超滤培训教材

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1.简介

1.1膜分离过程分类介绍

滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。

微滤能截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。

超滤能截留纳米级（0.001微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%~98%之间，对可溶性单价离子的去除低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。

反渗透是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，痛死允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar。

1.2超滤膜的种类及应用特点

超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜、卷式膜、管式膜、中空纤维膜。

板式膜：它是最早出现的膜，但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。前处理要求不严格；

卷式膜：以板式膜为起点发展起来的，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。它们适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格；

管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。

中空纤维膜：因为他压力低，通道无私点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。注：因为中空纤维膜应用最广泛，后面资料中church共同点外，其他均以中空纤维膜为例进行说明。

1.3应用范围

超滤在水处理领域应用十分广泛，按应用场合划分，主要可以用于：

1.3.1原水前处理（地表水、地下水、自来水）

澄清池、砂滤替代澄清池或砂滤器，用于去除原水中的固体和胶体以改善后续工段设备的运行，如改善离子交换器的反洗频率和反渗透膜元件的更换频率，但其需要较频繁的清洗/冲洗。魔仙一般为10万分子切割量。

1.3.2纯化处理

去颗粒（如18WΩ水）、去微生物及热原体、RO或离子交换后处理

应用在反渗透、离子交换设备后，超滤用于去除水体中的胶体和固体物，水透过率较高，清洗频率较低，其不需要较频繁的清洗、冲洗，只有当系统压力降低到操作不便或有细菌产生时才清洗。在医药及电子行业，超滤放在使用点用以去除微生物及热原体。膜型一般为1-10万分子切割量。

1.3.3水循环和回用

生化处理后、澄清后（二级和三级）

2.超滤术语

3．超滤基本原理

3.1概述

超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程，并按分子量大小来分离水中颗粒。超滤膜的孔径大约在0.002-0.1微米范围内（MWCO约为10000-500000）。浓缩物质和比膜孔径小的位置能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质将被截留下来浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动

物将被膜去除。

中空纤维超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚砜PS，聚醚砜PES，PVDF或聚丙烯腈（PAN）制成并带有非对称的微孔结构。不对称超滤膜拥有一层极光滑极薄（0.1微米）的孔径在0.002到0.1微米间的内表面，此内表面由孔径大到15微米的非对称结构海绵体支撑结构支撑。这种小孔径光滑膜表面合较大孔径支撑材料的结合使得过滤微小颗粒的流动阻力很小并不易堵塞。

3.2基本原理

超滤是一个错流合切向流的过程，要过滤的液体沿膜表面流动。这样在中空纤维的内壁上形成流体剪切的条件，而使得污染物较难在膜表面形成。

要过滤的水经由超滤给水泵加压后输入膜组件中。由于膜内外的压差，一部分水渗过滤膜，而水中的杂质则截留在剩余部分水中被过滤除去。

如果欲分离的杂质在膜上过多沉积，根据膜的类型不同，会导致难溶性盐沉积或形成部覆盖层。所以要避免这一点，一部分水会成为浓缩液流出去掉，根据膜的类型和应用不同，这样的过程要持续进行或者在回流时进行。

下图是超滤膜的基本原理图。

3.3超滤的特点

与传统的净化方式相比，超滤具有许多优点：

●能完全去除微生物和微粒

●过滤效果不受原水水质的影响

●能够去除耐氯的病菌

●超滤的浓缩溶液中只含有原水水中含有的那些物质

●比起其它的传统方式，超滤中沉淀物的量明显较少

●支架的紧凑结构提高了空间利用率，节省费用，也可在现有的厂房中，可以高度灵活的

增加装置配备。

●超滤可以实现全自动化工业连续生产。

●由于超滤几乎能完全滤去形成覆盖层的物质，所以可以在后续的膜净化步骤中增加面积

负荷，因而减小后续净化装置的规模。

4流程模式

原水进入中空纤维内腔，由内向外通过纤维过滤。通常原水由膜件的一端进入，在30-40psi的压力驱动下流经整个长度的纤维。较高固含量的浓缩液自膜件的另一端排出。透过液经纤维膜壁的过滤流入膜件中心的透过液集水管中。透过液经集水管自每支膜件的中心流出。

超滤根据原水水质的不同一般有两种运行流程模式：死端过滤模式和循环过滤模式。

4.1死端过滤模式

一般当原水中悬浮物和胶体含量较低时（如SS<5，浊度<5NTU）时采用。如下图2：死端过滤示意图面图2所示，原水以较低的错流流速进入膜管，浓缩水以一定比例从膜管另一头排出。产水在膜管过滤液侧产出，水回收率通常是90%-99%，由原水水质决定。和循环模式相比，死端过滤的操作成本低，但回收率和系统的出水能力可能会受限制。这种模式通常需要定期快冲和反冲来维持系统出力，当污物积累到一定程度，就需要化学清洗来进行处理。