超滤膜通量的决定因素与选择

微/超滤膜通量的决定因素与选择——高大林

膜通量指单位时间通过单位膜面积的流量，常用LMH（升/每小时每平方米）为单位。一、微/超滤膜通量的主要决定因素：

1．膜的孔径、均匀性和孔隙度：

孔径、孔隙度越大，孔径越均匀，膜通量越大，旭化成提供的PVDF微滤膜孔径为

0.1微米，在满足各种水处理应用（反渗透进水、直饮水）要求的前提下，其膜通量比

市场上的各种微超滤至少高30%，一方面源于其膜为海绵状立体网状均一孔结构，从而可使膜表面的开孔率达到最高。此外，膜表面的开孔率高，会有效降低运行时的跨膜压差，从而可以采用较高的通量。此外不均匀的孔径可能造成运行过程中的膜孔内部堵塞，造成跨膜压差永久上升，从而膜通量衰减。

2．过膜压差(TMP)：

不同膜由于表面开孔率以及膜丝内部结构不同，从而在相同的通量下的起始跨膜压差不同。比如主要由于表面开孔率的差异，某外压式PVDF在20摄氏度下55lmh下的起始跨膜压差为0.6bar；而旭化成对应的起始跨膜压差小于0.2bar，或者在20摄氏度下起始跨膜压差为0.6bar时的运行通量约210lmh。高表面开孔率会使起始跨膜压差很低，从而可以允许旭化成膜对应干净水源采用非常高的膜通量运行。

膜通量越高，要求运行过膜压差(TMP)越大。旭化成的PVDF膜由于机械强度很高，具有更高的TMP变化范围（可到3bar），可以对付各种由于水温变低、进水污染负荷增加带来的对TMP增加的冲击，从而可以在设计上采用更高的膜通量。大多数超滤膜要求运行时的最大过膜压差不大于1bar甚至不大于0.5bar，因而设计运行膜通量较低。

浸没式膜的最大过膜压差一般为0.6bar左右，所以膜通量不能太高。

4水温：

水温影响水的粘度和有机膜的孔隙度，粘度增大会提高过膜压力(TMP)，从而降低膜通量；由于旭化成膜的允许过膜压差高，其压力系统在水温降低时，可以通过提高初始TMP和清洗时TMP，而不影响产量。

5水中污染负荷：

水中污染物在过滤时被膜表面截留从而在膜表面形成污染层。在进水恒流（恒定产水量）条件下，膜污染会造成TMP的增加；在进水TMP恒定条件下会造成膜通量(或产水量)的衰减。膜表面的污染物中，颗粒和胶体容易通过物理清洗方式（水的反洗或空气擦洗）得到清洗，但由于有机物和微生物及其分泌物一般难以通过物理清洗方式解决，因而在运行过程中会在膜表面逐渐积累，在恒流条件下表现出TMP逐渐增长，当TMP上升至膜的最大或指定的TMP时，则必须采用CIP化学清洗。如果膜通量较高，则会缩短CIP的周期。

水中污染负荷越高，在恒流条件下TMP的增长速度越快，过高的膜通量会造成TMP 很快增长至允许上限。MBR就是膜在10000mg/L左右下的悬浮物下运行，在此水质条件下膜通量不能过高，膜的清洗条件也非常重要。浸没式MBR的最高通量一般在25~30lmh左右。

6膜的清洗条件：

膜表面的污染直接造成TMP的上升，从而影响膜通量的设计选择，优化的膜清洗条件可以有效防止膜的有机物与生物污染（请查看《减少膜系统的污染与成本》），从而达到更高的设计膜通量。旭化成提供的EFM清洗技术就是专门为提高膜通量，降低膜系统投资而发展的一种小型化学清洗技术，采用EFM技术的系统膜通量会比原有系统增加40—90%。

二、微超滤设计膜通量的选择

各种微超滤膜的膜通量选择原则：针对某种特定水质条件，在特定物理化学清洗条件下，TMP在最大TMP下稳定变化时的膜通量。

以旭化成的UNA－620A针对浙江乐清海水淡化项目为例说明：

超滤进水水质：混凝沉淀后的海水，CODmn: 5~8mg/L，浊度变化：5～60NTU，平均10～15NTU，旭化成的膜最大TMP为3bar，强制CIP时的TMP为2bar。

中试结果：在只有每半小时一次反洗和空气擦洗联合清洗条件下，膜通量为100lmh, TMP在一个月内从0.5升至1.3bar。因此在1个月一次CIP清洗条件下，膜通量为100lmh是合适的。在反洗和空气擦洗及每天一次EFM条件下，膜通量为140lmh，TMP 每天稳定在0.7~1.2bar之间变化。说明在采用每天EFM清洗条件下，膜通量可由100提升至140lmh，从而降低膜数量（一次性投资）和以后膜的更换成本，CIP周期可以延长至2到6个月。

由于EFM基本利用全自动CIP的装置，只是在自控程序上增加了少量成本和更高要求，因而是值得大力推广。但由于EFM采用500～1000ppm的NaClO溶液，因而对膜的耐氧化性提出了高要求，必须采用高强度和高抗氧化性PVDF膜。

三、有关设计膜通量的几点结论：

1. 不同种微超滤膜对于同种水质的膜通量不同；

2．同种微超滤膜对不同种水质的膜通量不同；

3．对于旭化成的UNA-620A膜，即使处理同一水质，在不同化学清洗条件下的膜通量可差别40％以上。

4．膜通量的选择并非越低越好，应该合适即可，膜通量过低不但会造成投资的增加，还会造成水回收率降低、运行能耗和化学药剂以及膜更换成本的增加。

5. 合适膜通量的选择标准：针对特定水质条件、特定清洗条件下，运行跨膜压差在允许范围内稳定变化的膜通量。

6. 所谓的“膜通量衰减”是不准确说法。合理的系统设计是恒流设计，即运行膜通量和产水量不变的设计。膜污染和膜清洗的效果是通过跨膜压差反映的。跨膜压差的快速上升是膜通量、膜清洗条件及水质条件的综合结果。跨膜压差不能有效恢复是膜表面不能有效清洗造成的，跟膜通量无关。