超滤

一、概述

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过滤，对应孔径范围为1nm~0.05μm。超滤的典型应用是从溶液中分离大分子物质、胶体、蛋白质，所分离溶质的相对分子质量下限为几千。

超滤主要有平板式、管式、螺旋卷式、中空纤维式、垫式、浸没式和可逆螺旋式，电厂水处理中常用中空纤维式。

1. 平板式组件

如图所示，膜组件由多个平板膜单元叠加而成，膜与膜之间用隔网支撑，以形成水流通道。将膜堆装入耐压容器中，就构成了平板式膜组件。

2. 管式膜组件

在多孔管内壁或外壁上刮出一层超滤膜，得到内压或外压式膜管；也可以在管内壁先覆上滤布，再涂上超滤膜结构层内压膜管。把多个膜管装配在一起就成为管式组件，如图所示，膜管直径多为5mm，可以用海绵球清洗。

3. 螺旋卷式组件

螺旋卷式组件与卷式反渗透膜组件构造类似，区别在于它是用超滤膜制作膜袋的。

4. 中空纤维式组件

中空纤维膜实际上是很细的管状膜，一般外径为0.5~2.0mm，内径为0.3~1.4mm。用几千甚至上万根中空纤维膜并排捆扎成一个膜组件。中空纤维组件有内压式和外压式两种：前者进水在纤维管内流动，从管外壁收集透过水；外压式则正好相反。

5. 垫式组件

每个膜垫的中间为一块支撑板，两张透过水收集网紧贴在支撑板的正反两面，然后用两张矩形超滤膜包夹在最外层。支撑板起增加膜件强度的作用。膜垫中间穿有两根透过水收集管，通过橡胶隔条将膜垫与收集管之间的缝隙密封，隔条同时起到将膜垫与膜垫之间隔开的作用，以形成进水通道。进水经两个膜垫之间的空隙通道流过，变成浓缩水，溶剂则从膜垫上、下两面透过超滤膜，经透过水收集隔网收集后，进入透过水收集管，再由组件两端引出。另外，橡胶隔条的厚度可以在1~3mm之间调节，用以调整膜垫之间的间隔，从而改变进水流道的厚度。通常，27个膜垫叠在一起形成一个膜堆，并由两个半筒封装起来。

6. 浸没式组件

某浸没式组件外观如图所示，它是一种没有外壳的外压式中空纤维组件。纤维两端安装集水管，组件直接放入被处理水中，即可以用抽吸透过水的方式实现真空过滤，又可以提高进水压头实现重力过滤。

膜组件底部通常有曝气装置，利用气泡上升产生的紊流对纤维进行擦洗。另外，采用了间歇抽吸或用透过水频繁反冲洗的脉冲运行方式，避免了污物过多堆积，防止污物在膜面形成稳固层。

7. 可逆螺旋式组件

可逆螺旋式组件（RS组件）的结构如图所示。与螺旋卷式相似，它也是由“膜袋”与原水隔网组成的；不同的是，RS组件并不围中心水管多层卷绕，各“膜袋”的开口端与中心的透过水收集管相连，而是外端直接搭接在外周导向隔网上，此隔网还能起到过滤的作用。

二、设计参数的选择

超滤采用程控的运行方式，一般控制运行40min，反洗30s，不同的电厂会有稍微差别。因而，超滤系统主要流程均用程控阀来控制，并以时间作为控制逻辑信号。

超滤数量的选择：超滤装置的设计膜通量应根据水源水质及前处理情况合理确定，压力式超滤膜通量宜按照40L/(㎡.h)~65L/(㎡.h)设计，浸没式超滤膜通量宜按照30L/(㎡.h)~ 40L/(㎡.h)设计。膜面积可根据膜厂家提供的参数进行确定。

运行压力：超滤进水给水泵的选择应该根据膜厂家指导压力进行选择。超滤的进水压力，一般可按0.3MPa进行设计。

压缩空气量：压缩空气用于超滤膜擦洗，一般设计流量可按10Nm³/(h.支)来考虑，压力0.1MPa。

反洗水量：反洗就是反向过滤，即与过滤方向相反，进水沿产品水侧膜表面流动，通过膜后由浓水排放口排出，由于透过水与正常过滤相反，故可将膜孔内的污染物冲至膜外。超滤反洗利用超滤的产水进行反洗，反洗水量可按进水的1.5倍来选择反洗水泵。反洗水泵设置2台，1用1备。超滤的加强反洗，反洗管路进行加酸、碱和次氯酸钠。加药反洗运行若干周期之后进行加药反洗一次，一般考虑一天加药反洗一次。

超滤清洗：超滤与反渗透共用1套清洗系统，清洗系统包括清洗箱、清洗泵、保安过滤器、加热器以及与RO装置连接的可拆卸管道、接头等。清洗水泵流量和扬程可按等同每套超滤的进水流量和压力进行选择。

三、运行

1. 超滤系统的启动

a)        启动次氯酸钠加药泵，调整流量，使加药量达到要求；

b)        启动超滤进水给水泵；

c)        启动保安过滤器：打开保安过滤器的空气门、进水门，当保安过滤器内空气全部出来（标志为空气门开始排水）后，关闭空气门。

d)        启动超滤装置：打开超滤装置的出水门、进水门。

2. 超滤系统的停运

a)        停运超滤给水泵。

b)        关闭保安过滤器的进水门。

c)        关闭超滤装置的进水门和出水门。

3. 超滤系统的反洗

a)        打开超滤装置的排污门和正洗进水门。

b)        启动超滤反洗水泵，打开超滤反洗水泵出口管道隔离门。

c)        关闭超滤装置的正洗进水门和排污门。

d)        打开超滤装置反洗上排门，关闭超滤装置的反洗下排门。

e)        关闭超滤反洗水泵的出口管道门，停止超滤反洗水泵，关闭超滤装置的反洗进水和反洗上排门

当反洗效果不好时，应查明原因，改进反洗工艺；当确定无法通过反洗恢复过滤能力时，应考虑用清洗液清洗；当确认清洗无效时，应考虑更换滤元。

超滤装置的运行记录

每小时记录一次进水压力、进水温度、产水压力、淡水流量、产水浊度，每周测定一次进水CODMn、产水CODMn和产水SDI15。计算产水压力指数，当其值比初始值下降了20%以上时，应考虑对超滤系统进行化学清洗。超滤压力指数按下式进行计算：

式中：QI为产水压力指数；QP为产水流量，应根据膜厂商温度校正系数换算成25℃时的值；TMP为跨膜压差，为进水平均压力减产水压力，当全量通过时，进水平均压力为进水压力，当错流过滤时，进水平均压力为进水压力与浓水压力的平均值。

5. 系统保养

膜组件在贮存和停运期间必须采取保养措施，以防止膜组件中微生物滋长、膜脱水，而导致膜性能的不可逆下降。超滤组件在出厂时都采用保护液保护并密封，通常可以贮存一年。膜组件一旦拆封，则应尽快装入系统使用，并应始终保持其湿润状态；组件在存放期间应避免阳光直接照射和紫外线的照射；气温低时，可加入甘油防冻；组件在运输过程中应轻拿轻放，避免撞击；超滤系统停机前，必须使用超滤产水或RO淡水冲洗整个系统，以便置换出膜组件内存原水；停机后，应按生产厂商的说明，根据停机长短，采取相应措施，进行保养，例如：若停机时间小于24h，一般无需特殊保养，保持组件内充满水即可；若停机2~3d，则每天运行30~60min；若停机3~7d，则用浓度大致为20mg/L的NaClO溶液保护；若停机7d以上，则用浓度为1%、pH值为3~6%的NaHSO3溶液保护，如果pH值小于3，应及时更换新配置的溶液；若停机时间更长，则可用0.1%~1.0%的戊二醛溶液保护，每6个月更换一次。