超過濾膜在水處理應(yīng)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(yīng)增大。在工作條件下，供液溫度的確定要符合工程設(shè)計(jì)的要求。

前處理超濾可作為水處理工藝的預(yù)處理或深度處理，用于水處理及其他工業(yè)凈化、濃縮和分離。污水處理工藝是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的深度凈化技術(shù)。根據(jù)中空纖維超濾膜的特性，提出了對其給水預(yù)處理的要求。因?yàn)樗械膽腋∥?、膠體、微生物等雜質(zhì)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(zhì)的濃度急劇上升，產(chǎn)生了濃度極化現(xiàn)象，更嚴(yán)重的是極細(xì)顆粒進(jìn)入膜孔，導(dǎo)致水通道堵塞。此外，水里的微生物與代謝物產(chǎn)生的粘性物質(zhì)還可以附著在膜的表面。從而導(dǎo)致超濾膜透氣性下降，分離性能發(fā)生變化。另外，對超濾水的溫度、PH值、濃度等都有嚴(yán)格的要求。因此，過濾器供水必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和水質(zhì)調(diào)節(jié)，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(xì)菌、海藻)：

如水中有微生物，則進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)后，所攔截的一部分微生物可附著于預(yù)處理系統(tǒng)的表面，如多介質(zhì)過濾器的介質(zhì)表面。超濾薄膜表面的粘附、增生，會使微孔或空心纖維的內(nèi)腔完全堵塞。超濾中空纖維膜的微生物危害極為嚴(yán)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(shí)驗(yàn)室殺菌后的中空纖維超濾膜組件可循環(huán)使用過氧化氫(H2O2)或高錳酸鉀水溶液處理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(jìn)水口的濁度B：

若水中有懸浮物、膠體、微生物及其他雜質(zhì)，則會使水中產(chǎn)生程度的渾濁，而這種渾濁會阻礙光線的照射，而這種光學(xué)效應(yīng)與雜質(zhì)的多少、大小及形狀有關(guān)。通常以蝕度來表示水中濁度的測量，并且規(guī)定當(dāng)濁度為1mg/lSiO2時(shí)，濁度越大，說明水中的雜質(zhì)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(shù)量、形狀都會影響測定，因此濁度與懸浮物的關(guān)系是隨機(jī)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(jié)構(gòu)可截取分子級甚至離子級顆粒，用濁度來反映水質(zhì)的差異。利用SDI值對水體污染趨勢進(jìn)行預(yù)測；

SDI值主要用于測定水體中膠質(zhì)、懸浮物等微粒的含量，是評價(jià)進(jìn)水水質(zhì)的重要指標(biāo)。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(shí)間t0，然后在相同條件下繼續(xù)通水15min，再次記錄濾過500ml水樣所需的時(shí)間t15，然后根據(jù)以下公式計(jì)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(jìn)行預(yù)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(jié)式PE管等)，一般可減少到5微米左右。另外，在精濾前，應(yīng)先投加絮凝劑，再放入兩層或多層介質(zhì)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(zhì)得到改善。

懸浮液和脫膠：

對于粒徑大于5μm的雜質(zhì)，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(yán)重。特別是膠粒帶電荷，是物質(zhì)分子與離子的聚合，膠粒就能在水中穩(wěn)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(zhì)(與電學(xué)性質(zhì)相反的絮凝劑)加入原水中，以破壞膠體粒子的穩(wěn)定性，使帶荷電的膠體粒子內(nèi)部和電中性，使分散的膠體粒子凝結(jié)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(jī)電解液，如硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵和氯化鐵等。有機(jī)絮凝劑聚丙稀胺、聚丙稀酸鈉、聚乙稀亞胺。由于有機(jī)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(jié)沉降在短時(shí)間內(nèi)完成，從而大大提高了水質(zhì)，近年來高分子絮凝劑有取代無機(jī)絮凝劑的趨勢。

加入PH調(diào)節(jié)劑石灰、碳酸鈉、氧化劑氯、漂白粉、增強(qiáng)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(jì)量泵時(shí)，絮凝劑常與水溶液混合，也可安裝一個(gè)噴射器，直接將絮凝劑注入到水處理系統(tǒng)中。

去除可溶性有機(jī)物：

可溶性有機(jī)物絮凝沉淀，多介質(zhì)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(jī)物，另外，臭氧(O3)和高錳酸鉀(KMnO4)也是較好的氧化劑，但價(jià)格昂貴。

供水水質(zhì)調(diào)整：

超濾膜透水性的發(fā)揮程度與溫度直接相關(guān)，超濾膜組件標(biāo)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(shù)約為0.02℃/1℃，其透水率每升高1℃提高2.0%。因此當(dāng)供水溫較低時(shí)(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(diào)節(jié)

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(jìn)水超過使用范圍，需進(jìn)行調(diào)整，目前常用的PH調(diào)節(jié)劑主要有酸(HCl和H2SO4)和堿(NaOH等)。

因?yàn)槿芤褐械臒o機(jī)鹽可以通過超濾膜，所以在預(yù)處理水質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)一般不會出現(xiàn)濃度極化和結(jié)垢問題，而是防止膠質(zhì)層的產(chǎn)生、膜的污染和堵塞。

第二，正確掌握和執(zhí)行工藝參數(shù)，對于超濾系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)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(tǒng)中超濾的重要操作參數(shù)。當(dāng)流動速度較大時(shí)，不僅造成能量浪費(fèi)，壓力降過大，而且加速了超濾膜分裂性能的下降。相反，當(dāng)流速較小時(shí)，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(zhì)量。通過試驗(yàn)確定了流速。中空纖維超濾膜的內(nèi)壓速率僅為0.1m/s，進(jìn)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(xì)管管徑達(dá)到3mm時(shí)，可以適當(dāng)提高毛細(xì)管流速，有利于減少濃縮邊界層的形成。重要的是，進(jìn)口壓力與原液流量有關(guān)的中空纖維和毛細(xì)管膜的流量不一致，濃縮水流量為原液流量的10%時(shí)，出口端的流量接近進(jìn)口端的10%，壓力的增大滲透率增大，對流量的增加貢獻(xiàn)極小。所以，增大毛細(xì)管直徑，適當(dāng)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(nèi)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(nèi)的正常工作壓力。要將不同分子量的物質(zhì)分離，需選擇相應(yīng)的截留分子量的超濾膜，則操作壓力也不同?？招睦w維內(nèi)壓膜一般采用塑料外殼，抗壓強(qiáng)度在0.3MPa以下，空心纖維的抗壓強(qiáng)度也一般在0.3MPa以下，所以工作壓力應(yīng)該在0.2MPa以下，膜兩側(cè)的壓差應(yīng)該在0.1MPa以下。外壓中空纖維超濾膜的抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.6兆帕，塑殼外壓組件的抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.2兆帕。需要注意的是，由于內(nèi)壓膜直徑較大，作為外壓膜使用時(shí)，易被壓扁而在粘結(jié)處被切斷，造成損壞，所以內(nèi)壓膜不能通用。

當(dāng)要求超濾液對下一工序有壓力時(shí)，應(yīng)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(dá)30m水柱，或0.3MPa壓強(qiáng)，但中空纖維超濾膜內(nèi)、外的壓力差不得大于0.3MPa。

當(dāng)選擇工作壓力時(shí)，除了要根據(jù)膜和殼體的耐壓強(qiáng)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(yīng)的截留物質(zhì)在膜表面的積累越多，阻力越大，將導(dǎo)致透水率下降。另外，進(jìn)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(fā)揮膜性能。

中空纖維超濾膜組件壓降是指原液進(jìn)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(guān)。特別是內(nèi)壓型中空纖維或毛細(xì)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(shí)踐中，應(yīng)盡可能控制壓降過大。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，污垢的積累增加了水流阻力，增加了壓降。當(dāng)壓降高于初始值0.05兆帕?xí)r，應(yīng)清洗并疏通水道。

c.回收比例和濃縮液排放：

在超濾系統(tǒng)中，回收率和濃縮廢水排放量是一個(gè)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?yàn)楣┧肯喈?dāng)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(tǒng)的正常運(yùn)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(jù)是供料液的組成和狀態(tài)，即可截取的物質(zhì)數(shù)量，膜表面形成的污垢層厚度，以及對透水率的影響等多個(gè)因素來確定。多數(shù)情況下，濃縮液也可以通過增加循環(huán)流量來降低污垢層的厚度，從而提高滲透率，但有時(shí)不會增加單位產(chǎn)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(yīng)提高。工況下供液溫度的確定應(yīng)考慮工程設(shè)計(jì)的需要。尤其是在季節(jié)變化較大的情況下，要考慮到溫度的調(diào)節(jié)，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(yīng)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。