超滤膜组件
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二．超滤、微滤技术介绍
2.1 滤膜定义
膜是一种采用物理方法的高效过滤单元，指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分割为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。
2.2 超滤、微滤分离特性
1）分离过程不发生相变化，能耗低。
2）分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。
3）分离过程可以在常温下进行。
4）应用范围广，采用系列化不同截留分子量的膜，能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级。
2.3 超滤、微滤及常规过滤的优点
超滤膜能够去除水中能够找到的任何最为细小的颗粒物，超滤颗粒的截留范围一般可达到0.001~0.01µm，微滤的颗粒截留范围比超滤高出1~2个数量级，
一般为0.1~0.2µm。
由于超滤具有深层过滤能力，所以在一定程度上能够去除病毒。微滤也是细菌和隐孢子虫、贾第鞭毛虫等原生寄生虫的绝对屏障，因此也用于市政饮用水处理。
超滤与微滤的分离机理与颗粒、纤维介质过滤器等传统过滤方式不同。介质过滤依靠重力去除原理，它们的标称过滤孔径比要捕集的颗粒大。
超滤与微滤膜的过滤原理为机械筛分过滤。膜表面孔径高度规整一致，孔径分布非常窄。大于孔径的颗粒被膜表面排斥通过，留在料液或浓缩液一侧。流体介质本身及小于膜孔径的颗粒会透过膜到达滤液一侧。
2.4 影响超滤性能的因素
膜技术在实际应用中的一个突出问题是膜表面节流沉积的污染物造成膜通量的衰减。这是一个关系到膜分离技术是否能成功应用的关键问题。
1、解决这一问题要从三方面入手：
●合理的膜前预处理；
●选择耐污染的膜材料；
●有一套能保持膜系统稳定运行的装置和运行工艺。
2、膜材料的选择：
●膜材质（是否容易吸附颗粒）
●表面荷电性质
●表面粗糙度（具有双重影响）
●亲疏水性（亲水性膜受污染物吸附的影响较小）
●孔径（孔径大，通量大但容易被堵塞）
3、PVDF优势：
●由于氟原子电负性大，原子半径小，C-F键短，键能高达500KJ/mol，聚合
物具有一定的结晶性，在性质上的突出表现是高热稳定性，熔点170℃，它的热分解温度316℃以上，连续暴露在150℃以下两年内不分解。
●由于氟原子对称分布，整个分子呈非极性，表面能很低，仅为25mN/m。
●通常太阳能中对有机物起破坏作用的是可见紫外光部分，即波长处于
700~200nm之间的光子，而C-F链能接近220nm光子所具有的能量，由于太阳光中能量大于220nm的光子所占比例极微，所以氟材料耐光性好。
●由于碳链四周被一系列性质稳定的氟原子包围，使其具有很高的化学稳定
性，在室温下不被酸、碱和强氧化剂或卤素所腐蚀。
●PVDF可以溶于强极性溶剂中且有很好的可纺性，因此它可以用来纺制中空
纤维膜。
聚偏氟乙烯（PVDF）由于它耐热性、化学稳定性、耐辐射性和良好的物理机械性能，聚偏氟乙烯膜形成了一类性能优异的分离膜。
2.5 膜丝微观结构和孔径
1）超滤膜采用不对称结构，即由致密的皮层和多孔的支撑层构成，通常支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上。
不对称结构有以下优点：
●致密的皮层提高了过滤精度
●多孔的支撑层降低了过滤的阻力，并且使得穿过皮层的微小杂质被截留的几
率降低到最小。
2）超/微滤膜的孔径
超/微滤膜的孔径有很多种测定和表征方法。其中泡点法是实施最为简便的一种。泡点理论基础是毛细现象。
有如下的定量公式：
P= 4δcosθ/D
式中P就是泡点压力。把膜浸入到水中，逐渐增加到膜的一侧的气压，当观察到气泡连续从膜的另一侧逸出，此时的气压就是泡点压力。δ是水/空气的表面张力；θ是水/膜的接触角；D是毛细管的直径（孔径）。
●泡点测定方法测得的实际是膜上的最大孔径。
●膜孔径，即毛细管直径D越小，泡点压力越高。
在超/微滤膜的一侧为水，另一侧通入压缩空气。可以通过观察气体侧压力下降的速率，或者观察液体侧是否出现连续气泡，来判断膜的完整性。
2.6 超/微滤组件的运行方式
超/微滤的运行有全流过滤（死端过滤）和错流过滤两种模式。
全流过滤时，进水全部透过表面成为产水；而错流过滤时，部分进水透过膜表面成为产水，另一部分则夹带杂质排出成为浓水。全流过滤能耗低、操作压力低，因而运行成本更低；而错流过滤则能处理悬浮物含量更高的流体。具体的操作形式宜根据水中的悬浮物含量来确定。
2.7 超滤技术术语
1）膜
表面有一定物理或化学特性的薄的屏障物，它使相邻两个流体相之间构成了不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。
2）中空纤维膜
外形为纤维状、空心的具有自支撑作用的膜。
3）非对称膜
膜孔结构随孔深度而变化的膜。
4）原水
指未经过处理的地下水、地表水和海水，在膜法水处理中也包括城市自来水。5）产品水
正常工作时透过滤膜的那部分水。
6）通量
单位时间单位膜面积透过组分的量。
7）产水量
在规定的运行条件下，膜元件、组件或装置单位时间内所生产的产水的量。8）浓缩水
除盐或分离过程中的浓缩液。
9）跨膜压差
产水侧和原水进出口压力平均值差异，即膜两侧平均压力差。
TMP=（进水压力+浓水压力）/2-产水压力
10）膜污染
膜污染是指料液中的微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面及膜孔中沉积或滋生使膜孔堵塞或变小，导致过膜阻力增大，膜的透过通量下降的现象。
广义的膜污染不仅包括由于不可逆的吸附、堵塞引起的污染（不可逆污染），而且包括由于可逆的浓差极化导致凝胶层的形成（可逆污染），二者共同造成运行过程中膜通量的衰减。
影响膜污染的因素很多，比如溶质大小、菌类的滋生、膜结构、膜的物理特性、膜-溶质-溶剂之间的相互作用（包括静电作用力、范德华力、溶剂化作用、空间立体作用）。
11）反洗
与过滤过程的水流方向相反，从中空纤维膜丝的产水侧把等于或优于透过液质量的水输向进水侧。因为水被从反方向透过中空纤维膜丝，从而松懈并冲走了膜外表面在过滤过程中形成的污物。
12）气、水反洗
让无油压缩空气通过中空纤维膜丝的进水侧表面，超滤产水作为进水从膜丝内部压出，通过压缩空气与水的混合震荡作用，冲走膜外表面在过滤过程中形成的污物。
13）化学增强反洗
在中空纤维膜膜丝内侧加入具有一定浓度特殊效果的化学药剂，通过浸泡、反洗等方式，去除过滤过程中在膜丝表面和内部形成的污染物。
14）回收率
产水量与给水总量之百分比。
