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污水处理进阶篇之带你快速读懂超滤技术

北极星环保网来源:给排水处理技术与应用2017/3/21 9:38:52我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:超滤膜 膜组件 膜元件

北极星环保网讯:超滤:超滤(UF)基本上是按分子量大小进行分离的压力驱动膜过程。超滤膜的孔径一般在1—100nm之间,能够截留分子量在300—500,000道尔顿的物质,包括多糖、生物分子、聚合物和胶体物质等。大多数超滤膜所标称的切割分子量一般定义为膜具有90%以上截留率的最小分子量。

超滤膜

超滤膜性能

对于确定膜在分离应用中的适用性比较重要的几个膜特性参数有:孔隙率、结构形态、表面性能、机械强度和耐化学性。这些特性取决于膜的材料和制造技术。这些特性参数之间有很大程度的关联性。例如只有高分子材料具有适宜的机械强度,膜才能保持高空隙度的结构。耐压实性能、耐化学清洗、耐细菌分解、耐温度等性能对于膜的工业应用都非常重要。膜的表面性能和孔的结构形态对膜污染、膜通量和溶质分离都有影响。

膜最主要的性能参数是通量(产率)和分离能力(不同料液组分的分离率)。由于超滤膜的截留分子量较大,且大多数超滤膜的通量高,因此与反渗透系统相比,超滤膜的浓差极化和污染更为显著。

超滤及微滤工艺的优点

超滤能够去除水中能够找到的任何最为细小的颗粒物,超滤的颗粒截留范围一般可达到0.001-0.01微米,微滤的颗粒截留范围比超滤要高出1-2个数量级,一般为0.1-0.2微米。

对于一般的水处理,包括城市用水处理,UF的截留范围都选择在0.01-0.02微米的范围,这个范围包括了水源中最小的病毒。但超纯水则需要更小数量级的孔径和截留范围来确保完全去除颗粒物,滤液要实现灭菌。

由于微滤具有深层过滤能力,所以在一定程度上能够去除病毒。但微滤的确是细菌和隐孢子菌、鞭毛虫等原生寄生虫的绝对屏障,因此也用于市政水处理。

UF和MF的分离机理与颗粒、纤维介质过滤器等传统处理方式不同。介质过滤依靠重力去除原理,它们的标称过滤孔径比要捕集的颗粒大。颗粒介质过滤器的滤料粒径可能大于100微米。这样的滤器其绝对截留范围也是同样的数量级。

然而由于介质的深度、料液在通过介质时的弯曲路径,这种过滤器也可获得高去除效率。150微米的沙滤床对10-20微米的颗粒的去除率可轻松达到90-99%。深层滤器的规定等级意味着其去除效率是可变的,取决于许多环境因素及操作参数。

UF和MF膜完全是表面去除机理,就像非常细的筛子。膜表面的孔径高度规整一致,孔径的分布非常窄。大于孔径的颗粒被膜表面排斥通过,留在料液或浓缩液一侧。流体介质本身及小于膜孔径的颗粒会透过膜达到滤液一侧。

这种尺寸选择特性使得膜成为一种能够满足绝对过滤质量需求的理想方式,无论是超纯水方面的应用,还是市政法规当局的严格法定标准都没有问题。膜的初始完整性会一直保持下去,能够保证去除率。

与传统处理工艺相比,膜法处理工艺的优点不仅仅在于其绝对高的去除率。膜系统更加简洁紧凑(占用空间一般下降33%),自动化程度高(正常情况下无须人工操作),药剂投加量少(药剂费用低,产生废水少)。

外压膜与内压有什么区别

在水处理应用中,中空纤维超滤膜的操作方式即可以是外压式的,也可以是内压式的。采用外压式时,料液先进入组件外壳,从膜丝外壁施压,产水透过膜壁,从膜丝内腔流出。内压方式的过程相反。

有若干种商业化的水处理膜采用了内径0.8mm外径1.3mm的膜丝尺寸,这类膜的外表面积至少是内表面积的两倍。这意味着在相同的膜通量下,外压式的产水量是内压式的两倍。然而实际的情况却并非如此,其他一些约束限制了外压式膜的优势的发挥。

在一般的水处理应用中,比较典型的过滤通量是100lmh,通量值会在50-150lmh之间变化,取决于料液的水质和工艺操作条件。这种通量是0.8mm膜丝所产生的压力降所能接受的。

内压式操作过程中,料液在膜丝内腔流动,滤液的渗透方向与反洗方向相反。反洗过程中,高速反洗液从膜丝的整个长度上透过膜壁,主要的约束是从膜丝内腔排出反洗排水。对于将膜组件单排并联排列的设计,可以从膜组件两端同时排水,保证了清除积累颗粒物的效率。

外压式操作在进行反洗时就无法保证清洗的效率。过滤过程中料液从膜丝外壁进入膜丝内腔,反洗时采用透过液,流道方向恰恰相反。为了保证反洗效果,需要大流量注入透过液。但膜丝内腔的流道狭小,限制了反洗液的流量,反洗的效果会大打折扣。最终的结果是膜污染和通量下降。

外压式操作的反洗过程均采用了空气辅助措施。空气可以从膜丝内腔直接透过膜壁,也可以在反洗时在膜丝外侧加入空气扰动膜丝。真正的空气反冲洗可以彻底清除膜面的沉积物,但在清理膜面的同时对膜丝也会造成拉伸、疲劳等伤害,最终导致膜丝失效。

空气擦洗也是有害的,会引起在膜丝与树脂粘结面处的膜丝拉伤。为了避免拉伤,需要强度更大的膜。而且,无论是空气反冲还是空气擦洗,均能需要可观的空气供给,导致运行费用的明显增加。

延伸阅读:

膜污染防治与清洗指导手册完整版

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