超滤膜是什么？超滤膜具备哪些优点？
2018-11-20 09:27:34
admin 
167933
超滤技术广泛应用(yòng)于反渗透预处理(lǐ)、饮用(yòng)水处理(lǐ)、中水回用(yòng)等领域。那么超滤膜是什么？超滤膜具备哪些优点？下面详细介绍超滤膜的性能(néng)及超滤技术的特点。
超滤膜在水处理(lǐ)应用(yòng)中发挥着越来越重要的作用(yòng)。超滤技术广泛应用(yòng)于反渗透预处理(lǐ)、饮用(yòng)水处理(lǐ)、中水回用(yòng)等领域。那么超滤膜是什么？超滤膜具备哪些优点？下面详细介绍超滤膜的性能(néng)及超滤技术的特点。
一、超滤膜是什么？
超滤（UF）基本上是按分(fēn)子量大小(xiǎo)进行分(fēn)离的压力驱动膜过程。超滤膜的孔径一般在1—100nm之间，能(néng)够截留分(fēn)子量在300—500,000道尔顿的物(wù)质，包括多(duō)糖、生物(wù)分(fēn)子、聚合物(wù)和胶體(tǐ)物(wù)质等。大多(duō)数超滤膜所标称的切割分(fēn)子量一般定义為(wèi)膜具有(yǒu)90%以上截留率的最小(xiǎo)分(fēn)子量。
二、超滤膜具备哪些性能(néng)？
对于确定膜在分(fēn)离应用(yòng)中的适用(yòng)性比较重要的几个膜特性参数有(yǒu)：孔隙率、结构形态、表面性能(néng)、机械强度和耐化學(xué)性。这些特性取决于膜的材料和制造技术。这些特性参数之间有(yǒu)很(hěn)大程度的关联性。例如只有(yǒu)高分(fēn)子材料具有(yǒu)适宜的机械强度，膜才能(néng)保持高空隙度的结构。耐压实性能(néng)、耐化學(xué)清洗、耐细菌分(fēn)解、耐温度等性能(néng)对于膜的工业应用(yòng)都非常重要。膜的表面性能(néng)和孔的结构形态对膜污染、膜通量和溶质分(fēn)离都有(yǒu)影响。
膜最主要的性能(néng)参数是通量（产率）和分(fēn)离能(néng)力（不同料液组分(fēn)的分(fēn)离率）。由于超滤膜的截留分(fēn)子量较大，且大多(duō)数超滤膜的通量高，因此与反渗透系统相比，超滤膜的浓差极化和污染更為(wèi)显著。
三、超滤具备哪些优点？
超滤能(néng)够去除水中能(néng)够找到的任何最為(wèi)细小(xiǎo)的颗粒物(wù)，超滤的颗粒截留范围一般可(kě)达到0.001－0.01微米，微滤的颗粒截留范围比超滤要高出1－2个数量级，一般為(wèi)0.1－0.2微米。
对于一般的水处理(lǐ)，包括城市用(yòng)水处理(lǐ)，UF的截留范围都选择在0.01－0.02微米的范围，这个范围包括了水源中最小(xiǎo)的病毒。但超纯水则需要更小(xiǎo)数量级的孔径和截留范围来确保完全去除颗粒物(wù)，滤液要实现灭菌。
由于微滤具有(yǒu)深层过滤能(néng)力，所以在一定程度上能(néng)够去除病毒。但微滤的确是细菌和隐孢子菌、鞭毛虫等原生寄生虫的绝对屏障，因此也用(yòng)于市政水处理(lǐ)。
UF和MF的分(fēn)离机理(lǐ)与颗粒、纤维介质过滤器等传统处理(lǐ)方式不同。介质过滤依靠重力去除原理(lǐ)，它们的标称过滤孔径比要捕集的颗粒大。颗粒介质过滤器的滤料粒径可(kě)能(néng)大于100微米。这样的滤器其绝对截留范围也是同样的数量级。
然而由于介质的深度、料液在通过介质时的弯曲路径，这种过滤器也可(kě)获得高去除效率。150微米的沙滤床对10－20微米的颗粒的去除率可(kě)轻松达到90－99%。深层滤器的规定等级意味着其去除效率是可(kě)变的，取决于许多(duō)环境因素及操作参数。
UF和MF膜完全是表面去除机理(lǐ)，就像非常细的筛子。膜表面的孔径高度规整一致，孔径的分(fēn)布非常窄。大于孔径的颗粒被膜表面排斥通过，留在料液或浓缩液一侧。流體(tǐ)介质本身及小(xiǎo)于膜孔径的颗粒会透过膜达到滤液一侧。
与传统处理(lǐ)工艺相比，膜法处理(lǐ)工艺的优点不仅仅在于其绝对高的去除率。膜系统更加简洁紧凑（占用(yòng)空间一般下降33%），自动化程度高（正常情况下无须人工操作），药剂投加量少（药剂费用(yòng)低，产生废水少）。
四、外压膜与内压有(yǒu)什么區(qū)别？
在水处理(lǐ)应用(yòng)中，中空纤维超滤膜的操作方式即可(kě)以是外压式的，也可(kě)以是内压式的。采用(yòng)外压式时，料液先进入组件外壳，从膜丝外壁施压，产水透过膜壁，从膜丝内腔流出。内压方式的过程相反。
在一般的水处理(lǐ)应用(yòng)中，比较典型的过滤通量是100lmh，通量值会在50－150 lmh之间变化，取决于料液的水质和工艺操作条件。这种通量是0.8mm膜丝所产生的压力降所能(néng)接受的。
内压式操作过程中，料液在膜丝内腔流动，滤液的渗透方向与反洗方向相反。反洗过程中，高速反洗液从膜丝的整个長(cháng)度上透过膜壁，主要的约束是从膜丝内腔排出反洗排水。对于将膜组件单排并联排列的设计，可(kě)以从膜组件两端同时排水，保证了清除积累颗粒物(wù)的效率。
外压式操作在进行反洗时就无法保证清洗的效率。过滤过程中料液从膜丝外壁进入膜丝内腔，反洗时采用(yòng)透过液，流道方向恰恰相反。為(wèi)了保证反洗效果，需要大流量注入透过液。但膜丝内腔的流道狭小(xiǎo)，限制了反洗液的流量，反洗的效果会大打折扣。最终的结果是膜污染和通量下降。
外压式操作的反洗过程均采用(yòng)了空气辅助措施。空气可(kě)以从膜丝内腔直接透过膜壁，也可(kě)以在反洗时在膜丝外侧加入空气扰动膜丝。真正的空气反冲洗可(kě)以彻底清除膜面的沉积物(wù)，但在清理(lǐ)膜面的同时对膜丝也会造成拉伸、疲劳等伤害，最终导致膜丝失效。
空气擦洗也是有(yǒu)害的，会引起在膜丝与树脂粘结面处的膜丝拉伤。為(wèi)了避免拉伤，需要强度更大的膜。而且，无论是空气反冲还是空气擦洗，均能(néng)需要可(kě)观的空气供给，导致运行费用(yòng)的明显增加。
五、膜组件应该垂直排列还是水平排列
在UF的开发早期，系统设计采用(yòng)平行排列的方式，膜组件的安装或者采用(yòng)垂直、或者采用(yòng)水平，随具體(tǐ)的情况而定。但垂直安装有(yǒu)一个非常重要的好处，就是排出空气。这样就大大简化了开車(chē)调试，使得采用(yòng)空气进行完整性测试更加容易操作，而且可(kě)以使用(yòng)空气反冲洗或空气增强反洗。
1990年代初期开发出的新(xīn)的水平安装形式，完全模仿RO/NF中的标准结构。在这种结构中，4只1.5米長(cháng)的膜元件被安装在一个6米長(cháng)的膜壳中，料液从组件的两端引入，2只元件串联，在组件的中心部位形成终端。
多(duō)元件设计的优点在于膜壳的数量被大大减少了（虽然膜丝有(yǒu)了两层外壳，一层是元件外壳，另外一层是单独的压力容器），连接管線(xiàn)及阀门同时减少了。这种结构自然简化了元件的进出口，不需要在台架之间进行连接（虽然元件的维修更加困难且更加费时）。然而对于大规模装置来说，可(kě)以通过模块化的结构多(duō)层组件安装，垂直排列的安装密度与水平排列形式基本相近。
多(duō)元件水平设计有(yǒu)许多(duō)缺点。其中最主要的是在过滤循环中水力學(xué)无法实现优化，以及反洗效果低下。在过滤循环中，膜壳中心部位的终端会形成高浓度的垢物(wù)，如果要进行反洗，在中心部位的流速最低，所以清洗效率最低，要打通终端部位的机会几乎等于零。在商(shāng)业设计中，為(wèi)了避免这一缺陷，与垂直结构相比，水平结构的设计通量要低15%。
垂直结构将单个组件排列起来，由于料液的引入和反洗排水的排放均可(kě)以从组件两端同时或交替进行，所以无需忍受水平设计的诸多(duō)限制。内压式结构可(kě)以在相对好的水力學(xué)效率下进行透过液反洗。
多(duō)元件水平结构更深一层的缺点是无法实施借助空气的完整性测试。这种测试在市政水处理(lǐ)应用(yòng)中是一个工业标准，多(duō)元件水平设计比单个元件水平结构更加难于进行，原因是很(hěn)难在测试结束后不损伤膜丝的情况下完全排除空气。
内压垂直结构的另外一个特点是可(kě)以采用(yòng)空气辅助反洗。在这里，空气不穿过膜，也不进行擦洗，没有(yǒu)不良的机械作用(yòng)，避免了额外的拉伸。使用(yòng)空气的目的是在过滤结束反洗之前从底部吹气，这样膜丝内腔的液體(tǐ)被排出，反洗液體(tǐ)进入了一个空的流道，能(néng)够增强从膜丝表面清除污物(wù)的效率。
六、加压式和浸没式
加压式组件将膜丝封闭在外壳内，膜壳有(yǒu)一定的压力等级，需要时，可(kě)以让组件背压运行。
浸没式系统的膜未经封装，一般只是简单地将膜浸没在一个开放的槽中，用(yòng)真空泵抽吸便可(kě)。
浸没式系统的膜一般是微滤或极粗的超滤，膜的透性非常高。加压式系统的膜孔稍小(xiǎo)，截留率较高且通量较小(xiǎo)。浸没式系统的通量一般比加压式稍低，跨膜压差也低。由于低跨膜压差降低了固體(tǐ)堵塞膜孔的倾向，污染率降到了最低，所以适宜于处理(lǐ)高固含量料液。
在对加压式系统和浸没式系统的经济性进行对比时，应该考虑到几个因素。浸没式系统节约了膜封装的费用(yòng)，但由于运行通量低，需要的膜面积却更多(duō)了。由于膜比封装材料的价格高，浸没式系统的造价一般较高。在翻新(xīn)设计中，槽體(tǐ)和容器的费用(yòng)极低，浸没式系统能(néng)够获得一些造价上的优势。
由于浸没式系统的运行压力和通量都低，料液输送系统的造价和运行费用(yòng)会节省，如果是建造在山(shān)坡上，浸没式系统还能(néng)利用(yòng)自然的落差来免除抽洗泵系统。当然如果建造在平地上，两种系统都需要泵，虽然浸没式系统的输送系统的运行费用(yòng)可(kě)能(néng)会低一些。
对于那些必须将滤液提升到更高的水库中的情况，加压式系统就有(yǒu)了优势，因為(wèi)不必再加提升泵。
深圳水天蓝环保科(kē)技有(yǒu)限公司代理(lǐ)各國(guó)际知名品牌膜元件，专业研发设计制造膜过滤分(fēn)离设备，可(kě)满足多(duō)领域的水处理(lǐ)需求。
本文(wén)由水天蓝环保(/)原创首发，转载请以链接形式标明本文(wén)地址或注明文(wén)章出处!
