超濾膜是什么？超濾膜具備哪些優點？
2018-11-20 09:27:34
admin 
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超濾技術廣泛應用于反滲透預處理、飲用水處理、中水回用等領域。那么超濾膜是什么？超濾膜具備哪些優點？下面詳細介紹超濾膜的性能及超濾技術的特點。
超濾膜在水處理應用中發揮著越來越重要的作用。超濾技術廣泛應用于反滲透預處理、飲用水處理、中水回用等領域。那么超濾膜是什么？超濾膜具備哪些優點？下面詳細介紹超濾膜的性能及超濾技術的特點。
一、超濾膜是什么？
超濾（UF）基本上是按分子量大小進行分離的壓力驅動膜過程。超濾膜的孔徑一般在1—100nm之間，能夠截留分子量在300—500,000道爾頓的物質，包括多糖、生物分子、聚合物和膠體物質等。大多數超濾膜所標稱的切割分子量一般定義為膜具有90%以上截留率的最小分子量。
二、超濾膜具備哪些性能？
對于確定膜在分離應用中的適用性比較重要的幾個膜特性參數有：孔隙率、結構形態、表面性能、機械強度和耐化學性。這些特性取決于膜的材料和制造技術。這些特性參數之間有很大程度的關聯性。例如只有高分子材料具有適宜的機械強度，膜才能保持高空隙度的結構。耐壓實性能、耐化學清洗、耐細菌分解、耐溫度等性能對于膜的工業應用都非常重要。膜的表面性能和孔的結構形態對膜污染、膜通量和溶質分離都有影響。
膜最主要的性能參數是通量（產率）和分離能力（不同料液組分的分離率）。由于超濾膜的截留分子量較大，且大多數超濾膜的通量高，因此與反滲透系統相比，超濾膜的濃差極化和污染更為顯著。
三、超濾具備哪些優點？
超濾能夠去除水中能夠找到的任何最為細小的顆粒物，超濾的顆粒截留范圍一般可達到0.001－0.01微米，微濾的顆粒截留范圍比超濾要高出1－2個數量級，一般為0.1－0.2微米。
對于一般的水處理，包括城市用水處理，UF的截留范圍都選擇在0.01－0.02微米的范圍，這個范圍包括了水源中最小的病毒。但超純水則需要更小數量級的孔徑和截留范圍來確保完全去除顆粒物，濾液要實現滅菌。
由于微濾具有深層過濾能力，所以在一定程度上能夠去除病毒。但微濾的確是細菌和隱孢子菌、鞭毛蟲等原生寄生蟲的絕對屏障，因此也用于市政水處理。
UF和MF的分離機理與顆粒、纖維介質過濾器等傳統處理方式不同。介質過濾依靠重力去除原理，它們的標稱過濾孔徑比要捕集的顆粒大。顆粒介質過濾器的濾料粒徑可能大于100微米。這樣的濾器其絕對截留范圍也是同樣的數量級。
然而由于介質的深度、料液在通過介質時的彎曲路徑，這種過濾器也可獲得高去除效率。150微米的沙濾床對10－20微米的顆粒的去除率可輕松達到90－99%。深層濾器的規定等級意味著其去除效率是可變的，取決于許多環境因素及操作參數。
UF和MF膜完全是表面去除機理，就像非常細的篩子。膜表面的孔徑高度規整一致，孔徑的分布非常窄。大于孔徑的顆粒被膜表面排斥通過，留在料液或濃縮液一側。流體介質本身及小于膜孔徑的顆粒會透過膜達到濾液一側。
與傳統處理工藝相比，膜法處理工藝的優點不僅僅在于其絕對高的去除率。膜系統更加簡潔緊湊（占用空間一般下降33%），自動化程度高（正常情況下無須人工操作），藥劑投加量少（藥劑費用低，產生廢水少）。
四、外壓膜與內壓有什么區別？
在水處理應用中，中空纖維超濾膜的操作方式即可以是外壓式的，也可以是內壓式的。采用外壓式時，料液先進入組件外殼，從膜絲外壁施壓，產水透過膜壁，從膜絲內腔流出。內壓方式的過程相反。
在一般的水處理應用中，比較典型的過濾通量是100lmh，通量值會在50－150 lmh之間變化，取決于料液的水質和工藝操作條件。這種通量是0.8mm膜絲所產生的壓力降所能接受的。
內壓式操作過程中，料液在膜絲內腔流動，濾液的滲透方向與反洗方向相反。反洗過程中，高速反洗液從膜絲的整個長度上透過膜壁，主要的約束是從膜絲內腔排出反洗排水。對于將膜組件單排并聯排列的設計，可以從膜組件兩端同時排水，保證了清除積累顆粒物的效率。
外壓式操作在進行反洗時就無法保證清洗的效率。過濾過程中料液從膜絲外壁進入膜絲內腔，反洗時采用透過液，流道方向恰恰相反。為了保證反洗效果，需要大流量注入透過液。但膜絲內腔的流道狹小，限制了反洗液的流量，反洗的效果會大打折扣。最終的結果是膜污染和通量下降。
外壓式操作的反洗過程均采用了空氣輔助措施。空氣可以從膜絲內腔直接透過膜壁，也可以在反洗時在膜絲外側加入空氣擾動膜絲。真正的空氣反沖洗可以徹底清除膜面的沉積物，但在清理膜面的同時對膜絲也會造成拉伸、疲勞等傷害，最終導致膜絲失效。
空氣擦洗也是有害的，會引起在膜絲與樹脂粘結面處的膜絲拉傷。為了避免拉傷，需要強度更大的膜。而且，無論是空氣反沖還是空氣擦洗，均能需要可觀的空氣供給，導致運行費用的明顯增加。
五、膜組件應該垂直排列還是水平排列
在UF的開發早期，系統設計采用平行排列的方式，膜組件的安裝或者采用垂直、或者采用水平，隨具體的情況而定。但垂直安裝有一個非常重要的好處，就是排出空氣。這樣就大大簡化了開車調試，使得采用空氣進行完整性測試更加容易操作，而且可以使用空氣反沖洗或空氣增強反洗。
1990年代初期開發出的新的水平安裝形式，完全模仿RO/NF中的標準結構。在這種結構中，4只1.5米長的膜元件被安裝在一個6米長的膜殼中，料液從組件的兩端引入，2只元件串聯，在組件的中心部位形成終端。
多元件設計的優點在于膜殼的數量被大大減少了（雖然膜絲有了兩層外殼，一層是元件外殼，另外一層是單獨的壓力容器），連接管線及閥門同時減少了。這種結構自然簡化了元件的進出口，不需要在臺架之間進行連接（雖然元件的維修更加困難且更加費時）。然而對于大規模裝置來說，可以通過模塊化的結構多層組件安裝，垂直排列的安裝密度與水平排列形式基本相近。
多元件水平設計有許多缺點。其中最主要的是在過濾循環中水力學無法實現優化，以及反洗效果低下。在過濾循環中，膜殼中心部位的終端會形成高濃度的垢物，如果要進行反洗，在中心部位的流速最低，所以清洗效率最低，要打通終端部位的機會幾乎等于零。在商業設計中，為了避免這一缺陷，與垂直結構相比，水平結構的設計通量要低15%。
垂直結構將單個組件排列起來，由于料液的引入和反洗排水的排放均可以從組件兩端同時或交替進行，所以無需忍受水平設計的諸多限制。內壓式結構可以在相對好的水力學效率下進行透過液反洗。
多元件水平結構更深一層的缺點是無法實施借助空氣的完整性測試。這種測試在市政水處理應用中是一個工業標準，多元件水平設計比單個元件水平結構更加難于進行，原因是很難在測試結束后不損傷膜絲的情況下完全排除空氣。
內壓垂直結構的另外一個特點是可以采用空氣輔助反洗。在這里，空氣不穿過膜，也不進行擦洗，沒有不良的機械作用，避免了額外的拉伸。使用空氣的目的是在過濾結束反洗之前從底部吹氣，這樣膜絲內腔的液體被排出，反洗液體進入了一個空的流道，能夠增強從膜絲表面清除污物的效率。
六、加壓式和浸沒式
加壓式組件將膜絲封閉在外殼內，膜殼有一定的壓力等級，需要時，可以讓組件背壓運行。
浸沒式系統的膜未經封裝，一般只是簡單地將膜浸沒在一個開放的槽中，用真空泵抽吸便可。
浸沒式系統的膜一般是微濾或極粗的超濾，膜的透性非常高。加壓式系統的膜孔稍小，截留率較高且通量較小。浸沒式系統的通量一般比加壓式稍低，跨膜壓差也低。由于低跨膜壓差降低了固體堵塞膜孔的傾向，污染率降到了最低，所以適宜于處理高固含量料液。
在對加壓式系統和浸沒式系統的經濟性進行對比時，應該考慮到幾個因素。浸沒式系統節約了膜封裝的費用，但由于運行通量低，需要的膜面積卻更多了。由于膜比封裝材料的價格高，浸沒式系統的造價一般較高。在翻新設計中，槽體和容器的費用極低，浸沒式系統能夠獲得一些造價上的優勢。
由于浸沒式系統的運行壓力和通量都低，料液輸送系統的造價和運行費用會節省，如果是建造在山坡上，浸沒式系統還能利用自然的落差來免除抽洗泵系統。當然如果建造在平地上，兩種系統都需要泵，雖然浸沒式系統的輸送系統的運行費用可能會低一些。
對于那些必須將濾液提升到更高的水庫中的情況，加壓式系統就有了優勢，因為不必再加提升泵。
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