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下载名称:超滤技术在水处理中的应用添加时间:2007-4-18 10:13:20
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超滤技术在水处理中的应用
 
90年代初超滤技术曾在矿泉水生产中得到广泛的应用,近年来超滤技术在反渗透制备纯水和超纯水系统中作预处理及终端处理也逐渐被认可。但在水处理过程中超滤如何正常发挥作用仍然存在问题。
                
    当超滤膜在使用时,由于其对水或溶液中细菌、微生物、胶体、悬浮性固体及可溶性高分子化合物具有极高的截留效果,沉积于膜表面形成污染,使膜的透过性能和截留性能恶化。此外细菌、微生物的附着,其代谢产物在膜表面形成黏液。这些因素都将导致超滤膜性能降低。因此,必须根据超滤过滤的客观规律运行,使超滤处于最佳工作状态。
                
     膜材料的优选超滤膜材料众多,国内可供选择的中空纤维(毛细管)型超滤膜,主要材料为聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯等(PVDF)等。此外聚芳砜、聚酰胺等由于制备工艺与膜材料价格原因,尚无生产。醋酸纤维素则因耐酸碱性能的限制较少使用。近年来有以拉伸致孔的聚丙烯微孔滤膜中空纤维,因其制造成本低廉,而在市场上充作中空纤维超滤膜使用,实际上其长形网状孔尺寸较超滤膜大1~2个数量级,长形孔的变形使细菌、微生物泄漏率可达50%以上,对胶体及微粒截留效果较差。 

                
     聚砜以其独特的化学稳定性、较高的抗氧化性、较宽的pH值使用范围(pH1~13)、耐热性能好等因素而被首选。但聚砜属疏水性膜、透水性能低、对某些物质吸附性能强,在水处理应用中有一定局限性。聚丙烯腈膜耐溶剂性、耐热性、对日光及大气的稳定性,特别是成膜性能良好、对制备孔径均一的超滤膜是极为有利的,轻度的极性于某些废水的处理,在国外超滤膜领域中优先生产,占有较大的比例。我国近年来在纯水制备的大规模使用中已成功的应用。膜的透水性能、截留性能均已达到较高的水平。
                
     膜微结构的选择膜断面结构有单皮层指状孔结构与双皮层针状孔结构两种。当较小物质穿过单皮层指状孔结构时,即可从另一侧透出,不致引起微孔的堵塞。而双皮层针状孔结构如小分子能透过一侧皮层,进入膜孔内部时,有可能被另一侧皮层截留而留存于膜内形成堵孔。但双皮层针状孔结构有利于反冲洗。在选用双皮层针状孔结构超滤膜时在满足透水量的同时应选择切割分子应小于被截留溶质分子约一个数量级。用作矿泉水与纯净水预处理时应选取双皮层针状孔结构毛细管式超滤膜,切割分子量在1~2万左右,对细菌、微生物、胶体都有良好的分离性能,并且有利于反冲洗。
                
    组件结构的选择当溶液中可被截留的溶质浓度较小时,组件结构有较大的选择余地,而溶质浓度较大时,带有隔网的卷式膜组件易于在膜表面沉积而不宜采用。实际上,在水处理工程中最多采用内压型毛细管或中空纤维超滤膜组件,有利于提高管内流速而达到减少沉积堵塞现象。如若提高流速则阻力损失较大。因而宜选用较大直径毛细管膜,有利于流速的提高。以日本旭化成公司聚丙烯腈毛细管膜为例,其内径为0.8~1.4mm,外径1.4~2.3mm,原水只需通过40目筛网过滤即可,即机械杂质不大于毛细管内径即可通过。
    选择适当直径的毛细管膜,达到必要的流速,有利于减少溶质在膜表面的沉积,这对于超滤膜的正常运行是必要的。
                
    超滤膜设备装置的选择实践证明,超滤膜能截留大部分溶质,因而必须在错流状态下工作,即原水沿膜表面切向流动,被截留溶质切向流过膜表面,形成浓缩液而排出,因而在正常操作情况下必须不断排放浓缩液。一般排放量约占原水的10%,此种操作膜表面流速低于0.1m/s,特别是透水量较高的膜,溶质更多的截留于膜表面,堵塞几乎是不可避免的。为此必须增加浓缩液的排放量达原液的50%以上。为使原液的充分利用,超滤装置应设循环系统,排放液可重新回入原水容器内,少量废弃排放。增加循环泵的流量,适当加大浓缩液排放管道直径是必要的。
                
   为有利于膜的再生,装置必须采用反冲洗系统,采用两组膜组合使用,交替反冲洗,利用超滤液直接反冲的方法,减少膜的污染并有利于反冲洗压力的控制。例如工作10min,反冲洗0.5min,反冲液全部排放。如此操作控制排放量亦仅在10%左右。这种方法突破了膜污染后再冲洗的传统方式,能保证系统始终处在高通量状态下工作。此外,还应设制快速等压冲洗系统,即关闭超滤液出口,全开浓缩液排放阀,在低压下泵以全流量通过膜表面实现快速冲洗,对恢复膜的性能有较大的效果。
    超滤装置频繁的反冲洗与等压冲洗,必须有自动控制系统予以保证,否则操作的一次失误会造成系统的损坏。
                
   超滤装置由于超滤膜精密的微结构,精致的设计与装置,精细的操作,是保证超滤膜长期正常运行的必要条件。
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