超過濾膜在水處理應用過程分析

超濾膜的滲透性隨著溫度的升高而增大，而普通水溶液的粘度則隨著溫度的降低而減小，因此，超濾膜的滲透性增大，滲透性相應增大。在工作條件下，供液溫度的確定要符合工程設計的要求。

前處理超濾可作為水處理工藝的預處理或深度處理，用于水處理及其他工業凈化、濃縮和分離。污水處理工藝是一項應用非常廣泛的深度凈化技術。根據中空纖維超濾膜的特性，提出了對其給水預處理的要求。因為水中的懸浮物、膠體、微生物等雜質會粘附到膜表面，造成膜污染。由于超濾膜的水通量較大，膜表面截留雜質的濃度急劇上升，產生了濃度極化現象，更嚴重的是極細顆粒進入膜孔，導致水通道堵塞。此外，水里的微生物與代謝物產生的粘性物質還可以附著在膜的表面。從而導致超濾膜透氣性下降，分離性能發生變化。另外，對超濾水的溫度、PH值、濃度等都有嚴格的要求。因此，過濾器供水必須進行適當的預處理和水質調節，以滿足供水條件，延長過濾器的壽命，降低水處理成本。

殺滅微生物(細菌、海藻)：

如水中有微生物，則進入預處理系統后，所攔截的一部分微生物可附著于預處理系統的表面，如多介質過濾器的介質表面。超濾薄膜表面的粘附、增生，會使微孔或空心纖維的內腔完全堵塞。超濾中空纖維膜的微生物危害極為嚴重。除藻，凈化水中的微生物，必須引起重視。水處理工程中常加入氧化劑NaClO,O3等，其濃度一般在1~5mg/l。此外，可以用紫外線消毒。實驗室殺菌后的中空纖維超濾膜組件可循環使用過氧化氫(H2O2)或水溶液處理30~60毫安。殺菌方法僅對微生物有殺滅作用，對水體微生物無殺滅作用，只能防止微生物滋長。

降低進水口的濁度B：

若水中有懸浮物、膠體、微生物及其他雜質，則會使水中產生程度的渾濁，而這種渾濁會阻礙光線的照射，而這種光學效應與雜質的多少、大小及形狀有關。通常以蝕度來表示水中濁度的測量，并且規定當濁度為1mg/lSiO2時，濁度越大，說明水中的雜質越多。各地對供水濁度要求不同，如一般生活用水的濁度不得大于5度。由于濁度是由光通過原水反射的光量、色度、透明度來測量的，顆粒的大小、數量、形狀都會影響測定，因此濁度與懸浮物的關系是隨機的。對于某些微米以下的顆粒，濁度是無法反映的。

膜法處理過程中，顯微結構可截取分子級甚至離子級顆粒，用濁度來反映水質的差異。利用SDI值對水體污染趨勢進行預測；

SDI值主要用于測定水體中膠質、懸浮物等微粒的含量，是評價進水水質的重要指標。通常采用孔徑0.45μm的微孔濾膜，在0.21MPa恒定水流壓水力下，首先記錄通水開始濾過500ml水樣所需的時間t0，然后在相同條件下繼續通水15min，再次記錄濾過500ml水樣所需的時間t15，然后根據以下公式計算：SDI=(1-t0/t15)×100/15。

水中SDI的大小可以大致反映膠體污染的程度。井水中SDI<3，地面水SDI大于5,SDI限值6.66，即需進行預處理。

例如，對于渾濁的自來水或地下水，采用5~10微米的精密過濾器(如蜂窩式、熔噴式和燒結式PE管等)，一般可減少到5微米左右。另外，在精濾前，應先投加絮凝劑，再放入兩層或多層介質濾料，一般濾速不超過10m/h,7~8m/h為宜，若濾速過慢，則可使水質得到改善。

懸浮液和脫膠：

對于粒徑大于5μm的雜質，可選用5μm精度的濾芯過濾，而對于微粒和膠體在0.3~5μm之間，用上述方法很難去除。雖然超濾對這些顆粒和膠體有去除效果，但是超濾對中空纖維膜的危害卻極為嚴重。特別是膠粒帶電荷，是物質分子與離子的聚合，膠粒就能在水中穩定存在，主要是由于同性電荷相互排斥而造成的。把荷電物質(與電學性質相反的絮凝劑)加入原水中，以破壞膠體粒子的穩定性，使帶荷電的膠體粒子內部和電中性，使分散的膠體粒子凝結成塊狀，然后利用過濾或沉降便可相對容易地去除。常用的絮凝劑為無機電解液，如硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵和氯化鐵等。有機絮凝劑聚丙稀胺、聚丙稀酸鈉、聚乙稀亞胺。由于有機絮凝劑聚合物能中和膠粒表面的電荷，形成氫鍵和“搭橋”，使凝結沉降在短時間內完成，從而大大提高了水質，近年來高分子絮凝劑有取代無機絮凝劑的趨勢。

加入PH調節劑石灰、碳酸鈉、氧化劑氯、漂白粉、增強劑水解、吸附劑聚丙稀酰胺等助凝劑，可以提高混凝效果。

使用計量泵時，絮凝劑常與水溶液混合，也可安裝一個噴射器，直接將絮凝劑注入到水處理系統中。

去除可溶性有機物：

可溶性有機物絮凝沉淀，多介質過濾和超濾均無法完全去除。目前常用的有氧化法和吸附法。

用氯或次氯酸鈉(NaClO)氧化，可以很好地去除可溶性有機物，另外，臭氧(O3)和(KMnO4)也是較好的氧化劑，但價格昂貴。

供水水質調整：

超濾膜透水性的發揮程度與溫度直接相關，超濾膜組件標定的透水率一般在25℃純水條件下測試，超濾膜的透水率與溫度成正比，溫度系數約為0.02℃/1℃，其透水率每升高1℃提高2.0%。因此當供水溫較低時(如低于5℃)，可采取的加溫措施，使供水溫升高，從而提高工作效率。但溫度過高，對薄膜也同樣不利，會引起薄膜性能的變化，為此，可采取降溫措施，降低供水溫度。

給水PH值的調節

采用不同材料制備的超濾膜，其PH值的適用性各不相同，如醋酸纖維素，適用于pH=4~6,PAN和PVDF，適用于PH=2~12，若進水超過使用范圍，需進行調整，目前常用的PH調節劑主要有酸(HCl和H2SO4)和堿(NaOH等)。

因為溶液中的無機鹽可以通過超濾膜，所以在預處理水質調節時一般不會出現濃度極化和結垢問題，而是防止膠質層的產生、膜的污染和堵塞。

第二，正確掌握和執行工藝參數，對于超濾系統長期穩定運行至關重要，一般包括：流速、壓力、壓降、濃水排放、回采率、溫度等。

a.流量：

液體流速是液體(液體供給)流過膜面的線速度，是超濾系統中超濾的重要操作參數。當流動速度較大時，不僅造成能量浪費，壓力降過大，而且加速了超濾膜分裂性能的下降。相反，當流速較小時，截留物在膜表面形成的邊界層厚度增加，從而引起濃度極化，從而影響滲透率和滲透質量。通過試驗確定了流速。中空纖維超濾膜的內壓速率僅為0.1m/s，進水壓力不超過0.2MPa，其流型為完全層流。外壓膜能獲得較高的流速；在毛細管管徑達到3mm時，可以適當提高毛細管流速，有利于減少濃縮邊界層的形成。重要的是，進口壓力與原液流量有關的中空纖維和毛細管膜的流量不一致，濃縮水流量為原液流量的10%時，出口端的流量接近進口端的10%，壓力的增大滲透率增大，對流量的增加貢獻極小。所以，增大毛細管直徑，適當增加濃縮水量(回流)，可使流速得到提高，尤其是在電泳涂料等濃縮過程中，可有效提高其超濾率。

提高供水量和在允許壓力范圍內選擇流速有利于保證中空纖維超濾膜的性能。

壓力與壓力降：

空心纖維超濾膜的工作壓力范圍為0.1~0.6MPa，它一般被用來描述處理液在超濾范圍內的正常工作壓力。要將不同分子量的物質分離，需選擇相應的截留分子量的超濾膜，則操作壓力也不同。空心纖維內壓膜一般采用塑料外殼，抗壓強度在0.3MPa以下，空心纖維的抗壓強度也一般在0.3MPa以下，所以工作壓力應該在0.2MPa以下，膜兩側的壓差應該在0.1MPa以下。外壓中空纖維超濾膜的抗壓強度可達0.6兆帕，塑殼外壓組件的抗壓強度可達0.2兆帕。需要注意的是，由于內壓膜直徑較大，作為外壓膜使用時，易被壓扁而在粘結處被切斷，造成損壞，所以內壓膜不能通用。

當要求超濾液對下一工序有壓力時，應選用不銹鋼殼體式超濾膜組件，其使用壓力為0.6MPa，而提供超濾液的壓力可達30m水柱，或0.3MPa壓強，但中空纖維超濾膜內、外的壓力差不得大于0.3MPa。

當選擇工作壓力時，除了要根據膜和殼體的耐壓強度，還要考慮膜的耐壓密度和膜的耐污性，壓力越大透水量越大，相應的截留物質在膜表面的積累越多，阻力越大，將導致透水率下降。另外，進入膜微孔的顆粒也容易被通道堵塞。簡單來說，盡量選擇低工作壓力，有助于充分發揮膜性能。

中空纖維超濾膜組件壓降是指原液進口壓力與濃縮液出口壓力的差值。壓降量與供水量、流速和濃縮液排放量密切相關。特別是內壓型中空纖維或毛細管超濾膜，在流速和壓力的影響下，膜表面的流動速度逐漸改變。隨著給水流量、流速和濃縮液排量的增大，形成下游膜面的壓力下降得不到所需的工作壓力。膜件的總出水量將受到影響。在實踐中，應盡可能控制壓降過大。隨著運行時間的延長，污垢的積累增加了水流阻力，增加了壓降。當壓降高于初始值0.05兆帕時，應清洗并疏通水道。

c.回收比例和濃縮液排放：

在超濾系統中，回收率和濃縮廢水排放量是一個相互制約的因素。再生率指的是透過水量與供水量的比率，濃縮物排放率指的是不透過薄膜排放的水量。因為供水量相當于濃縮水和透水量的總和，如果濃縮縮水排放量大，則可回收利用。為確保超濾系統的正常運行，必須確定組件的小濃縮率和大回收率。中空纖維超濾膜組件的回收率約為一般水處理工程中的50~90%。它的選擇依據是供料液的組成和狀態，即可截取的物質數量，膜表面形成的污垢層厚度，以及對透水率的影響等多個因素來確定。多數情況下，濃縮液也可以通過增加循環流量來降低污垢層的厚度，從而提高滲透率，但有時不會增加單位產水的能耗。

d.工作溫度：

超濾薄膜的滲透性能隨溫度的升高而提高，而普通水溶液的粘度則隨溫度的降低而降低，因此滲透速度相應提高。工況下供液溫度的確定應考慮工程設計的需要。尤其是在季節變化較大的情況下，要考慮到溫度的調節，否則隨著溫度的變化其滲透率有可能變化約50%，而且過高的溫度還會影響膜的性能。中空纖維超濾膜的一般工作溫度應在25±5℃，如需在高溫條件下工作，可選用耐高溫的膜材和殼體材料。