超濾技術(shù)概述

  超濾（Ultra-filtration, UF）是一種能將溶液進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）、無機鹽及小分子有機物透過，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、毛細管和管式。目前市場上用于水處理的超濾膜基本上以毛細管式為主，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進水濁度<>

    ②進水濁度<>

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)計者在進行設(shè)計之前必須對原水有充分的認識，僅僅根據(jù)幾個原水指標通常是遠遠不足的。例如原水的COD是系統(tǒng)設(shè)計的重要參考指標，但是COD只是水污染的一個綜合指標，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識，才能準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。當進水懸浮物含量、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?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清洗周期的增長而降低運行能耗和化學品消耗。

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行沖洗。一般要求系統(tǒng)每運行30-60分鐘對超濾膜進行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加強反洗（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，除原水數(shù)據(jù)外需對原水水質(zhì)是否有波動及波動范圍有所認識。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，有機物的數(shù)量和種類，細菌含量和細菌及殘害含量。

3.4.2選擇過濾模式

當原水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加強反洗模式。

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

為了加強反洗的效果，可在反洗時加入化學藥劑，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物、細菌含量較高的水時，反洗時加入NaClO。