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中空纤维超滤膜应用指南中空纤维超滤膜应用指南 一、超滤的基本概述 超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。 二、超滤膜组件的基本类型 目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。 类 型 生产成本对比 装填密度 抗污染能力 产生压降 耐压性 限于专门类型膜 板框式 2060 低 好 低 可以 非 园管式 1040 低 很好 适中 可以 非 螺旋卷式 中空纤维式 625 适中 适中 适中 适合 是 14 高 差 高 适合 是 毛细管式 28 适中 好 适中 可以 是 各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。 1 三、超滤膜的超滤特性 在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。 膜过滤谱图 超滤的定义域为截留分子量500500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.0020.1。截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。简单的理解，超滤膜如同筛子，在一定压力下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液 2 的净化、分离和浓缩。 超滤过程有如下特点： 超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/21/5； 设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施； 超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理； 溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理； 适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收； 能将不同分子量的物质分级分离； 超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。 由以上分离特性可知，超滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。 四、超滤技术的特性参数 超滤技术特性参数主要指分离透过性能： 透水速率： 在一定工作压力、温度下，单位面积或单个组件3 ，在单位时间内所透过的水量，称为透水速率。 膜的透水速率除与温度、压力有关外，取决于膜材料，膜的形态结构等物化性能，此外与操作条件包括溶液的性质有密切的关系。因而商品膜的透水速率是指在一定温度、压力下纯水透水速率。 截留分子量与截留率： 商品超滤膜多用截留分子量或相近孔径的大小来表明产品的截留性能。截留分子量是指能被膜截留住的溶质中最小溶质的分子量。 截留率指溶液中被膜截留的特定溶质的量所占溶液中该物定溶质总量的比率。 可由下式表示： Ro=×100 式中：Ro 截留率； Cp 透过液中特定溶质的浓度； Cf 原溶液中特定溶质的浓度。 通常超滤膜所标称的截留分子量，对具有相同分子量的线形分子物质或球形蛋白类分子，物质的截留率分别应为90和95。国外不同公司产品其标准并不一致。 五、中空纤维式超滤膜 中空纤维超滤膜为超滤技术中的一个重要分支，由于中空纤维式超滤膜结构的特殊性，膜无支承体，成型工艺连续性、均一性良好，结构4 简单，超滤液易于保持纯洁等优点，在超滤领域中的应用已占首要地位。 中空纤维超滤膜分为内压型及外压型两种。外压型原液在中空纤维外侧加压流动，而内压型在中空纤维内腔中加压流动，其结构见下图。 1、制膜材料： 制造超滤膜的材料很多，但用于制造中空纤维超滤膜材料主要为一部分成纤性能良好的高分子材料。对膜材料的要求是具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、微生物侵蚀性和抗氧化性。并且具有良好的亲水性，以得到高的水通量和抗污染能力。目前常用的中空纤维超滤膜材料有如下几种： 聚砜、聚醚砜属于疏水性膜材料，机械强度高，耐热、耐化学性良好，为目前应用较多的膜材料之一。 聚丙稀腈主要采用共聚改性聚丙稀腈，具有良好的亲水性与耐化学性，特别是抗氯和抗溶剂性能好。由于材料亲水性、透水速率及耐污染性能优于聚砜类膜材料。 聚偏氟乙稀膜材料为含氟材料中适用于超滤膜制备的最好材料，有极优良的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性。使用温度范围为5 -40200以上，可以在强酸、强碱和有机溶剂条件下使用。对于特殊用途可采用该材料制备中空纤维超滤膜。 醋酸纤维素目前应用于制备中空纤维超滤膜较少，但可制备截留分子量较小的超滤膜。 此外，聚氯乙稀、聚乙稀醇、聚砜酰胺等也可制备中空纤维超滤膜，但实际上应用较少。 2、中空纤维式超滤膜的制备： 超滤膜的制备方法很多，而中空纤维超滤膜主要采用相转换法。 相转换法主要有浸渍凝胶法、溶剂蒸发凝胶法和溶出法等。目前商品化的中空纤维超滤膜主要采用浸渍凝胶法制备，制膜过程大致可分为七个步骤： 将制膜材料溶入特定的溶剂中，并根据需要加入相应致孔添加剂； 通过搅拌使膜材料充分溶解，而成为均匀的制膜液； 过滤去掉未溶解的其他杂质； 脱除溶液中微细的气泡； 在纺丝机中用特制的喷丝头挤出形成中空状原纤； 使原纤中部分溶剂蒸发； 将原纤渍于对膜材料是非溶剂的凝固浴中，液态原纤立即凝固成固态中空纤维； 后处理使中空纤维具备某种固有性能。 6 六、超滤膜在水处理应用中的工艺 1、前处理 超滤法在水处理及其他工业净化、浓缩、分离过程中，可以作为工艺过程的预处理，也可以作为工艺过程的深度处理。在广泛应用的水处理工艺过程中，常作为深度净化的手段。根据中空纤维超滤膜的特性，有一定的供水前处理要求。因为水中的悬浮物、胶体、微生物和其他杂质会附于膜表面，而使膜受到污染。由于超滤膜水通量比较大，被截留杂质在膜表面上的浓度迅速增大产生所谓浓度极化现象，更为严重的是有一些很细小的微粒会进入膜孔内而堵塞水通道。另外，水中微生物及其新陈代谢产物生成粘性物质也会附着在膜表面。这些因素都会导致超滤膜透水率的下降以及分离性能的变化。同时对超滤供水温度、PH值和浓度等也有一定限度的要求。因此对超滤供水必须进行适当的预处理和调整水质，满足供水要求条件，以延长超滤膜的使用寿命，降低水处理的费用。 A、微生物的杀灭： 当水中含有微生物时，在进入前处理系统后，部分被截留微生物可能粘附在前处理系统，如多介质过滤器的介质表面。当粘附在超滤膜表面时生长繁殖，可能使微孔完全堵塞，甚至使中空纤维内腔完全堵塞。微生物的存在对中空纤维超滤膜的危害性是极为严重的。除去原水中的细菌及藻类等微生物必须重视。在水处理工程中通常加入NaClO、O3等7 氧化剂，浓度一般为15mg/l。此外，紫外杀菌也可使用。在实验室中对中空纤维超滤膜组件进行灭菌处理，可以用双氧水或者高锰酸钾水溶液循环处理3060min。杀灭微生物处理仅可杀灭微生物，但并不能从水中去除微生物，仅仅防止了微生物的滋长。 B、降低进水混浊度： 当水中含有悬浮物、胶体、微生物和其他杂质时，都会使水产生一定程度的混浊，该混浊物对透过光线会产生阻碍作用，这种光学效应与杂质的多少，大小及形状有关系。衡量水的混浊度一般以蚀度表示，并规定1mg/lSiO2所产生的浊度为1度，度数越大，说明含杂量越多。在不同领域对供水浊度有不同的要求，例如，对一般生活用水，浊度不应大于5度。由于浊度的测量是把光线透过原水测量被水中颗粒物反射出的光量、颜色、不透明性，颗粒的大小、数量和形状均影响测定，浊度与悬浮物固体的关系是随机的。对于小于若干微米的微粒，浊度并不能反映。 在膜法处理中，精密的微结构，截留分子级甚至离子级的微粒，用浊度来反映水质明显是不精确的。为了预测原水污染的倾向，开发了SDI值试验。 SDI值主要用于检测水中胶体和悬浮物等微粒的多少，是表征系统进水水质的重要指标。SDI值的确定方法一般是用孔径为0.45微孔滤膜在0.21MPa恒定水流压水力下，首先记录通水开始滤过500ml水样所需的时间t0，然后在相同条件下继续通水15min，再次记录滤过500ml 8 水样所需时间t15，然后根据下式计算： SDI=×100/15 水中SDI的值的大小大致可反映胶体污染程度。井水的SDI3，地表水SDI在5以上，SDI极限值为6.66，即需进行预处理。 超滤技术对SDI值的降低最为有效，经中空纤维超滤膜处理水的SDI=0，但当SDI过大时，特别是较大颗粒对中空纤维超滤膜有严重的污染，在超滤工艺中，必须进行预处理，即采用石英砂、活性炭或装有多种滤料的过滤器过滤，至于采取何种处理工艺尚无固定的模式，这是因为供水来源不同，因而预处理方法也各异。例如，对于具有较低浊度的自来水或地下水，采用510的精密过滤器，一般可降低到5左右。在精密过滤器之前，还必须投加絮凝剂和放置双层或多层介质过滤器过滤，一般情况下，过滤速度不超过10m/h，以78m/h为宜，滤水速度越慢，过滤水质量越好。 C、悬浮物和胶体物质的去除： 对于粒径5以上的杂质，可以选用5过滤精度的滤器去除，但对于0.35间的微细颗粒和胶体，利用上述常规的过滤技术很难去除。虽然超滤对这些微粒和胶体有绝对的去除作用，但对中空纤维超滤膜的危害是极为严重的。特别是胶体粒子带有电荷，是物质分子和离子的聚合体，胶体所以能在水中稳定存在，主要是同性电荷的胶体粒子相互排斥的结果。向原水中加入与胶体粒子电性相反的荷电物质以打破胶体粒子的稳定性，使带荷电的胶体粒子中和成电中性而使9 分散的胶体粒子凝聚成大的团块，而后利用过滤或沉降便可以比较容易去除。常用的絮凝剂有无机电解质，如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和氯化铁。有机絮凝剂如聚丙稀酰胺、聚丙稀酸钠、聚乙稀亚胺等。由于有机絮凝剂高分子聚合物能通过中和胶粒表面电荷，形成氢键和“搭桥”使凝聚沉降在短时间内完成，从而使水质得到较大改善，故近年来高分子絮凝剂有取代无机絮凝剂的趋势。 在絮凝剂加入的同时，可加入助凝剂，如PH调节剂石灰、碳酸钠、氧化剂氯和漂白粉，加固剂水下班及吸附剂聚丙稀酰胺等，提高混凝效果。 絮凝剂常配制成水溶液，利用计量泵加入，也可使用安装在供水管道上的喷射器直接将其只入水处理系统。 D、可溶性有机物的去除： 可溶性有机物用絮凝沉降、多介质过滤以及超滤均无法彻底去除。目前多采用氧化法或者吸咐法。 氧化法 利用氯或次氯酸钠进行氧化，对除去可溶性有机物效果比较好，另外臭氧和高锰酸钾也是比较好的氧化剂，但成本略高。 吸附法 利用活性炭或大孔吸附树脂可以有效除去可溶性有机物。但对于难以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法处理。 E、供水水质调整： 10 供水温度的调整 超滤膜透水性能的发挥与温度高低有直接的关系，超滤膜组件标定的透水速率一般是用纯水在25条件下测试的，超滤膜的透水速率与温度成正比，温度系数约为0.02/1，即温度每升高1，透水速率约相应增加2.0。因此当供水温度较低时，可采用某种升温措施，使其在较高温度下运行，以提高工作效率。但当温度过高时，同样对膜不利，会导致膜性能的变化，对此，可采用冷却措施，降低供水温度。 供水PH值的调整 用不同材料制成的超滤膜对PH值的适应范围不同，例如醋酸纤维素适合PH=46，PAN和PVDF等膜，可在PH=212的范围内使用，如果进水超过使用范围，需要加以调整，目前常用的PH调节剂主要有酸等和碱。 由于溶液中无机盐可以透过超滤膜，不存在无机盐的浓度极化和结垢问题，因此在预处理水质调整过程中一般不考虑它们对膜的影响，而重点防范的是胶质层的生成、膜污染和堵塞的问题。 2、操作参数： 正确的掌握和执行操作参数对超滤系统的长期和稳定运行是极为重要的，操作参数一般主要包括：流速、压力、压力降、浓水排放量、回收比和温度。 11 A、流速： 流速是指原液在膜表面上的流动的线速度，是超滤系统中的超滤一项重要操作参数。流速较大时，不但造成能量的浪费和产生过大的压力降而且加速超滤膜分裂性能的衰退。反之，如果流速较小，截留物在膜表面形成的边界层厚度增大，引起浓度极化现象，既影响了透水速率，又影响了透水质量。最佳流速是根据实验来确定的。中空纤维超滤膜，在进水压力维持在0.2MPa以下时，内压膜的流速仅为0.1m/s，该流速的流型处在完全层流状态。外压膜可获得较大的流速。毛细管型超滤膜，当毛细管直径达 3mm时，其流速可适当提高，对减少浓缩边界层有利。必须指出两方面问题，其一是流速不能任意确定，由进口压力与原液流量有关，其二是对于中空纤维或毛细管膜而言，流速在进口端是不一致的，当浓缩水流量为原液的10时，出口端流速近似为进口端的10，此外提高压力增加了透过水量，对流速的提高供献极微。因此增加毛细管直径，适当提高浓缩水排量，可以使流速获得提高，特别是在超滤浓缩过程中，如电泳漆的回收时可有效提高其超滤速率。 在允许的压力范围内，提高供给水量，选择最高流速，有利于中空纤维超滤膜性能的保证。 B、压力和压力降： 中空纤维超滤膜的工作压力范围为0.10.6MPa，是泛指在超滤的定义域内，处理溶液通常所使用的工作压力。分离不同分子量的物质，12 需要选用相应截留分子量的超滤膜，则操作压力也有所不同。一般塑壳中空纤维内压膜，外壳耐压强度小于0.3MPa，中空纤维耐压强度一般也低于0.3MPa，因而工作压力应低于0.2MPa，而膜的两侧压差应不大于0.1MPa。外压中空纤维超滤膜耐压强度可达0.6MPa，但对于塑壳外压膜组件，其工作压力亦为0.2MPa。必须指出，由于内压膜直径较大，当用作外压膜时，易于压扁并在粘结处切断，引起损坏，因此内外压膜不能通用。 当需要超滤液具有一定压力以供下一工序使用时，应采用不锈钢外壳超滤膜组件，该中空纤维超滤膜组件，使用压力达到0.6MPa，而提供超滤液的压力可达30m水柱，即0.3MPa压强，但必须保持中空纤维超滤膜内外两侧压差不大于0.3MPa。 在选择工作压力时除根据膜及外壳耐压强度为依据外，必须考虑膜的压密性，及膜的耐污染能力，压力越高透水量越大，相应被截留的物质在膜表面积聚越多，阻力越大，会引起透水速率的衰减。此外进入膜微孔中的微粒也易于堵塞通道。总之，在可能的情况下，选择较低工作压力，对膜性能的充分发挥是有利的。 中空纤维超滤膜组件的压力降，是指原液进口处压力与浓缩液出口处压力之差。压力降与供水量，流速及浓缩水排放量有密切关系。特别对于内压型中空纤维或毛细管型超滤膜，沿着水流方向膜表面的流速及压力是逐渐变化的。供水量，流速及浓缩水排量越大，则压力降越大，形成下游膜表面的压力不能达到所需的工作压力。膜组件的总的产水量会受到一定影响。在实际应用中，应尽量控制压力降值不要过大，随着13 运转时间延长，由于污垢积累而增加了水流的阻力，使压力降增大，当压力降高出初始值0.05MPa 时应当进行清洗，疏通水路。 C、回收比和浓缩水排放量： 在超滤系统中，回收比与浓缩水排放量是一对相互制约的因素。回收比是指透过水量与供给量之比率，浓缩水排放量是指未透过膜而排出的水量。因为供给水量等于浓缩水与透过水量之和，所以如果浓缩水排放量大，回收比较小。为了保证超滤系统的正常运行，应规定组件的最小浓缩水排放量及最大回收比。在一般水处理工程中，中空纤维超滤膜组件回收比约为5090。其选择根据为进料液的组成及状态，即能被截留的物质的多少，在膜表面形成的污垢层厚度，及对透过水量的影响等多种因素决定回收比。在多数情况下，也可以采用较小的回收比操作，而将浓缩液排放回流入原液系统，用加大循环量来减少污垢层的厚度，从而提高透水速率，有时并不提高单位产水量的能耗。 D、工作温度： 超滤膜的透水能力随着温度的升高而增大，一般水溶液其粘度随着温度而降低，从而降低了流动的阻力，相应提高了透水速率。在工程设计中应考虑工作现场供给液的实际温度。特别是季节的变化，当温度过低时应考虑温度的调节，否则随着温度的变化其透水率有可能变化幅度在50左右，此外过高的温度亦将影响膜的性能。通常情况下中空纤维超滤膜的工作温度应在25±5，需要在较高温度状态下工作则可选用14 耐高温膜材料及外壳材料。 七、中空纤维超滤膜系统工艺流程 中空纤维超滤膜系统由膜组件、压力泵、管路、流量计、压力表、清洗水箱，以及清洗水泵组成最基本的流程。根据不同的处理要求，实际工艺流程有很大差别。主要有外压型与内压型工艺流程。 1、外压型中空纤维超滤系统工艺流程 a、单支外压型中空纤维超滤组件联接图 b、外压式中空纤维超滤系统应用流程图 15 2、内压型中空纤维超滤系统工艺流程 a、单支内压型中空纤维滤组件联接图 b、内压式中空纤维超滤系统应用流程图 16 八、超滤系统的运行管理 1、预处理系统 预处理系统是指原液在进入超滤装置之前去除各种有害杂质的工艺过程及设备。预处理工艺是根据原液情况及处理的要求来确定的，没有固定模式，但下述选择原则可供参考。 地下水及含悬浮物、胶体物质小于50mg/l时宜采用直接过滤或者在管道中加入絮凝剂过滤； 地面水及含悬浮物、胶体物质大于50mg/l应采用混凝沉淀、过滤工艺； 原水中含有细菌、藻类及其他微生物较多时，必须先行杀菌，然后再按常规程序处理，灭菌剂有氯、次氯酸钠、臭氧等，而过氧化氢、高锰酸钾等多用清洗组件时用来杀菌，因为预处理用量大，不经济； 原水经杀菌剂处理后，如果水中含有较多的余氯或其他强氧化剂，可17 加入亚硫酸钠等还原剂或者用活性碳吸附去除。 上述为常规的传统的预处理工艺，在膜集成工艺中，中空纤维超滤膜常作为其他膜处理的预处理。如在反渗透脱盐工艺中，超滤本身即属预处理工艺，在电渗析脱盐工艺中亦可以超滤作为电渗析脱盐预处理，以补充电渗析脱盐工艺的不足。此外，在矿泉水制备工艺中以超滤作为主要的处理工艺，化学药剂的加入，会使矿泉水水质受到污染，因此在矿泉水处理工艺中，不适宜用化学药剂作为预处理措施。 在某种情况下，例如以城市自来水为水源进行深度净化，或以地下水为水源，水质较好时，过多的常规预处理，可能带来二次污染。超滤的预处理可以极为简化，仅采用粗过滤以避免大颗粒悬浮物进入超滤系统损害超滤膜，即可直接用超滤去除少量细菌微生物、胶体、悬浮物。采用加强反冲洗，快速冲洗以及增加浓缩水排量等措施防止超滤膜的堵塞。 2、运行前的准备工作 进水水质的检查，重点是检查进水的浊度或SDI值、PH值和细菌、微生物、余氯等项目，应达到设计要求的进水指标后方可输入超滤系统，一般中空纤维超滤膜要求原水的PH值并无严格要求。在PH=211范围内均可使用，但用于工业浓缩时，原液的PH值必须严格根据膜材料的要求。超滤膜对余氯要求也无严格规定，一般情况下，要求含有一定余氯以保证细菌不超标。当后续工艺对余氯有要求时，可在超滤工艺之后用活性碳去除，效果更佳。 18 清洗设备及管道，超滤系统组装完成后，在启动之前还必须对系统中所有过流部分进行清洗，一方面清洗掉设备及管道中的碎屑及其他有害杂质，一方面对系统进行严格的灭菌作用，以免残留的细菌、微生物在管道及超滤膜组件中滋长。一般常采用分段清洗法，即按照工艺流程路线由前往后、按设备和管路分段清洗，以保证设备安全运行。 管路系统检查，操作人员必须掌握工艺流程路线，检查各有关设备和管是否有误接的地方，同时还要检查进、出口阀门的启闭情况，特别是要注意浓缩水出口阀门不能全部关闭及进口阀门不能开启，以防止系统在封闭状态下，突然启动引起系统内压力过高以及水流冲击作用而损坏设备。 3、启动 当做完上述各项准备工作后，可先进行试启动，即接通电源，打开进水阀门，开动泵后立即停止，观察水泵叶轮转动方向是否正确，检查水泵在启动时有无反常的噪音产生，以判断水泵是否能正常运行。 对于全自动的控制装置必须预先设置操作程序，以便启动后进入正常顺序运行。 4、运行 a、升压 水泵转动后，逐渐打开超滤系统的进水阀门，相应调节浓缩水出口阀门使系统升压及保持浓缩水的流动，通常情况下，应当缓慢转动阀门，19 大约在1min左右时间内升至所需的工作压力，有利于对设备及膜的保护。 b、监控及记录 注意超滤设备进出口压力差的变化，进口压力应按设计值操作，但随着运行时间延长，出口处压力会逐渐降低，即压力差会逐渐增大，当这一压力差高于安装始值0.05Mpa时说明水路有阻塞现象，应当采取相应措施，即采取物理或化学方法进行清洗。 运行中定时分析供水水质和超滤水水质，发现有突然变化现象，应立即采取措施。当进水水质不合格时，应加强预处理工艺。透过水不合格时，则应当进行清洗再生，处理后仍不见效果，则应考虑更换新的膜组件。 c、回收比及其调节 运行中观察浓缩水的排放量及透水量，始终保持在允许的回收比范围内运行。回收比过大或过小，于超滤膜的正常运行都是不利的。因为回收比过大，极易产生膜的浓度极化现象，影响产水质量，而回收比过小，则流速过大，也会促进膜的衰退，压力降增大影响产水量。 回收比的具体调节方法如下： 浓缩水排放量偏小可微微开启浓缩水出口阀。如果因此而导致工作压力下降或产水量不足，则需适当开启进水阀门，即增加泵的供水量。 若浓缩水排放量偏大，可微微半闭浓缩水出口阀。如果由此而引起工作压力上升，则应该适当关小进水阀门，即降低泵的20 供水量。 d、膜的清洗 判断超滤膜是否需要清洗的原则如下： 根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，压力降超过初始值0.05MPa 时，说明流体阻力已经明显增大，作为日常管理可采用等压大流量冲洗法冲洗，如无效，再选用化学清洗法； 根据透水量或透水质量的变化，当超滤系统的透过水量或透水质量下降到不可接受程度时，说明透过水流路被阻，或者因浓度极化现象而影响了膜的分离性能，此种情况，多采用物理化学相结合清洗法，即进行物理方法快速冲洗去大量污染物质，然后再用化学方法清洗，以节约化学药品。 定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污染的规律，可采用周期性的定时清洗。可以是手动清洗，对于工业大型装置，则宜通过自动控制系统按顺序设定时间定时清洗。 e、灭菌 细菌与其他微生物被膜截留，不但繁殖速度极快，而这些原生物及其代谢物质形成一种粘滑的污染物质紧紧粘附于膜表面上，直接影响到膜的透水能力和透过水质量。一般采用定期灭菌的方法，灭菌的操作周期因供给原水的水质情况而定，对于城市普通自来水而言，夏季710天，冬季3040天，春秋季2030天。地表水作为供给水源时，灭菌周期更短。灭菌药品可用5001000mg/l次氯酸钠溶液或1过氧化氢水溶液循环流或浸泡约半小时即可。 21 在矿泉水生产中，由于车间的密封性，通风不良，室内湿度增高，给霉菌生长提供了良好的条件，成为矿泉水生产过程中霉菌的长期污染源，尤其是生产管道一经霉菌污染，清除和消毒十分困难。一般紫外线、臭氧对霉菌的杀灭效果不太理想，使矿泉水成品中出现半透明丝状白色絮状的霉菌集合体，因而必须定期对周转环境进行相应的灭菌措施防止对系统的污染。 f、停机 先降压后停机，当完成运行任务或者由于其他原因需要停机时，可慢慢开启浓缩水出口阀门，使系统压力徐徐下降到最低点再切断电源。因为在工作状态下如果突然停泵，容易产生水锤现象而伤害超滤膜，降压速度约在1min内完成。 用纯水或超滤后的净水冲洗膜表面，利用运转水泵或者辅助的清洗水泵，采用大流量冲洗35min，以清除掉沉积于膜表面上的大量污垢，在冲洗过程中，系统内不升压，不引出透过水； 停机期间需进行维护与保养，如果停机时间仅23天，可每天运行3060min，用新鲜水置换出装置内存留的水。如果停机时间较长，应向装置内注入保护液，如0.51.0甲醛水溶液，以防止细菌繁殖。 5、超滤系统常见故障及处理措施 a、供水压力低或供水量不足，有可能水泵转动方向相反，或水泵进水管泄漏，此时水泵可能激烈震动； b、压力降增大，系统内受阻或流速过大，应疏通水道或减少浓缩水排22 放量； c、透水量下降，可能膜被压密或膜被污垢堵塞，前者停机松驰，一般不易恢复，后者则应进行清洗； d、截留率下降，水质恶化，有多种可能，浓差极化时应用大流量冲洗，密封损坏应更换或修补。中空纤维断裂或破损，则应更换膜组件。 6、中空纤维超滤膜的污染及清洗再生技术 由于超滤膜的功能是去除原液中所含有的杂质，性能优良与截留分子量较低的中空纤维超滤膜，被杂质污染堵塞可能更快，膜表面会被截留的各种有害杂质所覆盖，甚至膜孔也会被更为细小的杂质堵塞而使其分离性能下降。原水预处理的有无，与处理质量的好环，只能决定超滤膜被堵塞污染速度的快慢，而无法从根本上解决污染问题，即使预处理再彻底，水中极少量杂质也会因日积月累而使膜的分离性能逐渐受到影响。因此膜的堵塞是绝对的，一般超滤系统都应当建立清洗和再生技术。清洗膜的方法可分为物理方法和化学方法两大类。 a、中空纤维超滤膜的物理清洗法： 该方法是利用机械的力量来去除膜表面污染物。整个清洗过程不发生任何化学反应。 等压水力冲洗法：对于中空纤维超滤膜等压冲洗法是行之有效的方法之一。具体做法是关闭超滤液出口阀门，全开浓缩水出口阀门，此时中空纤维内外两侧压力逐渐趋于相等，因压力差粘附于膜表面的污垢松动，籍增大的流量冲洗表面，这对去除膜表面上大量松软杂质有效； 23 水气混合清洗法：将净化过的压缩空气与水流一道进入超滤膜内，水气混液会在膜表面剧烈的搅运作用而去除比较坚实的杂质。效果比较好，但应注意压缩空气的压力与流量； 热水及纯水冲洗法：热水冲洗膜表面，对那些粘稠而又有热溶性的杂质去除效果明显。纯水溶解能力强。纯水循环冲洗效果比较好； 负压反向冲洗法：是一种从膜的负面向正面进行冲洗方法，对内外有致密层的中空纤维或毛细管超滤膜是比较适宜的。这是一种行之有效但常与风险共存的方法，一旦操作失误，很容易把膜冲裂或者破坏中空纤维或毛细管与粘结剂的粘结面而形成泄漏。 b、中空纤维超滤的化学清洗法： 利用某种化学药品与膜面有害物质进行化学或溶解作用来达到清洗的目的。选择化学药品的原则，一是不能与膜及其他组件材质发生任何化学反应或溶解作用，二是不能因为使用化学药品而引起二次污染。 酸洗法：常用的酸有盐酸、草酸、柠檬酸等。配制后溶液的PH值因材质类型而定。例如CA膜清洗液PH=34，其他PS、SPS、PAN、PVDF等膜PH=12。利用水泵循环操作或者浸泡0.51h，对去除无机杂质效果好； 碱洗法：常用的碱主要有氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠等。配制碱溶液的PH 值也因膜材质类型而定，除CA膜要求PH=8左右以外，其他耐腐蚀PH=12，同样利用水泵循环操作或者浸泡0.51h，对去除有机杂质及油脂有效； 24 氧化性清洗剂：利用13H2O2，5001000mg/LNaClO 等水溶液清洗超滤膜，既去除了污垢，又杀灭了细菌。H2O2 和NaClO是目前常用的杀菌剂。 加酶洗涤剂清洗：加酶洗涤如0.51.5胃蛋白酶、胰蛋白酶。对去除蛋白质、多糖、油脂污染物质有效。 推荐下述一种清洗步骤，可资参考。 先用清水冲洗整个超滤系统。水温最好采用膜组件所能承受的较高温度。 选用合适的清洗剂进行循环清洗。清洗剂中可含EDTA或六偏磷酸盐之类的络合剂。 用清水冲洗，去除清洗剂。 在规定条件下校核膜的透水通量。如未能达到预期数值时，重复第二步、第三步清洗过程。 用0.5的甲醛水溶液进行消毒贮存。 九、中空纤维超滤膜在使用中应注意事项 1、过滤系统要定期灭菌。 超滤膜可以截留细菌，但不可以杀死细菌，截留率再好的超滤膜也不能长期保证干净区不长一个细菌，有细菌就可能大量繁殖。直接影响到透过水质，上节讲到有的矿泉水成品中出现半透明丝状白色絮状的霉菌团，主要是系统被霉菌污染所致。因此，必须定期对周转环境及过滤25 系统进行定期灭菌，灭菌的操作周期因供给原水的水质情况而定，对于城市普通自来水而言，夏季710天，冬季3040天，春秋季2030天。地表水作为供给水源时，灭菌周期更短。灭菌药品可用5001000mg/L次氯酸钠溶液或1过氧化氢水溶液循环流或浸泡约半小时即可。 2、过滤系统所用组件数量是根据设计总透水量而定的。而每根组件所标称的每小时产水量是指纯水透水速率，是指采用纯水作测试介质，纯水对超滤膜不存在溶质引起的堵塞问题。测试温度25，测试压力为0.1MPa。 由多个组件构成的超滤系统实际透水速率为标称的 90左右，但由于装置的透水速率随运转时间而逐渐下降，但经清洗后基本上可以回复到一个相对稳定值，一般情况下，稳定值只是初透水速率的60左右，此外，超滤组件的透水量还受到温度、压力、料液浓度、给水浊度的影响，因此设计时必须考虑以上因素。 3、由于每根超滤组件在出厂前加入保护液，使用前要彻底冲洗组件中的保护液，先用低压给水冲洗1小时，然后再用高压给水冲洗1小时，无论低压还是高压冲洗时，系统的产水排放阀均应全部打开。在使用产水时，应检查并确认产品水中不含有任何杀菌剂。 4、超滤组件要轻拿轻放，并注意保护，由于超滤组件是精密器材，所以在使用安装时要小心，要轻拿轻放，更不能甩坏。组件若停用，要先用清水冲洗干净后，加0.5甲醛水溶液进行消毒灭菌，并密封好。如冬天组件还要进行防冻处理，否则组件可能报废。 26 5、使用中空纤维超滤膜前必须认真阅读使用说明，按照超滤膜在水处理应用工艺进行操作。 6、特殊情况请与本公司联系，以便提供技术服务。 十、中空纤维超滤膜的应用 超滤作为一种膜分离技术，在工业生产、医药卫生、环境保护和人民生活等国民经济的各个领域都得到了广泛的应用。 1、净化功能的应用： a、制水工业 超纯水、纯净水制备中作为反渗透的预处理。预处理水质SDI可达到01； 海水淡化中的预处理去除悬浮物、微粒、细菌和藻类，大大延长了反渗透脱盐膜的使用寿命； 用超滤法制备自来水，较常用的预处理方法水质高，工艺简单，占地面积小； 饮用水的深度净化，用城市自来水或可以饮用的原水进一步净化达到国家饮用净水的标准，可以提供直饮水源； 矿泉水的净化，天然矿泉水经超滤净化不改变微量元素成分，同时达到可以直接饮用的目的。 b、无菌液体食品制造 27 低度酒的除浊； 果酒、啤酒、黄酒的精制； 液体调料的精制； 饮料的净化。 c、医药卫生方面的应用 血液超滤净化； 口服液净化处理； 针剂大输液除热原。 2、浓缩功能的应用： a、食品发酵工业的应用 酶制剂的浓缩； 蛋白质的浓缩，大豆蛋白及卵蛋白的浓缩。 b、乳品工业的应用 浓缩牛乳和从乳清中回收乳清蛋白等。 c、医疗方面的应用 腹水超滤浓缩； 血液过滤。 d、在生物制剂方面应用 生物制剂如钩端螺旋体、乙肝疫苗、胸腺素、人体生长激素的浓缩分离； 人血清白蛋白的浓缩分离。 28 e、中草药的精制与浓缩 3、废水处理 随着环境污染治理日益受到重视，工业废水与城市污水处理已进一步向深度处理发展，中水工程已提到议事日程。超滤深度净化与利用生物技术与超滤技术结合的膜生物反应器已在城市污水和工业废水处理开始得到应用。我国超滤技术发展的一个新的起点将为废水处理的工业应用。废水处理较净水工业应用有较大的难度，并且缺乏实际经验，因此在膜组件的生产与应用技术的开发还需做不少工作。目前耐污染粗毛细管状的超滤膜在初步应用中已取得良好的效果。 十一、超滤组件规格性能以及组件外型尺寸图 常用PS超滤组件规格与性能表 项目/型号 材质 组件规格 切割分子量(万) 有效膜面积(2) 膜公称孔径 初始纯水通量 /n·0.1Pa·25 3UFW-P10A 聚砜 A图 25 12 UFW-P10B 聚砜 B图 25 6 UFN-P13 聚砜 C图 25 7 UFN-Y13 聚砜 C图 25 7 UFN聚C20.010.1um 0.010.1um 0.010.1um 0.010.1um 0.010.51.0 UPVC 外压 0.10.3 560 0.30.6 UPVC 外压 0.10.3 560 0.31.0 UPVC 内压 0.10.25 560 29 0.31.0 有机玻璃 内压 0.10.25 560 0.3壳体材料 过滤形式 工作压力(Pa) 工作温度() 有机内0.15PH范围 常用回收率() 113 80 113 80 113 80 113 80 1超滤组件规格尺寸图 1、A图 该图是型号为UFW-P10A组件的尺寸图 4个接口外径为36mm，内径为32mm。 请注意组件4个接口上的箭头标记以便分清原液入口、透过液出口、浓缩液出口。 2、B图 30 该图是型号为UFW-P10B组件的尺寸图 4个接口外径为36mm，内径为32mm。 请注意组件4个接口上的箭头标记，以便分清原液入口、透过液出口、浓缩液出口 。 3、C图 该图是型号为UFN-P13、UFN-Y13、UFN-Y18组件的尺寸图 4个接口外径为36mm，内径为32mm。 请注意组件4个接口上的箭头标记，以便分清原液入口、透过液出口、浓缩液出口 。 31