關(guān)于超濾膜知識的匯總

一、什么是超濾膜

超濾膜是最早開(kāi)發(fā)的高分子膜之一，是一種額定孔徑范圍為0.001~0.02微米的微孔過(guò)濾膜。在膜的一側施加適當壓力，溶液中的溶劑以及一部分分子量較低的溶質(zhì)從超濾膜的微小孔隙中穿透到膜的另一邊，而分子量較高的溶質(zhì)或一些乳化膠束團被截留，從而達到過(guò)濾分離的效果。

在水處理領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)相對于其他過(guò)濾技術(shù)來(lái)說(shuō)，過(guò)濾雜質(zhì)的效率更高，其過(guò)濾精度可達99.99%，能有效去除水中的絕大部分有害物質(zhì)；并且使用很少或不使用化學(xué)藥劑，有效避免水質(zhì)受到二次污染，因此處理后的水質(zhì)更好。從操作層面來(lái)說(shuō)，基于超濾膜技術(shù)的過(guò)濾系統自動(dòng)化程度高，運行簡(jiǎn)單可靠，只有開(kāi)、關(guān)兩種操作。由于超濾膜的材料化學(xué)穩定性強，抗酸堿腐蝕，耐高溫，因此可以高溫殺菌消毒，適用性很廣。

1、超濾膜技術(shù)及特點(diǎn)

超濾膜技術(shù)原理

超濾膜技術(shù)是一種膜透過(guò)分離技術(shù)，其濾過(guò)能力介于納濾和微濾之間，其工作原理是：

在溶液通過(guò)一種半透膜的時(shí)候，在壓力的作用下，溶劑和溶質(zhì)中的小分子物質(zhì)可通過(guò)濾膜到達膜的另一側，而溶質(zhì)中的大分子物質(zhì)和膠體則由于無(wú)法通過(guò)濾膜孔洞而被攔截下來(lái)，隨著(zhù)溶液不斷流過(guò)，膜上被攔截的物質(zhì)也越來(lái)越多，因此要想實(shí)現超濾作用就得對溶劑施加更大的壓力，與此同時(shí)在膜的表面形成的物質(zhì)也展現出一定的化學(xué)特性，對于一些污染物也具有截留和分解的作用，從而實(shí)現水的凈化。

隨著(zhù)大分子物質(zhì)不斷高集在膜表面濾過(guò)的速度不斷降低，出現“濃度極化”的現象，為使超濾能夠持續有效地進(jìn)行，實(shí)際工作中常使用攪排式超濾裝置來(lái)消除”濃度極化”的現象。

超濾膜技術(shù)的特點(diǎn)

相對于其他水處理技術(shù)而言，超濾膜技術(shù)具有很多無(wú)可比擬的優(yōu)勢：

第一，超濾膜化學(xué)穩定性高，可耐高溫、耐酸、耐堿，因此對進(jìn)水水質(zhì)要求不高，通用性強；

第二，超濾膜技術(shù)原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現自動(dòng)化運轉，節約勞動(dòng)力，且操作簡(jiǎn)便、易于維護，運行安全穩定；

第三，超濾膜技術(shù)屬于物理方法，在水處理過(guò)程中并不需加任何化學(xué)藥劑，因此可有效的防止水體的出現二次污染的情況；

第四，超濾膜技術(shù)效率高，處理水量大，尤其是對污染較小的城市飲用水處理，展現出極高的作效率；

超濾膜技術(shù)在環(huán)保工程水處理中的應用

城市飲用水凈化

隨看社會(huì )的發(fā)展，人們對飲用水安全要求越來(lái)越高，但與此同時(shí)我國城市用水源地的污染也日益嚴重，直接取水的水質(zhì)越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足飲用水的標準，因此必需要對城市飲用水進(jìn)行凈化。

城市飲用水主要來(lái)源于地下水和地面水兩種，兩種水源的污染機理不同，飲用水的來(lái)源主要但據地下水和地面水兩種，兩種水源的污染機理不同，但污染物都主要為無(wú)性生物、細菌，真菌、病毒、懸浮物等。

傳統的飲用水凈化方法可實(shí)現對微生物和菌類(lèi)的滅活凈化，以及對微米級懸浮物顆粒的凈化，而超濾膜技術(shù)在此基礎上還可實(shí)現對納米級顆粒的有效去除，因此出水水質(zhì)更高，對城市居民飲水健康具有重要意義。

海水淡化

不可再生資源，地球上可供人類(lèi)飲用的淡水資源日益枯竭，水資源短缺已經(jīng)成為當代人類(lèi)面臨的最緊迫問(wèn)題之一。海水淡化被認為是解決飲用水危機的有效途徑，目前在世界范圍內研究較多的海水談化技術(shù)是電滲析技術(shù)，雖然電滲析被認為是可以使海水淡化的有效方法，但其運行成本高昂且回收率低，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，超濾膜技術(shù)開(kāi)始被用于反透海水淡化中，其優(yōu)異的分離性能和物化性能使得海水淡化的效率進(jìn)一步提升，同時(shí)將耗能大幅降低。

電鍍廢水的處理

電工業(yè)產(chǎn)生的廢水量巨大，而且含有大量的六價(jià)鉻、銅、鎳等重金屬，危害性極強，可生化性極低，實(shí)際工作中常采用鐵氧化法電解法等等，但鐵氧化法會(huì )產(chǎn)生大量的污泥，這些污泥還需進(jìn)一步處理：電解法雖然可以很好地處理電廢水，但運行成本較高，不適合大范圍推廣。而將超濾購技術(shù)和反滲透技術(shù)聯(lián)合使用被認為是電廢水處理的有效方法，其利用兩種膜技術(shù)能夠使電鍍廢水中大部分的重金屬、有機碳和硝酸鹽被去除，并且超濾膜的使用也降低了滲透膜的污染，提高使用壽命。

含油廢水的處理

含油廢水的主要來(lái)源包括原油泄漏、屠宰場(chǎng)廢水以及生活廢水等，其主要成分是浮油、分散油、乳化油和重油等，常用的含油廢水處理裝置是隔油池，但其對乳化油卻無(wú)法處理，因此常采用氣浮法進(jìn)行軸助處理。由于乳化油分子一般較大，因此可采用超濾膜技術(shù)使含油廢水在加壓的條件下通過(guò)超濾膜，乳化油及其他大分子污染物就會(huì )被截留下來(lái)，去除效率較高。

城市污水回用

城市污水回用是緩解城市用水壓力的重要措施，將城市生活污水經(jīng)過(guò)處理達到回用標準后將其用于城市綠化用水以及城市中水系統。使用超濾膜技術(shù)可快速將城市污水處理達標，由于城市污水一股可生化性較好，在實(shí)際工作中，為了提高出水水質(zhì)，常將周期循環(huán)活性污泥法（CASS）與超濾膜技術(shù)同時(shí)使用。在水力作用時(shí)間為12小時(shí)的條件下，該法COD去除率達到86％以上．氨氮的去除率達到90％以上，出水的pH值范圍為7.25－7.89，達到了城市水回用標準。

食品工業(yè)廢水回收

超濾膜技術(shù)除了可以提高出水水質(zhì)外，還能將大量的有用固態(tài)物質(zhì)濃縮回收，最典型的應用就是在食品工業(yè)領(lǐng)域。食品工業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有大量的脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉、酵母等，這些物質(zhì)如果排放到外界環(huán)境中不但會(huì )造成環(huán)境的污染，而且還會(huì )造成大量的浪費，因此采用超濾模技術(shù)將廢水中的有用成分截留下來(lái)，同時(shí)水中的BOD和COD等也從水中被分離出來(lái)，將分離出的周態(tài)物質(zhì)經(jīng)過(guò)提取回收，可為企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟效益。

結束語(yǔ)

綜上所述，超濾膜技術(shù)是環(huán)保工程水處理的一項重要技術(shù)，其在城市污水處理和各種工業(yè)廢水處理以及有用物質(zhì)回收等方面都具有極為廣闊的應用前景。目前，超濾膜技術(shù)的研究方向一個(gè)是發(fā)明更高效的超濾裝置，另一個(gè)是根據進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)與其他水處理技術(shù)相結合，提高出水質(zhì)量。

二、超濾的運行方式

1.1.2 錯流過(guò)濾

當超濾進(jìn)水懸浮物、濁度較高時(shí)，比如污水或者污水回用處理應用，超濾可按照錯流過(guò)濾模式運行。進(jìn)水進(jìn)入超濾膜組件，部分透過(guò)膜表面成為產(chǎn)水，另一部分則夾帶懸浮物等雜質(zhì)排出膜組件成為濃水，排出的濃水重新加壓后又循環(huán)回到膜組件內，保持膜表面較高流速產(chǎn)生的剪切力，把膜表面上截流的懸浮物等雜質(zhì)帶走，從而使超濾膜組件的污染層保持在一個(gè)較薄的水平。

1.1.3 濃水排放過(guò)濾

當超濾進(jìn)水懸浮物含量較低時(shí)，超濾可按照濃水排放過(guò)濾模式來(lái)操作。進(jìn)水進(jìn)入超濾膜組件，以較低比例的濃水量排出膜組件，通常5-10%的進(jìn)水量，大部分的進(jìn)水透過(guò)膜表面成為產(chǎn)水產(chǎn)出。

濃水排放過(guò)濾和錯流過(guò)濾模式操作同樣需要定時(shí)水反洗、化學(xué)加強反洗以及定期的化學(xué)清洗來(lái)恢復超濾膜過(guò)濾性能。全流過(guò)濾模式能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低；而錯流過(guò)濾模式則能處理懸浮物含量更高的進(jìn)水。具體模式的選擇需要根據進(jìn)水中的懸浮物含量、濁度和COD來(lái)確定。

2、超濾膜污染

2.1 超濾膜運行中的檢測

為了檢驗超濾裝置的運行效果和膜發(fā)生污堵的可能性，需要在超濾裝置的運行過(guò)程中監測一些關(guān)鍵性參數。

2.1.1 濁度：是指水中的泥砂、粉塵、細微有機物、浮游生物等懸浮性物質(zhì)及膠體物質(zhì)等，都會(huì )導致水質(zhì)變得渾濁而呈現出的一定程度的渾濁度。通常這些懸浮性物質(zhì)及膠體物質(zhì)也會(huì )寄生細菌和病毒等。例如生活飲用水的濁度一般要求不得超過(guò)1 NTU，超濾膜的出水濁度一般要求不得超過(guò)0.1 NTU。

2.1.2 TSS（總懸浮固體）：是指水樣通過(guò)孔徑為0.45μm 的濾膜，截留在濾膜上并于103℃～105℃烘干至恒重的固體物質(zhì)。總懸浮固體是衡量水體水質(zhì)污染程度的重要指標之一，該參數一般比濁度更加精確（濁度通常無(wú)法檢測出極細微的顆粒）。

2.1.3 SDI（淤積密度指數）：是反滲透水處理系統的重要水質(zhì)指標參數之一，SDI 值代表了水中顆粒、膠體和其他能阻塞各種水凈化設備的物質(zhì)含量，通常采用該參數來(lái)判斷水中顆粒及膠體等物質(zhì)阻塞各種水凈化設備的可能性（見(jiàn)下圖）。

SDI 的測定是在直徑為47mm 孔徑為0.45μm 的微孔濾膜上連續加入一定壓力（30PSI，相當于2.1kg/cm）的被測定水樣，記錄濾得500ml 水所需的時(shí)間Ti（秒）和連續過(guò)濾15 分鐘(T)后再次濾得500ml 水所需的時(shí)間Tf（秒），通過(guò)公式計算SDI 值；一般要求反滲透入口（即超濾產(chǎn)水）的SDI數值不得超過(guò)5。

2.1.4 TOC（總有機碳）：該參數最常用于測定水中的有機物含量，指水體中溶解性和懸浮性有機物含碳的總量，包括天然有機物和合成有機物。總有機碳一般用來(lái)評估超濾進(jìn)水中可能導致膜發(fā)生有機污堵和生物污堵的可能性和趨勢。當超濾膜進(jìn)水TOC 大于2 mg/L 時(shí)，則表示超濾膜表面發(fā)生生物污堵的可能性很高。

2.1.5 DOC（溶解有機碳）：總有機碳（TOC）中能溶解于水的部分，一般指能通過(guò)孔徑為0.45微米濾膜、并在分析過(guò)程中未蒸發(fā)失去的有機碳。除污水外，大部分自然水體溶解有機碳（DOC）占總有機碳（TOC）的比例約為80~95%。

2.1.6 鐵和錳：鐵和錳的氧化形態(tài)可以被超濾膜系統截留，但同時(shí)也會(huì )造成膜的污堵。鐵離子一般天然存在（如地下水等）、或由超濾前處理管道或設備的腐蝕產(chǎn)生，或在超濾預處理的混凝澄清設備中投加絮凝劑殘留造成等。

2.1.7 鈣和鎂：水的硬度主要來(lái)自鈣離子和鎂離子。根據硬度的不同可將水分為軟水（以CaCO3 計最高不超過(guò)60mg/L）、硬水（以CaCO3 計最高不超過(guò)180mg/L）和極硬水（以CaCO3 計超過(guò)180mg/L）。硬度對人體健康沒(méi)有危害，但水中硬度過(guò)高，水處理過(guò)程中會(huì )導致管道、設備或膜表面結垢。

2.1.8 電導率：水的電導率與總溶解固體(TDS)呈線(xiàn)性關(guān)系，表示水的導電能力。

2.1.9 pH 值：用于表示水的酸堿值的大小。pH 值小于7 為酸性，pH 值大于7 為堿性。純水的pH 值是7為中性。高pH值會(huì )導致水有苦味，并容易導致水管和設備結垢，pH值低的水會(huì )腐蝕或溶解金屬和其它設備。

2.1.10 二氧化硅：分為活性二氧化硅（溶解硅）或非活性二氧化硅（膠體硅）。一般情況下膠體硅會(huì )加速造成超濾膜的污堵。

2.3 超濾膜污染的種類(lèi)

2.3.1 膠體污染：膠體主要是存在于地表水中，特別是隨著(zhù)季節的變化，水中含有大量的懸浮物如粘土、淤泥等膠體，均存在于水體中，它對超濾膜的危害性極大。因為在過(guò)濾過(guò)程中，大量膠體微粒隨透過(guò)膜的產(chǎn)水流涌至膜表面，被膜截留下來(lái)的微粒容易形成凝膠層，更有一部分與膜孔徑大小相當及小于膜孔徑的粒子會(huì )滲入膜孔內部堵塞流水通道而產(chǎn)生不可逆的變化現象。另外，水中鐵、錳以及在超濾預處理中加入鐵或者鋁系混凝劑形成的膠體，都有可能在膜表面形成凝膠層。

2.3.2 有機物污染：水中的有機物，有的是在水處理過(guò)程中人工加入的，如表面活性劑、清潔劑和高分子聚合物絮凝劑等，有的則是天然水中就存在的；這些物質(zhì)也可以吸附于膜表面而損害膜的性能。

2.3.3微生物污染：微生物污染對超濾膜的安全運行也是一個(gè)危險因素。一些營(yíng)養物質(zhì)被膜截留而積聚于膜表面，細菌在這種環(huán)境中迅速繁殖，活的細菌連同其排泄物質(zhì)，形成微生物粘液而緊緊粘附于膜表面，這些粘液與其他沉淀物相結合，構成了一個(gè)復雜的覆蓋層，其結果不但影響到膜的透水量，也包括使膜產(chǎn)生不可逆的污堵。

3.1 氣泡觀(guān)察法

將膜組件中充滿(mǎn)測試所用的液體，使膜絲完全浸潤，膜絲所有的孔中都充滿(mǎn)了液體。在膜組件的進(jìn)水側緩慢通入無(wú)油壓縮空氣，且逐漸提高進(jìn)氣壓力，同時(shí)通過(guò)觀(guān)察產(chǎn)水側是否有氣泡連續溢出（產(chǎn)水閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)）。通常通入空氣的壓力從0bar 開(kāi)始，逐漸增大到1.5bar。如果在1.5bar 的條件下，有連續的氣泡產(chǎn)生，表明膜組件存在缺陷。

3.2壓力衰減法

將膜組件中充滿(mǎn)測試所用的液體，使膜絲完全浸潤，膜絲所有的孔中都充滿(mǎn)了液體。在膜組件的進(jìn)水側緩慢通入無(wú)油壓縮空氣，且逐漸提高進(jìn)氣壓力至設定值（產(chǎn)水閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)），對于外壓式超濾膜組件，測試壓力的設定值為2.0bar。

最初時(shí)，進(jìn)氣側的液體會(huì )在壓力作用下透過(guò)膜絲進(jìn)入產(chǎn)水側，因此會(huì )有一定量的液體排出（大約會(huì )持續2 分鐘）。等待壓力穩定在設定值時(shí)，停止進(jìn)氣（產(chǎn)水側閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)），并密封進(jìn)氣側保持測試壓力，靜止保持壓力10 分鐘。

此時(shí)膜組件的進(jìn)水側充滿(mǎn)帶壓的空氣，并與外界隔絕；產(chǎn)水側充滿(mǎn)液體，且與大氣相通。如果保持壓力測試10 分鐘后進(jìn)氣側壓力降不大于0.2bar，表明膜組件完整；如果壓力降大于0.2bar，則表明膜組件有缺陷（斷絲或泄漏等）。

壓力衰減測試即可以針對單個(gè)膜組件進(jìn)行，也可以針對整套膜裝置進(jìn)行，是一種在現場(chǎng)簡(jiǎn)便易行的方法。

4、結束語(yǔ)

4.1 超濾系統的運行管理

4.1.1 至少每周監測并記錄超濾預處理的進(jìn)出水COD、濁度以及鐵/錳金屬等；

4.1.2 每周查看一次預處理所用絮凝劑、助凝劑及其他化學(xué)藥品的消耗量；

4.1.3 至少每三個(gè)月校正一次各種儀表；

4.2 超濾系統的保養

4.2.1 超濾系統短期停運1-2天，可每天運行30-60 分鐘或者進(jìn)行一次單獨的反洗；

4.2.2 超濾系統停運2-7天，進(jìn)行徹底的反洗后，關(guān)閉進(jìn)出口閥門(mén)保存；每天可運行30-60 分鐘或者進(jìn)行一次反洗后，注入保護液（0.5-1.0%NaHSO3 溶液），關(guān)閉進(jìn)出口閥門(mén)保存；

4.2.3 超濾系統長(cháng)期停用7 天以上，停機前進(jìn)行一次加強反洗后，注入保護液（0.5-1.0%NaHSO3 溶液），關(guān)閉進(jìn)出口閥門(mén)保存。每月檢查一次保護液的pH值，如果pH<3 時(shí)應及時(shí)更換保護液；

4.2.4 超濾系統長(cháng)時(shí)間停機后重新投入運行時(shí)，應將超濾裝置進(jìn)行連續沖洗至排放水無(wú)泡沫，將保護液沖洗干凈。

4.3 化學(xué)清洗的注意事項

化學(xué)清洗是解決膜污染問(wèn)題最有效的方法，針對特定的污染，只有采取相應的清洗方法，才能達到好的效果，若錯誤地選擇清洗化學(xué)藥品和方法，有時(shí)會(huì )使情況惡化。因此，在清洗之前需先確定膜表面的污垢物種類(lèi)。

日常操作時(shí)必須嚴格監控超濾系統的運行性能，包含運行壓差和產(chǎn)水流量，隨著(zhù)超濾膜的污染，壓差將升高，產(chǎn)水流量下降。當標準化產(chǎn)水量下降25%，或標準化跨膜壓差上升1.0-2.0bar時(shí)，就必須要進(jìn)行化學(xué)清洗來(lái)恢復其性能；但是需要注意的是，如果進(jìn)水溫度下降，超濾膜產(chǎn)水流量也會(huì )下降，這是正常現象并非膜污染所致，此時(shí)超濾膜可能并不需要清洗。

總之超濾裝置是迄今為止最有效的反滲透預處理技術(shù)，只有在實(shí)際運行的過(guò)程中得到了合理的運行控制，以遏制膜污堵現象的發(fā)生，才能有效保證超濾膜的使用壽命。