一、什么是超濾膜

超濾膜是*早開發(fā)的高分子膜之一，是一種額定孔徑范圍為0.001~0.02微米的微孔過濾膜。在膜的一側(cè)施加適當(dāng)壓力，溶液中的溶劑以及一部分分子量較低的溶質(zhì)從超濾膜的微小孔隙中穿透到膜的另一邊，而分子量較高的溶質(zhì)或一些乳化膠束團被截留，從而達到過濾分離的效果。

在水處理領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)相對于其他過濾技術(shù)來說，過濾雜質(zhì)的效率更高，其過濾精度可達99.99%，能有效去除水中的絕大部分有害物質(zhì)；并且使用很少或不使用化學(xué)藥劑，有效避免水質(zhì)受到二次污染，因此處理后的水質(zhì)更好。從操作層面來說，基于超濾膜技術(shù)的過濾系統(tǒng)自動化程度高，運行簡單可靠，只有開、關(guān)兩種操作。由于超濾膜的材料化學(xué)穩(wěn)定性強，抗酸堿腐蝕，耐高溫，因此可以高溫殺菌消毒，適用性很廣。

二、超濾的運行方式

1.1.2 錯流過濾

   當(dāng)超濾進水懸浮物、濁度較高時，比如污水或者污水回用處理應(yīng)用，超濾可按照錯流過濾模式運行。進水進入超濾膜組件，部分透過膜表面成為產(chǎn)水，另一部分則夾帶懸浮物等雜質(zhì)排出膜組件成為濃水，排出的濃水重新加壓后又循環(huán)回到膜組件內(nèi)，保持膜表面較高流速產(chǎn)生的剪切力，把膜表面上截流的懸浮物等雜質(zhì)帶走，從而使超濾膜組件的污染層保持在一個較薄的水平。

1.1.3 濃水排放過濾

   當(dāng)超濾進水懸浮物含量較低時，超濾可按照濃水排放過濾模式來操作。進水進入超濾膜組件，以較低比例的濃水量排出膜組件，通常5-10%的進水量，大部分的進水透過膜表面成為產(chǎn)水產(chǎn)出。濃水排放過濾和錯流過濾模式操作同樣需要定時水反洗、化學(xué)加強反洗以及定期的化學(xué)清洗來恢復(fù)超濾膜過濾性能。全流過濾模式能耗低、操作壓力低，因而運行成本更低；而錯流過濾模式則能處理懸浮物含量更高的進水。具體模式的選擇需要根據(jù)進水中的懸浮物含量、濁度和COD來確定。

2、超濾膜污染

2.1 超濾膜運行中的檢測

為了檢驗超濾裝置的運行效果和膜發(fā)生污堵的可能性，需要在超濾裝置的運行過程中監(jiān)測一些關(guān)鍵性參數(shù)。

2.1.1 濁度：是指水中的泥砂、粉塵、細微有機物、浮游生物等懸浮性物質(zhì)及膠體物質(zhì)等，都會導(dǎo)致水質(zhì)變得渾濁而呈現(xiàn)出的一定程度的渾濁度。通常這些懸浮性物質(zhì)及膠體物質(zhì)也會寄生細菌和等。例如生活飲用水的濁度一般要求不得超過1 NTU，超濾膜的出水濁度一般要求不得超過0.1 NTU。

2.1.2 TSS（總懸浮固體）：是指水樣通過孔徑為0.45μm 的濾膜，截留在濾膜上并于103℃～105℃烘干至恒重的固體物質(zhì)。總懸浮固體是衡量水體水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)之一，該參數(shù)一般比濁度更加精確（濁度通常無法檢測出極細微的顆粒）。

2.1.3 SDI（淤積密度指數(shù)）：是反滲透水處理系統(tǒng)的重要水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)之一，SDI 值代表了水中顆粒、膠體和其他能阻塞各種水凈化設(shè)備的物質(zhì)含量，通常采用該參數(shù)來判斷水中顆粒及膠體等物質(zhì)阻塞各種水凈化設(shè)備的可能性（見下圖）。

SDI 的測定是在直徑為47mm 孔徑為0.45μm 的微孔濾膜上連續(xù)加入一定壓力（30PSI，相當(dāng)于2.1kg/cm）的被測定水樣，記錄濾得500ml 水所需的時間Ti（秒）和連續(xù)過濾15 分鐘(T)后再次濾得500ml 水所需的時間Tf（秒），通過公式計算SDI 值；一般要求反滲透入口（即超濾產(chǎn)水）的SDI數(shù)值不得超過5。

2.1.4 TOC（總有機碳）：該參數(shù)*常用于測定水中的有機物含量，指水體中溶解性和懸浮性有機物含碳的總量，包括天然有機物和合成有機物�？傆袡C碳一般用來評估超濾進水中可能導(dǎo)致膜發(fā)生有機污堵和生物污堵的可能性和趨勢。當(dāng)超濾膜進水TOC 大于2 mg/L 時，則表示超濾膜表面發(fā)生生物污堵的可能性很高。

2.1.5 DOC（溶解有機碳）：總有機碳（TOC）中能溶解于水的部分，一般指能通過孔徑為0.45微米濾膜、并在分析過程中未蒸發(fā)失去的有機碳。除污水外，大部分自然水體溶解有機碳（DOC）占總有機碳（TOC）的比例約為80~95%。

2.1.6 鐵和錳：鐵和錳的氧化形態(tài)可以被超濾膜系統(tǒng)截留，但同時也會造成膜的污堵。鐵離子一般天然存在（如地下水等）、或由超濾前處理管道或設(shè)備的腐蝕產(chǎn)生，或在超濾預(yù)處理的混凝澄清設(shè)備中投加絮凝劑殘留造成等。

2.1.7 鈣和鎂：水的硬度主要來自鈣離子和鎂離子。根據(jù)硬度的不同可將水分為軟水（以CaCO₃ 計*高不超過60mg/L）、硬水（以CaCO₃ 計*高不超過180mg/L）和極硬水（以CaCO₃ 計超過180mg/L）。硬度對人體健康沒有危害，但水中硬度過高，水處理過程中會導(dǎo)致管道、設(shè)備或膜表面結(jié)垢。

2.1.8 電導(dǎo)率：水的電導(dǎo)率與總?cè)芙夤腆w(TDS)呈線性關(guān)系，表示水的導(dǎo)電能力。

2.1.9 pH 值：用于表示水的酸堿值的大小。pH 值小于7 為酸性，pH 值大于7 為堿性。純水的pH 值是7為中性。高pH值會導(dǎo)致水有苦味，并容易導(dǎo)致水管和設(shè)備結(jié)垢，pH值低的水會腐蝕或溶解金屬和其它設(shè)備。

2.1.10 二氧化硅：分為活性二氧化硅（溶解硅）或非活性二氧化硅（膠體硅）。一般情況下膠體硅會加速造成超濾膜的污堵。

2.3 超濾膜污染的種類

2.3.1 膠體污染：膠體主要是存在于地表水中，特別是隨著季節(jié)的變化，水中含有大量的懸浮物如粘土、淤泥等膠體，均存在于水體中，它對超濾膜的危害性。因為在過濾過程中，大量膠體微粒隨透過膜的產(chǎn)水流涌至膜表面，被膜截留下來的微粒容易形成凝膠層，更有一部分與膜孔徑大小相當(dāng)及小于膜孔徑的粒子會滲入膜孔內(nèi)部堵塞流水通道而產(chǎn)生不可逆的變化現(xiàn)象。另外，水中鐵、錳以及在超濾預(yù)處理中加入鐵或者鋁系混凝劑形成的膠體，都有可能在膜表面形成凝膠層。

2.3.2 有機物污染：水中的有機物，有的是在水處理過程中人工加入的，如表面活性劑、清潔劑和高分子聚合物絮凝劑等，有的則是天然水中就存在的；這些物質(zhì)也可以吸附于膜表面而損害膜的性能。

2.3.3微生物污染：微生物污染對超濾膜的安全運行也是一個危險因素。一些營養(yǎng)物質(zhì)被膜截留而積聚于膜表面，細菌在這種環(huán)境中迅速繁殖，活的細菌連同其排泄物質(zhì)，形成微生物粘液而緊緊粘附于膜表面，這些粘液與其他沉淀物相結(jié)合，構(gòu)成了一個復(fù)雜的覆蓋層，其結(jié)果不但影響到膜的透水量，也包括使膜產(chǎn)生不可逆的污堵。

3.1 氣泡觀察法

將膜組件中充滿測試所用的液體，使膜絲完全浸潤，膜絲所有的孔中都充滿了液體。在膜組件的進水側(cè)緩慢通入無油壓縮空氣，且逐漸提高進氣壓力，同時通過觀察產(chǎn)水側(cè)是否有氣泡連續(xù)溢出（產(chǎn)水閥門處于打開狀態(tài)）。通常通入空氣的壓力從0bar 開始，逐漸增大到1.5bar。如果在1.5bar 的條件下，有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，表明膜組件存在缺陷。

3.2壓力衰減法

將膜組件中充滿測試所用的液體，使膜絲完全浸潤，膜絲所有的孔中都充滿了液體。在膜組件的進水側(cè)緩慢通入無油壓縮空氣，且逐漸提高進氣壓力至設(shè)定值（產(chǎn)水閥門處于打開狀態(tài)），對于外壓式超濾膜組件，測試壓力的設(shè)定值為2.0bar。

*初時，進氣側(cè)的液體會在壓力作用下透過膜絲進入產(chǎn)水側(cè)，因此會有一定量的液體排出（大約會持續(xù)2 分鐘）。等待壓力穩(wěn)定在設(shè)定值時，停止進氣（產(chǎn)水側(cè)閥門處于打開狀態(tài)），并密封進氣側(cè)保持測試壓力，靜止保持壓力10 分鐘。

此時膜組件的進水側(cè)充滿帶壓的空氣，并與外界隔絕；產(chǎn)水側(cè)充滿液體，且與大氣相通。如果保持壓力測試10 分鐘后進氣側(cè)壓力降不大于0.2bar，表明膜組件完整；如果壓力降大于0.2bar，則表明膜組件有缺陷（斷絲或泄漏等）。壓力衰減測試即可以針對單個膜組件進行，也可以針對整套膜裝置進行，是一種在現(xiàn)場簡便易行的方法。

4、結(jié)束語

4.1 超濾系統(tǒng)的運行管理

4.1.1 至少每周監(jiān)測并記錄超濾預(yù)處理的進出水COD、濁度以及鐵/錳金屬等；

4.1.2 每周查看一次預(yù)處理所用絮凝劑、助凝劑及其他化學(xué)藥品的消耗量；

4.1.3 至少每三個月校正一次各種儀表；

4.2 超濾系統(tǒng)的保養(yǎng)

4.2.1 超濾系統(tǒng)短期停運1-2天，可每天運行30-60 分鐘或者進行一次單獨的反洗；

4.2.2 超濾系統(tǒng)停運2-7天，進行徹底的反洗后，關(guān)閉進出口閥門保存；每天可運行30-60 分鐘或者進行一次反洗后，注入保護液（0.5-1.0%NaHSO3 溶液），關(guān)閉進出口閥門保存；

4.2.3 超濾系統(tǒng)長期停用7 天以上，停機前進行一次加強反洗后，注入保護液（0.5-1.0%NaHSO3 溶液），關(guān)閉進出口閥門保存。每月檢查一次保護液的pH值，如果pH<3 時應(yīng)及時更換保護液；

4.2.4 超濾系統(tǒng)長時間停機后重新投入運行時，應(yīng)將超濾裝置進行連續(xù)沖洗至排放水無泡沫，將保護液沖洗干凈。

4.3 化學(xué)清洗的注意事項

化學(xué)清洗是解決膜污染問題*有效的方法，針對特定的污染，只有采取相應(yīng)的清洗方法，才能達到好的效果，若錯誤地選擇清洗化學(xué)藥品和方法，有時會使情況惡化。因此，在清洗之前需先確定膜表面的污垢物種類。

日常操作時必須嚴(yán)格監(jiān)控超濾系統(tǒng)的運行性能，包含運行壓差和產(chǎn)水流量，隨著超濾膜的污染，壓差將升高，產(chǎn)水流量下降。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量下降25%，或標(biāo)準(zhǔn)化跨膜壓差上升1.0-2.0bar時，就必須要進行化學(xué)清洗來恢復(fù)其性能；但是需要注意的是，如果進水溫度下降，超濾膜產(chǎn)水流量也會下降，這是正�，F(xiàn)象并非膜污染所致，此時超濾膜可能并不需要清洗。

總之超濾裝置是迄今為止*有效的反滲透預(yù)處理技術(shù)，只有在實際運行的過程中得到了合理的運行控制，以遏制膜污堵現(xiàn)象的發(fā)生，才能有效保證超濾膜的使用壽命。