超濾技術(shù)概述

  超濾（Ultra-filtration, UF）是一種能將溶液進(jìn)行凈化和分離的膜分離技術(shù)。超濾膜系統(tǒng)是以超濾膜絲為過濾介質(zhì)，膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力的溶液分離裝置。超濾膜只允許溶液中的溶劑（如水分子）、無機(jī)鹽及小分子有機(jī)物透過，而將溶液中的懸浮物、膠體、蛋白質(zhì)和微生物等大分子物質(zhì)截留，從而達(dá)到凈化和分離的目的。

目前超濾膜被大量用于水處理工程。超濾技術(shù)在反滲透預(yù)處理、飲用水處理、中水回用等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。超濾技術(shù)在酒類和飲料的除菌與除濁，藥品的除熱原以及食品及制藥物濃縮過程中均起到關(guān)鍵作用。

超濾過濾孔徑和截留分子量的范圍一直以來定義較為模糊，一般認(rèn)為超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.1微米，截留分子量（Molecular weigh cut-off, MWCO）為1,000-1,000,000 Dalton。嚴(yán)格意義上來說超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.01微米，截留分子量為1,000-300,000 Dalton。若過濾孔徑大于0.01微米，或截留分子量大于300,000 Dalton的微孔膜就應(yīng)該定義為微濾膜或精濾膜。

一般用于水處理的超濾膜標(biāo)稱截留分子量為30,000-300,000 Dalton，而截留分子量為6,000-30,000 Dalton 的超濾膜大多用于物料的分離、濃縮、除菌和除熱源等領(lǐng)域。

超濾膜的形式可以分為板式和管式兩種。管式超濾膜根據(jù)其管徑的不同又分為中空纖維、毛細(xì)管和管式。目前市場上用于水處理的超濾膜基本上以毛細(xì)管式為主，個別工程中使用的中空纖維（內(nèi)徑0.1-0.5mm）聚乙烯或聚丙烯微孔膜實際上應(yīng)屬于微濾膜。

將超濾膜絲組合成可與超濾系統(tǒng)連接的組件稱為超濾膜組件。超濾膜組件分為內(nèi)壓式、外壓式和浸沒式三種。其中浸沒式超濾膜過濾的推動力是膜管內(nèi)部的真空與大氣壓之間的壓力差。對于過濾精度要求較高的超濾膜，這一壓力差通常不易滿足所需過濾推動力的要求，因此浸沒式的組件形式比較適合于過濾精度較低的超濾膜或微濾膜。外壓式超濾在正沖與反沖時，膜表面液體的流速極不均勻，影響膜表面的沖洗效果，因此常用于水處理的超濾膜還是內(nèi)壓式組件結(jié)構(gòu)較具有優(yōu)勢。

二 超濾膜組件介紹

2.1 超濾膜的特點

超濾膜是一種以毛細(xì)管形式存在的很薄的聚合材料（PVDF）制成。超濾膜是一種非對稱的微孔結(jié)構(gòu)膜，由致密的分離層和較為疏松的支撐層組成。超濾膜毛細(xì)管內(nèi)徑為0.9mm、1.2mm、1.5mm和2.0mm。超濾膜組件結(jié)構(gòu)為外壓式。

2.2 超濾膜組件性能

說明：①進(jìn)水濁度<>

    ②進(jìn)水濁度<>

2.3超濾膜產(chǎn)品規(guī)格

2.4超濾膜組件操作條件

3.1 超濾系統(tǒng)工作過程
設(shè)計者在進(jìn)行設(shè)計之前必須對原水有充分的認(rèn)識，僅僅根據(jù)幾個原水指標(biāo)通常是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。例如原水的COD是系統(tǒng)設(shè)計的重要參考指標(biāo)，但是COD只是水污染的一個綜合指標(biāo)，同樣COD值的原水可能由于污染物種類和濃度的差異產(chǎn)生對超濾膜產(chǎn)生不同的影響。因此，設(shè)計者必須首先對原水中影響COD值得污染物的種類、濃度以及這些物質(zhì)對超濾膜的影響和對超濾產(chǎn)水的影響等有足夠的了解和認(rèn)識，才能準(zhǔn)確地確定超濾的適用性和運行條件。

膜過濾過程分為全量過濾和錯流過濾。全量過濾又稱“死端過濾”，是使全部給水透過超濾膜，將被截留物質(zhì)留在超濾膜管內(nèi)，待到過濾周期結(jié)束后用沖洗水將其沖出。當(dāng)進(jìn)水懸浮物含量、濁度、COD值均較低時，可以考慮采用全量過濾。當(dāng)采用全量過濾時沖洗周期一般為15-45min。

錯流過濾是使部分給水透過超濾膜，另一部分形成濃水從超濾膜的另一端排出。排出的這部分水將隨截留物質(zhì)的大部分帶離超濾膜表面。據(jù)原水水質(zhì)不同可采用不同的錯流流量。一般情況下系統(tǒng)錯流量應(yīng)設(shè)計為過濾流量的10—35%。當(dāng)給水水質(zhì)較差時，應(yīng)該考慮采用較小的過濾通量和較大的錯流流量。為了提高水的利用率可把錯流濃水部分或全部回流至超濾系統(tǒng)進(jìn)水口或超濾給水池中。一般不需要增加錯流泵來實現(xiàn)錯流，只需要將超濾給水泵的出力提高10-35%。采用錯流過濾時沖洗周期一般為30—60min 。雖然在錯流狀態(tài)下通常需要增加超濾給水泵的出力，因而增加超濾給水泵的能耗，但是，錯流可以減低膜表面的污染傾向，增長反洗周期。因此在常見的水質(zhì)條件下，適當(dāng)?shù)腻e流量不但可以增加膜的運行穩(wěn)定性和膜的壽命，還有可能由于反洗周期和化學(xué)清洗周期的增長而降低運行能耗和化學(xué)品消耗。

3.2 沖洗過程

超濾膜組件在運行中，原水中的膠體，懸浮物，細(xì)菌等被膜內(nèi)表面截留，這些物質(zhì)會在膜管內(nèi)積累造成膜的污染。為了維持膜的性能和保持膜透水量的相對穩(wěn)定需要定期用水對膜絲進(jìn)行沖洗。

沖洗分為正沖和反洗兩種。正沖時通常用超濾的入水對膜絲內(nèi)腔進(jìn)行沖洗，此時透過側(cè)產(chǎn)水量為零。

反洗時用濾后的凈水以過濾方向相反對膜進(jìn)行沖洗。一般要求系統(tǒng)每運行30-60分鐘對超濾膜進(jìn)行30-90秒的沖洗。據(jù)不同入水水質(zhì)，反洗過程分為水力反洗和化學(xué)加強(qiáng)反洗（CEB）兩種。CEB就是在水力反洗的同時向反洗水中加入化學(xué)藥品以增加反洗效果。

具體運行時，一般根據(jù)水質(zhì)情況和運行情況下以下兩種沖洗程序中選擇：

3.3 超濾系統(tǒng)的設(shè)計

超濾系統(tǒng)地設(shè)計必須由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并有經(jīng)驗的合格工程師來完成。由于設(shè)計中的任何微小失誤都有可能帶來系統(tǒng)的失敗，因此在設(shè)計階段必須對工程情況進(jìn)行充分的研究和分析，以期避免設(shè)計失誤。以下是較為常見的設(shè)計步驟。

3.4.1 取得必要的原水信息

原水信息是設(shè)計的依據(jù)，原水類型、濁度、懸浮物含量、COD等數(shù)據(jù)均很重要。同時，除原水?dāng)?shù)據(jù)外需對原水水質(zhì)是否有波動及波動范圍有所認(rèn)識。此外，對原水的一些不易得到的數(shù)據(jù)也要有所了解，例如膠體含量，有機(jī)物的數(shù)量和種類，細(xì)菌含量和細(xì)菌及殘害含量。

3.4.2選擇過濾模式

當(dāng)原水COD小于、等于50或濁度小于、等于10時，建議運行時間為30分鐘，沖洗恢復(fù)采用水力沖洗模式；當(dāng)原水COD大于50或濁度大于10時，運行時間為30分鐘，每3-10次反沖洗使用一次化學(xué)加強(qiáng)反洗模式。

3.4.3超濾膜組件數(shù)量的確定

除確定超濾膜通量外，在確定超濾膜組件數(shù)量時，必須考慮到超濾膜沖洗停機(jī)時間（工作效率），及超濾膜反洗需要消耗的超濾產(chǎn)水量（產(chǎn)水效率）兩個因素。

3.4.4加藥的種類及加藥量

為了加強(qiáng)反洗的效果，可在反洗時加入化學(xué)藥劑，常用的有：

(1)加HCl ：原水為循環(huán)冷卻水的排污水等硬度較高的水時，反洗時常加入HCl。

(2)加NaOH：原水為地表水或中水回用水等有機(jī)物含量較高的水時，反洗時加入NaOH。

(3)加NaClO：原水為地表水或中水回用水等有機(jī)物、細(xì)菌含量較高的水時，反洗時加入NaClO。