超滤技术在水处理领域的应用现状与研究进展.pdf

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1、超滤技术在水处理领域的应用现状与研究进展陈湛（内蒙古工业大学土木工程学院市政工程系，内蒙古呼和浩特010000）摘要：简单介绍了超滤技术的分离原理，过程中的特性参数及其运行的方式和影响因素。在此基础上重点阐述了超滤技术分别在饮用水处理、有机微污染水处理、工业污废水处理以及海水淡化中的应用，概括了目前我国超滤膜技术应用的现状，并提出了相应的问题与研究方向。关键词：超滤技术；水处理；应用；研究进展0.前言近年来，随着我国经济建设的快速发展，水污染呈发展趋势，工业发达地区水污染问题尤为突出，水资源短缺问题也日益突出，全国各

2、地水质性缺水或水源性缺水现象越来越严重。据统计，目前原水中已经检测出来的有机污染物达2000余种，其中含有致癌、致畸形、致突变的三致物质。然而，目前常规工艺却难以应对日益严重的水污染和愈加严格的饮用水水质标准——《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）。在这方面，作为膜分离技术的超滤可以发挥其独特的作用。超滤对去除水中微米级的颗粒优于常规水处理技术中的过滤能力，而且还具有去除过滤所不具备的纳米级微粒的能力，可以有效去除水中的悬浮物、藻类、细菌、病毒、氨氮和部分大分子有机物，符合了饮用水水质不断提高的要求和工业

3、水处理的要求。1.超滤技术超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过滤过程，平均孔径在3～100nm之间。超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。1.1超滤膜分离原理超滤是一种能将溶液进行分离、提纯、净化和浓缩的筛孔分离过程，也是一种膜分离技术。超滤膜表面有一定大小的微孔，某些溶质分子可选择性的通过超滤膜表面，其分离原理是指在推动力的作用下,依靠物理筛分作用，当含有大、小分子溶质的原料液经过超滤膜表面时，存在于超滤膜表面的微孔使得小分子溶质和溶剂通过膜表面，而阻碍第1页了大分子溶质及其微粒组分通过超滤膜表

4、面。这些小分子溶质和溶剂一般属于无机盐类，称作滤过液，最后被集中收集起来；通过超滤膜的大分子溶质和微粒组分一般属于有机胶体类，称之为浓缩液，被膜表面截留而回收。1.2超滤过程的基本特性参数按照膜形态结构划分，超滤膜可以分为对称膜和非对称膜。目前，所用的超滤膜多为非对称膜。超滤居于纳滤和微滤之间，在小孔径范围内，超滤与反渗透相互重叠，而在大孔径范围内，超滤膜与微滤相互重叠。所分离的组分直径介于5nm～10μm范围内，大分子或胶体的相对分子质量在500～500000之间的均可截留下来。超滤过程的基本特性一般用浓差极化、传

5、质系数、微孔模型来表征。1.2.1浓差极化超滤膜具有选择透过性，当膜截留了大量高分子溶质和胶体时，这些高分子溶质会在膜表面聚集，当达到一定程度之后,在浓度梯度的作用下，膜表面的溶质会逐渐脱落下来，再次进入原料液，这样周而复始，最终达到平衡，膜表面形成一层阻碍小分子溶质的边界层，这种现象就是浓差极化。浓差极化对膜的选择透过性有很大影响，浓差极化模数越大，积累在膜表面的溶质越多，影响膜的截留作用。1.2.2传质系数传质系数是传质过程方程式中的一个比例系数，以传质速率G与传质面积F和传质推动力△均成正比为依据。提高传质系数

6、，可提高超滤膜截留率。也就是说，传质系数越大，浓差极化越不明显。1.2.3微孔模型通常用微孔模型来评价超滤膜的渗透机理。一般地,用微孔半径、流体粘度和膜长度来表征膜微孔模型，微孔模型参数的改变对膜性能产生一定的影响。1.3超滤系统的运行方式超滤系统的运行方式有全量过滤和错流过滤两种：全量过滤是料液全部流过超滤膜，溶剂及小分子物质透过膜，大分子的组分被截留在膜表面。全量过滤回收率高，但膜污染严重。错流过滤是料液主体平行于膜面流动，透过液透过超滤膜。高速流动的料液能将沉积在膜面的物质冲走。错流过滤能减少污染，但回收率较低

7、。1.4超滤装置的运行模式连续超滤装置的运行模式有正常运行模式、反冲洗模式、化学清洗模式等。第2页1.4.1正常运行模式当来水悬浮物浓度或粘度较低时可采用全量过滤模式，在正常过滤运行中，原水从膜过滤装置下部的进水管进入膜纤维的内表面。正常情况下操作压力控制在0.25MPa以下，过膜压差控制在0.1~0.15MPa。出水经上部的过滤出水管汇集后流入出水罐。当来水悬浮物浓度或粘度高时可采用错流过滤方式，此时进水进入膜纤维内部后，一部分由垂直膜壁方向穿过膜壁，并由正常过滤出水管汇集后成为产品水，另一部分浓缩后的水则顺着膜纤

8、维轴线方向由上部反冲洗排水管汇集后排出。生产中可根据需要交错使用全量过滤和错流过滤两种形式，例如高藻期和高浊期采用错流过滤，平时采用全量过滤。1.4.2反冲洗模式在超滤过程中，预处理只是延缓了膜污染的速度，膜污染仍不可避免。因此，定期对膜进行适当的清洗是非常必要的。反冲洗过程包括：正方向冲洗（滤过水从膜组件原水入口进入，用高速水流的剪切作用将膜