美能凈水器研發(fā)

*工業(yè)膜組件廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、環(huán)保、生化、食品、礦物加工等行業(yè)的水處理過程，以及市政自來水處理、市政污水處理過程;

*家用產(chǎn)品包括了適用于家庭全屋水凈化、用水點終端水凈化的家用凈水設(shè)備系列、家用純水設(shè)備系列和商用凈水系列

一、超濾的基本概述

超濾是一種將溶液進行凈化、分離或濃縮的膜透過法分離技術(shù)。其應(yīng)用面非常廣泛，小至家用凈水器，大到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，從普通民用到高新技術(shù)領(lǐng)域都有不同規(guī)模的應(yīng)用，甚至于在環(huán)境保護方面也有極大的使用潛力，超濾是一種最有發(fā)展前途的膜法分離技術(shù)。

二、超濾膜組件的基本類型

目前，工業(yè)上常用的超濾膜器件主要有下列五種類型:板框式、園管式、螺旋卷式、中空纖維式、毛細管式。在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的是中空纖維式，特別是在凈化、分離的應(yīng)用中。

三、超濾膜的超濾特性

在膜分離技術(shù)范疇內(nèi)，分離精度自濾至微反滲透逐漸提高，超濾介于納濾與微濾之間。簡單的理解，超濾膜如同篩子，在一定壓力下，允許溶劑和小于膜孔徑的溶質(zhì)透過，而阻止大于孔徑的溶質(zhì)通過，以完成溶液的凈化、分離和濃縮。

超濾過程有如下特點:

(1)超濾過程無相際變化，可以在常溫及低壓下進行分離，因而能耗低;

(2)設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)簡單，故投資費用低，易于實施;

(3)超濾分離過程只是簡單的加壓輸送液體，工藝流程簡單，易于操作管理;

(4)溶液在分離、濃縮過程中不發(fā)生質(zhì)的變化，因而適合于保味及熱敏性溶液的處理;

(5)適合于從稀溶液中分離微量貴重大分子物質(zhì)的回收和低濃度大分子物質(zhì)的回收;

(6)能將不同分子量的物質(zhì)分級分離;

(7)在使用過程中無任何雜質(zhì)的脫落，保證被處理溶液的純凈。

四、中空纖維式超濾膜

中空纖維超濾膜為超濾技術(shù)中的一個重要分支，由于中空纖維式超濾膜結(jié)構(gòu)的特殊性，膜無支承體，成型工藝連續(xù)性、均一性良好，結(jié)構(gòu)簡單，超濾液易于保持純潔等優(yōu)點，在超濾領(lǐng)域中的應(yīng)用已占首要地位。中空纖維超濾膜分為內(nèi)壓型及外壓型兩種。外壓型原液在中空纖維外側(cè)加壓流動，而內(nèi)壓型在中空纖維內(nèi)腔中加壓流動。

制造超濾膜的材料很多，但用于制造中空纖維超濾膜材料主要為一部分成纖性能良好的高分子材料。對膜材料的要求是具有良好的成膜性、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、耐酸堿性、微生物侵蝕性和抗氧化性。并且具有良好的親水性，以得到高的水通量和抗污染能力。

目前常用的中空纖維超濾膜材料有如下幾種:聚砜、聚醚砜屬于疏水性膜材料，機械強度高，耐熱、耐化學性良好，為目前應(yīng)用較多的膜材料之一。

聚偏氟乙稀(PVDF)膜材料為含氟材料中適用于超濾膜制備的最好材料，有極優(yōu)良的機械強度和耐高溫、耐化學侵蝕性。可以在強酸、強堿和有機溶劑條件下使用。

五、超濾膜在水處理應(yīng)用中的工藝

1、前處理:超濾法在水處理及其他工業(yè)凈化、濃縮、分離過程中，可以作為工藝過程的預(yù)處理，也可以作為工藝過程的深度處理。在廣泛應(yīng)用的水處理工藝過程中，常作為深度凈化的手段。根據(jù)中空纖維超濾膜的特性，有一定的供水前處理要求。因為水中的懸浮物、膠體、微生物和其他雜質(zhì)會附于膜表面，而使膜受到污染。由于超濾膜水通量比較大，被截留雜質(zhì)在膜表面上的濃度迅速增大產(chǎn)生所謂濃度極化現(xiàn)象，更為嚴重的是有一些很細小的微粒會進入膜孔內(nèi)而堵塞水通道。另外，水中微生物及其新陳代謝產(chǎn)物生成粘性物質(zhì)也會附著在膜表面。這些因素都會導致超濾膜透水率的下降以及分離性能的變化。同時對超濾供水溫度、PH值和濃度等也有一定限度的要求。因此對超濾供水必須進行適當?shù)念A(yù)處理和調(diào)整水質(zhì)，滿足供水要求條件，以延長超濾膜的使用壽命，降低水處理的費用。

A、微生物(細菌、藻類)的殺滅:

當水中含有微生物時，在進入前處理系統(tǒng)后，部分被截留微生物可能粘附在前處理系統(tǒng)，如多介質(zhì)過濾器的介質(zhì)表面。微生物的存在對中空纖維超濾膜的危害性是極為嚴重的。除去原水中的細菌及藻類等微生物必須重視。在水處理工程中通常加入NaClO、O3等氧化劑，濃度一般為1~5mg/l。此外，紫外殺菌也可使用。

B、降低進水混濁度:

當水中含有懸浮物、膠體、微生物和其他雜質(zhì)時，都會使水產(chǎn)生一定程度的混濁，該混濁物對透過光線會產(chǎn)生阻礙作用，這種光學效應(yīng)與雜質(zhì)的多少，大小及形狀有關(guān)系。

C、懸浮物和膠體物質(zhì)的去除:

向原水中加入與膠體粒子電性相反的荷電物質(zhì)(絮凝劑)以打破膠體粒子的穩(wěn)定性，使帶荷電的膠體粒子中和成電中性而使分散的膠體粒子凝聚成大的團塊，而后利用過濾或沉降便可以比較容易去除。

D、可溶性有機物的去除:

可溶性有機物用絮凝沉降、多介質(zhì)過濾以及超濾均無法徹底去除。目前多采用氧化法或者吸咐法。

(1)氧化法:利用氯或次氯酸鈉(NaClO)進行氧化，對除去可溶性有機物效果比較好，另外臭氧(O3)和高錳酸鉀(KMnO4)也是比較好的氧化劑，但成本略高;

(2)吸附法:利用活性炭或大孔吸附樹脂可以有效除去可溶性有機物。但對于難以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法處理。

E、供水水質(zhì)調(diào)整:

(1)供水溫度的調(diào)整:超濾膜透水性能的發(fā)揮與溫度高低有直接的關(guān)系，當供水溫度較低時，可采用某種升溫措施，使其在較高溫度下運行，以提高工作效率。但當溫度過高時，同樣對膜不利，會導致膜性能的變化，對此，可采用冷卻措施，降低供水溫度;

(2)供水PH值的調(diào)整:用不同材料制成的超濾膜對PH值的適應(yīng)范圍不同，如果進水超過使用范圍，需要加以調(diào)整。

2、操作參數(shù):

正確的掌握和執(zhí)行操作參數(shù)對超濾系統(tǒng)的長期和穩(wěn)定運行是極為重要的，操作參數(shù)一般主要包括:流速、壓力、壓力降、濃水排放量、回收比和溫度。

A、流速:

流速是指原液(供給水)在膜表面上的流動的線速度，是超濾系統(tǒng)中的超濾一項重要操作參數(shù)。流速較大時，不但造成能量的浪費和產(chǎn)生過大的壓力降而且加速超濾膜分裂性能的衰退。反之，如果流速較小，截留物在膜表面形成的邊界層厚度增大，引起濃度極化現(xiàn)象，既影響了透水速率，又影響了透水質(zhì)量。在允許的壓力范圍內(nèi)，提高供給水量，選擇高流速，有利于中空纖維超濾膜性能的保證。

B、壓力和壓力降:

在選擇工作壓力時除根據(jù)膜及外殼耐壓強度為依據(jù)外，必須考慮膜的壓密性，及膜的耐污染能力，壓力越高透水量越大，相應(yīng)被截留的物質(zhì)在膜表面積聚越多，阻力越大，會引起透水速率的衰減。此外進入膜微孔中的微粒也易于堵塞通道?？傊?，在可能的情況下，選擇較低工作壓力，對膜性能的充分發(fā)揮是有利的。

C、回收比和濃縮水排放量:

在超濾系統(tǒng)中，回收比與濃縮水排放量是一對相互制約的因素。回收比是指透過水量與供給量之比率，在多數(shù)情況下，也可以采用較小的回收比操作，而將濃縮液排放回流入原液系統(tǒng)，用加大循環(huán)量來減少污垢層的厚度，從而提高透水速率，有時并不提高單位產(chǎn)水量的能耗。

D、工作溫度:

超濾膜的透水能力隨著溫度的升高而增大，一般水溶液其粘度隨著溫度而降低，從而降低了流動的阻力，相應(yīng)提高了透水速率。在工程設(shè)計中應(yīng)考慮工作現(xiàn)場供給液的實際溫度。特別是季節(jié)的變化，當溫度過低時應(yīng)考慮溫度的調(diào)節(jié)。

六、超濾系統(tǒng)的運行管理

1、預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)是指原液在進入超濾裝置之前去除各種有害雜質(zhì)的工藝過程及設(shè)備。預(yù)處理工藝是根據(jù)原液情況及處理的要求來確定的，沒有固定模式，但下述選擇原則可供參考。

⑴地下水及含懸浮物、膠體物質(zhì)小于50mg/l時宜采用直接過濾或者在管道中加入絮凝劑過濾;

⑵地面水及含懸浮物、膠體物質(zhì)大于50mg/l應(yīng)采用混凝沉淀、過濾工藝;

⑶原水中含有細菌、藻類及其他微生物較多時，必須先行殺菌，然后再按常規(guī)程序處理，滅菌劑有氯、次氯酸鈉、臭氧等，而過氧化氫、高錳酸鉀等多用清洗組件時用來殺菌，因為預(yù)處理用量大，不經(jīng)濟;

⑷原水經(jīng)殺菌劑處理后，如果水中含有較多的余氯或其他強氧化劑，可加入亞硫酸鈉等還原劑或者用活性碳吸附去除。

2、運行前的準備工作

⑴進水水質(zhì)的檢查，重點是檢查進水的濁度或SDI值、PH值和細菌、微生物、余氯等項目，應(yīng)達到設(shè)計要求的進水指標后方可輸入超濾系統(tǒng);

⑵清洗設(shè)備及管道，超濾系統(tǒng)組裝完成后，在啟動之前還必須對系統(tǒng)中所有過流部分進行清洗;

⑶管路系統(tǒng)檢查，操作人員必須掌握工藝流程路線，檢查各有關(guān)設(shè)備和管是否有誤接的地方，同時還要檢查進、出口閥門的啟閉情況。

3、啟動

當做完上述各項準備工作后，可先進行試啟動，即接通電源，打開進水閥門，開動泵后立即停止，觀察水泵葉輪轉(zhuǎn)動方向是否正確，檢查水泵在啟動時有無反常的噪音產(chǎn)生，以判斷水泵是否能正常運行。對于全自動的控制裝置必須預(yù)先設(shè)置操作程序，以便啟動后進入正常順序運行。

4、運行

a、升壓:水泵轉(zhuǎn)動后，逐漸打開超濾系統(tǒng)的進水閥門，相應(yīng)調(diào)節(jié)濃縮水出口閥門使系統(tǒng)升壓及保持濃縮水的流動，通常情況下，應(yīng)當緩慢轉(zhuǎn)動閥門，大約在1min左右時間內(nèi)升至所需的工作壓力，有利于對設(shè)備及膜的保護;

b、監(jiān)控及記錄:注意超濾設(shè)備進出口壓力差的變化，進口壓力應(yīng)按設(shè)計值操作，但隨著運行時間延長，出口處壓力會逐漸降低，即壓力差會逐漸增大，應(yīng)當采取相應(yīng)措施，即采取物理或化學方法進行清洗。運行中定時分析供水水質(zhì)和超濾水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有突然變化現(xiàn)象，應(yīng)立即采取措施;

c、回收比及其調(diào)節(jié):運行中觀察濃縮水的排放量及透水量，始終保持在允許的回收比范圍內(nèi)運行?；厥毡冗^大或過小，于超濾膜的正常運行都是不利的;

d、膜的清洗:判斷超濾膜是否需要清洗的原則如下:

⑴根據(jù)超濾裝置進出口壓力降的變化，多數(shù)情況下，壓力降超過初始值0.05MPa 時，說明流體阻力已經(jīng)明顯增大，作為日常管理可采用等壓大流量沖洗法沖洗，如無效，再選用化學清洗法;

⑵根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化，當超濾系統(tǒng)的透過水量或透水質(zhì)量下降到不可接受程度時，說明透過水流路被阻，或者因濃度極化現(xiàn)象而影響了膜的分離性能，此種情況，多采用物理--化學相結(jié)合清洗法，即進行物理方法快速沖洗去大量污染物質(zhì)，然后再用化學方法清洗，以節(jié)約化學藥品;

⑶定時清洗:運行中的超濾系統(tǒng)根據(jù)膜被污染的規(guī)律，可采用周期性的定時清洗?？梢允鞘謩忧逑矗瑢τ诠I(yè)大型裝置，則宜通過自動控制系統(tǒng)按順序設(shè)定時間定時清洗。

e、滅菌:一般采用定期滅菌的方法，滅菌的操作周期因供給原水的水質(zhì)情況而定。滅菌藥品可用500~1000mg/l次氯酸鈉溶液或1%過氧化氫水溶液循環(huán)即可。

5、超濾系統(tǒng)常見故障及處理措施

a、供水壓力低或供水量不足，有可能水泵轉(zhuǎn)動方向相反，或水泵進水管泄漏，此時水泵可能激烈震動;

b、壓力降增大，系統(tǒng)內(nèi)受阻或流速過大，應(yīng)疏通水道或減少濃縮水排放量;

c、透水量下降，可能膜被壓密或膜被污垢堵塞，前者停機松弛，一般不易恢復，后者則應(yīng)進行清洗;

d、截留率下降，水質(zhì)惡化，有多種可能，濃差極化時應(yīng)用大流量沖洗，密封損壞應(yīng)更換或修補。中空纖維斷裂或破損，則應(yīng)更換膜組件。

6、中空纖維超濾膜的污染及清洗再生技術(shù):膜的堵塞是絕對的，一般超濾系統(tǒng)都應(yīng)當建立清洗和再生技術(shù)。清洗膜的方法可分為物理方法和化學方法兩大類。

a、中空纖維超濾膜的物理清洗法:該方法是利用機械的力量來去除膜表面污染物。整個清洗過程不發(fā)生任何化學反應(yīng)。

①水氣混合清洗法:將凈化過的壓縮空氣與水流一道進入超濾膜內(nèi)，水--氣混液會在膜表面劇烈的攪運作用而去除比較堅實的雜質(zhì)。效果比較好，但應(yīng)注意壓縮空氣的壓力與流量;

②負壓反向沖洗法:是一種從膜的負面向正面進行沖洗方法，對內(nèi)外有致密層的中空纖維或毛細管超濾膜是比較適宜的。

b、中空纖維超濾的化學清洗法:利用某種化學藥品與膜面有害物質(zhì)進行化學或溶解作用來達到清洗的目的。

①酸洗法:常用的酸有鹽酸、草酸、檸檬酸等;

②堿洗法:常用的堿主要有氫氧化鈉、氫氧化鉀和碳酸鈉等;

③氧化性清洗劑:利用1~3%H2O2，500~1000mg/LNaClO等水溶液清洗超濾膜，既去除了污垢，又殺滅了細菌;

④加酶洗滌劑清洗:加酶洗滌如0.5%~1.5%胃蛋白酶、胰蛋白酶。

七、中空纖維超濾膜在使用中應(yīng)注意事項

1、過濾系統(tǒng)要定期滅菌

超濾膜可以截留細菌，但不可以殺死細菌，截留率再好的超濾膜也不能長期保證干凈區(qū)不長一個細菌，有細菌就可能大量繁殖。因此，必須定期對周轉(zhuǎn)環(huán)境及過濾系統(tǒng)進行定期滅菌，滅菌的操作周期因供給原水的水質(zhì)情況而定。

2、過濾系統(tǒng)所用組件數(shù)量是根據(jù)設(shè)計總透水量而定的。

由于裝置的透水速率隨運轉(zhuǎn)時間而逐漸下降，但經(jīng)清洗后基本上可以回復到一個相對穩(wěn)定值，此外，超濾組件的透水量還受到溫度、壓力、料液濃度、給水濁度的影響，因此設(shè)計時必須考慮以上因素。

3、由于每根超濾組件在出廠前加入保護液，使用前要徹底沖洗組件中的保護液。

4、超濾組件要輕拿輕放，并注意保護，由于超濾組件是精密器材，所以在使用安裝時要小心，要輕拿輕放，更不能甩壞。

5、使用中空纖維超濾膜前必須認真閱讀使用說明，按照超濾膜在水處理應(yīng)用工藝進行操作。

八、中空纖維超濾膜的應(yīng)用

超濾作為一種膜分離技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護和人民生活等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。