超过滤膜在水处理应用过程分析

超过滤膜在水处理应用过程分析

超滤膜的渗透性随着温度的升高而增大，而普通水溶液的粘度则随着温度的降低而减小，因此，超滤膜的渗透性增大，渗透性相应增大。在工作条件下，供液温度的确定要符合工程设计的要求。

前处理超滤可作为水处理工艺的预处理或深度处理，用于水处理及其他工业净化、浓缩和分离。污水处理工艺是一项应用非常广泛的深度净化技术。根据中空纤维超滤膜的特性，提出了对其给水预处理的要求。因为水中的悬浮物、胶体、微生物等杂质会粘附到膜表面，造成膜污染。由于超滤膜的水通量较大，膜表面截留杂质的浓度急剧上升，产生了浓度极化现象，更严重的是极细颗粒进入膜孔，导致水通道堵塞。此外，水里的微生物与代谢物产生的粘性物质还可以附着在膜的表面。从而导致超滤膜透气性下降，分离性能发生变化。另外，对超滤水的温度、PH值、浓度等都有严格的要求。因此，过滤器供水必须进行适当的预处理和水质调节，以满足供水条件，延长过滤器的寿命，降低水处理成本。

杀灭微生物(细菌、海藻)：

如水中有微生物，则进入预处理系统后，所拦截的一部分微生物可附着于预处理系统的表面，如多介质过滤器的介质表面。超滤薄膜表面的粘附、增生，会使微孔或空心纤维的内腔完全堵塞。超滤中空纤维膜的微生物危害极为严重。除藻，净化水中的微生物，必须引起重视。水处理工程中常加入氧化剂NaClO,O3等，其浓度一般在1~5mg/l。此外，可以用紫外线消毒。实验室杀菌后的中空纤维超滤膜组件可循环使用过氧化氢(H2O2)或高锰酸钾水溶液处理30~60毫安。杀菌方法仅对微生物有杀灭作用，对水体微生物无杀灭作用，只能防止微生物滋长。

降低进水口的浊度B：

若水中有悬浮物、胶体、微生物及其他杂质，则会使水中产生程度的浑浊，而这种浑浊会阻碍光线的照射，而这种光学效应与杂质的多少、大小及形状有关。通常以蚀度来表示水中浊度的测量，并且规定当浊度为1mg/lSiO2时，浊度越大，说明水中的杂质越多。各地对供水浊度要求不同，如一般生活用水的浊度不得大于5度。由于浊度是由光通过原水反射的光量、色度、透明度来测量的，颗粒的大小、数量、形状都会影响测定，因此浊度与悬浮物的关系是随机的。对于某些微米以下的颗粒，浊度是无法反映的。

膜法处理过程中，显微结构可截取分子级甚至离子级颗粒，用浊度来反映水质的差异。利用SDI值对水体污染趋势进行预测；

SDI值主要用于测定水体中胶质、悬浮物等微粒的含量，是评价进水水质的重要指标。通常采用孔径0.45μm的微孔滤膜，在0.21MPa恒定水流压水力下，首先记录通水开始滤过500ml水样所需的时间t0，然后在相同条件下继续通水15min，再次记录滤过500ml水样所需的时间t15，然后根据以下公式计算：SDI=(1-t0/t15)×100/15。

水中SDI的大小可以大致反映胶体污染的程度。井水中SDI<3，地面水SDI大于5,SDI限值6.66，即需进行预处理。

例如，对于浑浊的自来水或地下水，采用5~10微米的精密过滤器(如蜂窝式、熔喷式和烧结式PE管等)，一般可减少到5微米左右。另外，在精滤前，应先投加絮凝剂，再放入两层或多层介质滤料，一般滤速不超过10m/h,7~8m/h为宜，若滤速过慢，则可使水质得到改善。

悬浮液和脱胶：

对于粒径大于5μm的杂质，可选用5μm精度的滤芯过滤，而对于微粒和胶体在0.3~5μm之间，用上述方法很难去除。虽然超滤对这些颗粒和胶体有去除效果，但是超滤对中空纤维膜的危害却极为严重。特别是胶粒带电荷，是物质分子与离子的聚合，胶粒就能在水中稳定存在，主要是由于同性电荷相互排斥而造成的。把荷电物质(与电学性质相反的絮凝剂)加入原水中，以破坏胶体粒子的稳定性，使带荷电的胶体粒子内部和电中性，使分散的胶体粒子凝结成块状，然后利用过滤或沉降便可相对容易地去除。常用的絮凝剂为无机电解液，如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和氯化铁等。有机絮凝剂聚丙稀胺、聚丙稀酸钠、聚乙稀亚胺。由于有机絮凝剂聚合物能中和胶粒表面的电荷，形成氢键和“搭桥”，使凝结沉降在短时间内完成，从而大大提高了水质，近年来高分子絮凝剂有取代无机絮凝剂的趋势。

加入PH调节剂石灰、碳酸钠、氧化剂氯、漂白粉、增强剂水解、吸附剂聚丙稀酰胺等助凝剂，可以提高混凝效果。

使用计量泵时，絮凝剂常与水溶液混合，也可安装一个喷射器，直接将絮凝剂注入到水处理系统中。

去除可溶性有机物：

可溶性有机物絮凝沉淀，多介质过滤和超滤均无法完全去除。目前常用的有氧化法和吸附法。

用氯或次氯酸钠(NaClO)氧化，可以很好地去除可溶性有机物，另外，臭氧(O3)和高锰酸钾(KMnO4)也是较好的氧化剂，但价格昂贵。

供水水质调整：

超滤膜透水性的发挥程度与温度直接相关，超滤膜组件标定的透水率一般在25℃纯水条件下测试，超滤膜的透水率与温度成正比，温度系数约为0.02℃/1℃，其透水率每升高1℃提高2.0%。因此当供水温较低时(如低于5℃)，可采取的加温措施，使供水温升高，从而提高工作效率。但温度过高，对薄膜也同样不利，会引起薄膜性能的变化，为此，可采取降温措施，降低供水温度。

给水PH值的调节

采用不同材料制备的超滤膜，其PH值的适用性各不相同，如醋酸纤维素，适用于pH=4~6,PAN和PVDF，适用于PH=2~12，若进水超过使用范围，需进行调整，目前常用的PH调节剂主要有酸(HCl和H2SO4)和碱(NaOH等)。

因为溶液中的无机盐可以通过超滤膜，所以在预处理水质调节时一般不会出现浓度极化和结垢问题，而是防止胶质层的产生、膜的污染和堵塞。

第二，正确掌握和执行工艺参数，对于超滤系统长期稳定运行至关重要，一般包括：流速、压力、压降、浓水排放、回采率、温度等。

a.流量：

液体流速是液体(液体供给)流过膜面的线速度，是超滤系统中超滤的重要操作参数。当流动速度较大时，不仅造成能量浪费，压力降过大，而且加速了超滤膜分裂性能的下降。相反，当流速较小时，截留物在膜表面形成的边界层厚度增加，从而引起浓度极化，从而影响渗透率和渗透质量。通过试验确定了流速。中空纤维超滤膜的内压速率仅为0.1m/s，进水压力不超过0.2MPa，其流型为完全层流。外压膜能获得较高的流速；在毛细管管径达到3mm时，可以适当提高毛细管流速，有利于减少浓缩边界层的形成。重要的是，进口压力与原液流量有关的中空纤维和毛细管膜的流量不一致，浓缩水流量为原液流量的10%时，出口端的流量接近进口端的10%，压力的增大渗透率增大，对流量的增加贡献极小。所以，增大毛细管直径，适当增加浓缩水量(回流)，可使流速得到提高，尤其是在电泳涂料等浓缩过程中，可有效提高其超滤率。

提高供水量和在允许压力范围内选择流速有利于保证中空纤维超滤膜的性能。

压力与压力降：

空心纤维超滤膜的工作压力范围为0.1~0.6MPa，它一般被用来描述处理液在超滤范围内的正常工作压力。要将不同分子量的物质分离，需选择相应的截留分子量的超滤膜，则操作压力也不同。空心纤维内压膜一般采用塑料外壳，抗压强度在0.3MPa以下，空心纤维的抗压强度也一般在0.3MPa以下，所以工作压力应该在0.2MPa以下，膜两侧的压差应该在0.1MPa以下。外压中空纤维超滤膜的抗压强度可达0.6兆帕，塑壳外压组件的抗压强度可达0.2兆帕。需要注意的是，由于内压膜直径较大，作为外压膜使用时，易被压扁而在粘结处被切断，造成损坏，所以内压膜不能通用。

当要求超滤液对下一工序有压力时，应选用不锈钢壳体式超滤膜组件，其使用压力为0.6MPa，而提供超滤液的压力可达30m水柱，或0.3MPa压强，但中空纤维超滤膜内、外的压力差不得大于0.3MPa。

当选择工作压力时，除了要根据膜和壳体的耐压强度，还要考虑膜的耐压密度和膜的耐污性，压力越大透水量越大，相应的截留物质在膜表面的积累越多，阻力越大，将导致透水率下降。另外，进入膜微孔的颗粒也容易被通道堵塞。简单来说，尽量选择低工作压力，有助于充分发挥膜性能。

中空纤维超滤膜组件压降是指原液进口压力与浓缩液出口压力的差值。压降量与供水量、流速和浓缩液排放量密切相关。特别是内压型中空纤维或毛细管超滤膜，在流速和压力的影响下，膜表面的流动速度逐渐改变。随着给水流量、流速和浓缩液排量的增大，形成下游膜面的压力下降得不到所需的工作压力。膜件的总出水量将受到影响。在实践中，应尽可能控制压降过大。随着运行时间的延长，污垢的积累增加了水流阻力，增加了压降。当压降高于初始值0.05兆帕时，应清洗并疏通水道。

c.回收比例和浓缩液排放：

在超滤系统中，回收率和浓缩废水排放量是一个相互制约的因素。再生率指的是透过水量与供水量的比率，浓缩物排放率指的是不透过薄膜排放的水量。因为供水量相当于浓缩水和透水量的总和，如果浓缩缩水排放量大，则可回收利用。为确保超滤系统的正常运行，必须确定组件的小浓缩率和大回收率。中空纤维超滤膜组件的回收率约为一般水处理工程中的50~90%。它的选择依据是供料液的组成和状态，即可截取的物质数量，膜表面形成的污垢层厚度，以及对透水率的影响等多个因素来确定。多数情况下，浓缩液也可以通过增加循环流量来降低污垢层的厚度，从而提高渗透率，但有时不会增加单位产水的能耗。

d.工作温度：

超滤薄膜的渗透性能随温度的升高而提高，而普通水溶液的粘度则随温度的降低而降低，因此渗透速度相应提高。工况下供液温度的确定应考虑工程设计的需要。尤其是在季节变化较大的情况下，要考虑到温度的调节，否则随着温度的变化其渗透率有可能变化约50%，而且过高的温度还会影响膜的性能。中空纤维超滤膜的一般工作温度应在25±5℃，如需在高温条件下工作，可选用耐高温的膜材和壳体材料。