一、什么是超濾膜

超濾膜是最早開發(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(tuán)被截留，從而達(dá)到過濾分離的效果。

在水處理領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)相對(duì)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(dá)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(dòng)化程度高，運(yùn)行簡(jiǎn)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(qiáng)，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(yùn)行方式

1.1.2 錯(cuò)流過濾

   當(dāng)超濾進(jìn)水懸浮物、濁度較高時(shí)，比如污水或者污水回用處理應(yīng)用，超濾可按照錯(cuò)流過濾模式運(yùn)行。進(jìn)水進(jìn)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(gè)較薄的水平。

1.1.3 濃水排放過濾

   當(dāng)超濾進(jìn)水懸浮物含量較低時(shí)，超濾可按照濃水排放過濾模式來操作。進(jìn)水進(jìn)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(jìn)水量，大部分的進(jìn)水透過膜表面成為產(chǎn)水產(chǎn)出。

   濃水排放過濾和錯(cuò)流過濾模式操作同樣需要定時(shí)水反洗、化學(xué)加強(qiáng)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(yùn)行成本更低；而錯(cuò)流過濾模式則能處理懸浮物含量更高的進(jìn)水。具體模式的選擇需要根據(jù)進(jìn)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(yùn)行中的檢測(cè)

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

2.1.1 濁度：是指水中的泥砂、粉塵、細(xì)微有機(jī)物、浮游生物等懸浮性物質(zhì)及膠體物質(zhì)等，都會(huì)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(huì)寄生細(xì)菌和病毒等。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)?？倯腋」腆w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(cè)出極細(xì)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(cè)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(cè)定水樣，記錄濾得500ml 水所需的時(shí)間Ti（秒）和連續(xù)過濾15 分鐘(T)后再次濾得500ml 水所需的時(shí)間Tf（秒），通過公式計(jì)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(jī)碳）：該參數(shù)最常用于測(cè)定水中的有機(jī)物含量，指水體中溶解性和懸浮性有機(jī)物含碳的總量，包括天然有機(jī)物和合成有機(jī)物。總有機(jī)碳一般用來評(píng)估超濾進(jìn)水中可能導(dǎo)致膜發(fā)生有機(jī)污堵和生物污堵的可能性和趨勢(shì)。當(dāng)超濾膜進(jìn)水TOC 大于2 mg/L 時(shí)，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(jī)碳）：總有機(jī)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(jī)碳。除污水外，大部分自然水體溶解有機(jī)碳（DOC）占總有機(jī)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(shí)也會(huì)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(jì)最高不超過60mg/L）、硬水（以CaCO₃ 計(jì)最高不超過180mg/L）和極硬水（以CaCO₃ 計(jì)超過180mg/L）。硬度對(duì)人體健康沒有危害，但水中硬度過高，水處理過程中會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì)超濾膜的危害性極大。因?yàn)樵谶^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(huì)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(jī)物污染：水中的有機(jī)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(duì)超濾膜的安全運(yùn)行也是一個(gè)危險(xiǎn)因素。一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被膜截留而積聚于膜表面，細(xì)菌在這種環(huán)境中迅速繁殖，活的細(xì)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(gè)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(cè)試所用的液體，使膜絲完全浸潤(rùn)，膜絲所有的孔中都充滿了液體。在膜組件的進(jìn)水側(cè)緩慢通入無油壓縮空氣，且逐漸提高進(jìn)氣壓力，同時(shí)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(cè)試所用的液體，使膜絲完全浸潤(rùn)，膜絲所有的孔中都充滿了液體。在膜組件的進(jìn)水側(cè)緩慢通入無油壓縮空氣，且逐漸提高進(jìn)氣壓力至設(shè)定值（產(chǎn)水閥門處于打開狀態(tài)），對(duì)于外壓式超濾膜組件，測(cè)試壓力的設(shè)定值為2.0bar。

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

此時(shí)膜組件的進(jìn)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(cè)試10 分鐘后進(jìn)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(cè)試即可以針對(duì)單個(gè)膜組件進(jìn)行，也可以針對(duì)整套膜裝置進(jìn)行，是一種在現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)便易行的方法。

4、結(jié)束語

4.1 超濾系統(tǒng)的運(yùn)行管理

4.1.1 至少每周監(jiān)測(cè)并記錄超濾預(yù)處理的進(jìn)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(gè)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(yùn)1-2天，可每天運(yùn)行30-60 分鐘或者進(jìn)行一次單獨(dú)的反洗；

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

4.2.3 超濾系統(tǒng)長(zhǎng)期停用7 天以上，停機(jī)前進(jìn)行一次加強(qiáng)反洗后，注入保護(hù)液（0.5-1.0%NaHSO3 溶液），關(guān)閉進(jìn)出口閥門保存。每月檢查一次保護(hù)液的pH值，如果pH<3 時(shí)應(yīng)及時(shí)更換保護(hù)液；

4.2.4 超濾系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后重新投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將超濾裝置進(jìn)行連續(xù)沖洗至排放水無泡沫，將保護(hù)液沖洗干凈。

4.3 化學(xué)清洗的注意事項(xiàng)

化學(xué)清洗是解決膜污染問題最有效的方法，針對(duì)特定的污染，只有采取相應(yīng)的清洗方法，才能達(dá)到好的效果，若錯(cuò)誤地選擇清洗化學(xué)藥品和方法，有時(shí)會(huì)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(shí)必須嚴(yán)格監(jiān)控超濾系統(tǒng)的運(yùn)行性能，包含運(yùn)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(shí)，就必須要進(jìn)行化學(xué)清洗來恢復(fù)其性能；但是需要注意的是，如果進(jìn)水溫度下降，超濾膜產(chǎn)水流量也會(huì)下降，這是正常現(xiàn)象并非膜污染所致，此時(shí)超濾膜可能并不需要清洗。

總之超濾裝置是迄今為止最有效的反滲透預(yù)處理技術(shù)，只有在實(shí)際運(yùn)行的過程中得到了合理的運(yùn)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。(來源：水處理新視野)