤能滤除细菌，因此微滤是一种除菌过滤。另外除液体外微滤还可以进行气体的除菌过滤，气体的过滤效率要高3～10倍。

2．操作要求

选择或设计微滤膜及其过滤器时，除了尽可能去除不需要的杂质，在过滤器使用过程中保持透过液质量外，还必须注意极限操作压力和成本等。操作要求如下。

(1)料液的预处理 微滤属于筛网型结构，对固体粒子的容纳量较小，特别是大小与膜孔相近的粒子或胶体易堵塞膜孔，因此除过滤量少或粒液中固体含量极少的情况外，一般料液应先经过预过滤处理，例如用超细玻璃纤维进行过滤。

(2)过滤速度 由于微滤膜孔隙率高，可占膜面积的80%，过滤阻力小，因此过滤速度较快。影响过滤速度的因素有膜的有效面积、膜两侧压力差、孔径大小、孔的均匀性、孔隙率以及物料主要成分的浓度、黏度和温度等。

(3)过滤系统的清洗和消毒 微滤系统在使用过程中被截留物往往沉积在膜表面，甚至堵塞膜孔，使阻力增大，透水量减少。当透水量下降至一定值后，应进行清洗，在污染严重时，应更换新膜。对于使用过程中受细菌污染应进行消毒处理。