超滤技术在各领域中的具体应用

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本文导读目录：

1、3个实例帮你掌握：超滤技术在给水工程中的应用现状

2、超滤技术在各领域中的具体应用

3、城市污水处理超滤技术的运用

　　随着当前环境污染问题的日益严重，传统给水厂处理的饮用水已经无法满足人们的生活需要，因此在传统的处理工艺后，进一步的深度处理就成了一种必然的发展趋势。 　　膜分离技术就是饮用水深度处理技术当中的一个重要的组成部分，其开发和应用也就显得尤为重要。超滤作为一种膜分离技术，是目前世界水处理领域研究的热点之一。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，符合了饮用水水质不断提高的要求和工业给水预处理的要求。 　　1超滤技术原理概述 　　超滤是一种压力驱动的膜分离过程，主要由筛除机理去除水中杂质，在压力作用下，水从高压侧透过膜到低压侧，水中大分子及微粒组分被膜阻挡,水逐渐浓缩后以浓缩液的形式排出。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质，所分离溶质的分子量下限为几千，所分离组分孔径范围1nm~0.05μm，有效地去除了水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预处理产品。 　　超滤膜的类型 　　主要有平板超滤膜、管式超滤膜、毛细式超滤膜、中空纤维超滤膜和多孔超滤膜。 　　超滤膜的材料又可以分为有机高分子材料和无机材料两大类， 　　“有机高分子材料主要有醋酸纤维素、聚丙烯、聚酰胺和聚砜，也可采用聚醚砜、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯。 　　无机材料主要有陶瓷、金属、玻璃、硅酸盐以及碳纤维。 　　超滤技术的操作压力低，设备投资费用和运行费用低，无相变，能耗低，可有效分离水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，但对金属离子没有任何的去除能力，对小分子量有机物的去除能力较低。 　　2超滤在给水处理工程中的应用 　　2.1工程应用实例 　　无锡中桥水厂 　　无锡中桥水厂是无锡市自来水总公司下辖的最大的净水厂之一，主要供应市中心及城南地区用水，原处理工艺为常规的混凝/沉淀/消毒处理工艺，建设规模为60×104m³/d，分两期建设，一期工程于1992年6月建成投产，二期工程于1996年6月建成投产。 　　2008年11月，中桥水厂初步确立了以粉末活性炭/超滤膜处理工艺为主的深度处理改造方案并选用西门子公司的外压式超滤处理系统，该超滤膜净水系统主要由以下几部分构成:膜进水泵单元、自清洗过滤器预处理单元、超滤装置单元、膜擦洗系统、压缩空气系统、在线化学清洗系统、自动化控制仪器仪表系统。其他辅助系统包括化学清洗加热系统、反洗排水系统、中和系统。在运行过程中，中桥水厂共设置10套超滤装置，其中一套备用，系统中每个系列单元能够单独运行，也可同时运行，一个膜装置由两个膜堆组成，每个膜堆包括114个组件，共可安装228个组件，并预留12个膜组件位置备用。 　　系统运行后，出水水质全面达到且部分优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求，浊度的平均值由改造前的0.31NTU降至0.04NTU，TOC的平均值由改造前的2,17mg/L降至1.98mg/L，藻类个数的平均值由改造前的47个/L降至0个/L，极大地提高饮用水的安全性。 　　天津杨柳青水厂 　　天津杨柳青水厂是天津自来水集团有限公司在2008年建成投产的膜处理示范工程，供水规模为5000m³/d。原水为滦河水，存在季节性藻类高发和低温低浊现象，具有明显的水质分期。 　　该水厂采用混凝-超滤短流程处理技术，超滤膜为国产内压式柱式超滤膜，并采用浸入式膜回收装置对柱式膜的反冲洗水进行回收。工艺特点是在处理过程中加入了氯氧化预处理，并在高温高藻期的膜系统中导入EFM（EnhancedFluxMaintenance），大大缓解了膜污染，延长化学清洗周期。用超滤反冲洗水回收装置对膜反冲洗进行回收处理，出水消毒后可直接进入清水池，每年可减少废水排放量22万m³。 　　该系统出水水质良好，系统4个膜组总出水浊度主要集中在0.07-0.08NTU，并始终小于0.1NTU，粒径大于2μm的颗粒数稳定在10个/mL以下。有机物含量和传统工艺出厂水相近，但总体趋势要优于常规工艺出水。在藻类的去除方面，系统的处理效果非常好，在产出水中未检出藻类。运行成本方面，该系统为0.289元/m³，而规模为11000m³/d的传统处理工艺为0.295元/m³。 　　台湾拷潭高级净水厂 　　台湾拷潭高级净水厂位于高雄县大寮乡内坑村，占地面积约六公顷，创建于1972年。拷潭净水厂设计出水量22.5万m³/d，最大出水量27.0万m³/d。拷潭净水厂与相邻的翁公园净水厂合计最大出水量31.32万m³/d。改造前该水厂存在的主要问题为：原水受到工业废水污染，水质急速恶化，净水厂无法有效保障水质安全，存在的主要水质问题是浑浊度、嗅味、色度、口感差等。 　　为改善高雄地区的民生用水问题，台湾省自来水公司决定在拷潭净水厂进行增设深度处理工艺的改造工程。改造工程采用UF／LPRO(超滤膜和低压反渗透膜)整合系统双膜法处理技术。 　　在原有快滤池和清水池之间增设PVC超滤及RO工艺。超滤系统采用3700支海南立升净水科技实业有限公司生产的LH3-1060-V型PVC合金超滤膜组件。通过超滤去除水中悬浮固体(SS)、胶体物质、藻类、孢子、细菌、病毒等杂质。部分超滤出水经过低压反渗透去除大部分离子如硬度、农药等溶解性物质。然后，根据水质情况将超滤和反渗透出水勾兑成符合标准的出厂水。处理过程大幅减少了化学药剂用量同时减少了污泥产量，有效提高了出水水质，生产过程高度自动化，与传统臭氧-活性碳处理工艺相比，节地节能。超滤系统的建设与运行成本己接近或低于传统处理工艺。运行五年多以来，超滤系统非常稳定，并一直保持高通量的运行状态，运行压力仅为0.05~0.08MPa。化学清洗周期平均为4个月，每次化学清洗后都能恢复到原有水平。 　　2.2工程技术比较 　　在以上三家水厂的膜处理工艺中，无锡中桥水厂采用在常规处理后设置膜过滤工艺，即在原有的60万m³/d常规给水处理系统基础上，新增15万m³/d规模西门子外压式超滤系统。该系统的主要特点是不设反洗水泵，在反洗时采用压缩空气反向压出膜腔内滤液同时膜丝外表面用空气擦洗，使系统回收率达到97%以上。膜组件采用上下两端进水、两端出水设计，大大改善过滤和反洗过程的配水均匀性。膜装置布置紧凑合理、扩展性好。同时该系统采用模块化设计，大大缩短工程建设周期。 　　天津杨柳青水厂为新建水厂，所采用的“混凝-超滤”短流程处理技术相对于常规处理工艺及中桥水厂的“粉末活性炭/超滤膜”处理工艺在构筑物方面省略了平流沉淀池、普通快滤池及生物活性炭池，在絮凝池后直接设置膜处理装置，降低施工成本，简单的工艺流程大大提高了总产水能力。但该工艺所需的附加处理设备较多，与常规处理工艺及“粉末活性炭/超滤膜”处理工艺相比相对繁琐，增加了化学废液处理、反洗水处理等两道主要工序。 　　台湾拷潭水厂与中桥水厂的改造思路类似，即在传统“混凝一沉淀一过滤一消毒”净水工艺的基础上增加超滤处理技术。但拷潭水厂采用“UF／LPRO”双膜法处理技术。该技术和中桥水厂的“粉末活性炭/超滤膜”处理工艺相比，节地节能。超滤系统的建设与运行成本己接近或低于传统处理工艺。同杨柳青水厂的“混凝-超滤”短流程处理技术相比无需增设附加处理设备。 　　因此，对于既有水厂改造工程，适于采用“粉末活性炭/超滤膜”处理工艺及“UF／LPRO”双膜法处理技术。新建水厂则适合采用“混凝-超滤”短流程处理技术。在具体处理工艺选择方面，需根据原水水质确定合适的工艺流程，而膜的选择应该通过不同产品现场中试实测数据，经综合比较后确定。　　1、工业废水处理 　　在日本等国的某些造纸厂工业废液已采用超滤技术处理。在采矿及冶金工业中处理酸性矿物排出液，其渗透液可循环使用，浓缩液中可回收有用物质，超滤在这一领域的应用正日益受到重视。 　　2、城市污水处理 　　超滤技术已用于城市及家庭污水处理。在新建的500 户以上大的住宅楼有可能实现小规模的水循环，即用超滤处理过的生活污水冲洗厕所等，可减少家庭用水的40%。电子工业集成电路生产和医药工业用水过程已广泛应用超滤技术，其主要采用中空纤维组件，膜渗透梳率大，能耗低。 　　3、食品和医药工业 　　乳清超滤回收其中的蛋白质，是乳品工业中应用最大的一个领域，每年以20%的速率增长，其中大的超滤组件膜面积达1800平方米。牛奶经超滤可增加奶酪得率，该工艺正逐步取代传统工艺，将有很大经济效益。国外广泛采用超滤技术澄清果汁，我国尚未普及。 　　超滤用于屠宰动物血液成分回收将具有很大的市场，技术上也是可行。另外，超滤已用于植物蛋白回收，将推广至海藻等浮游生物蛋白的回收。在医药和葡萄糖生产厂家用于从发酵液中分离和浓缩具有生物活性的组分，超滤具有能保持其生物活性及回收率高的优点，在这一领域的应用将随基因工程技术产业的增长而增长。超滤技术已广泛用于浓缩葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶、凝乳酶、果胶酶激素的提取，还用于浓缩以基因工程菌生产的新物质，如干扰素、生长激素、人血液中胰岛素提取血清白蛋白。　　1超滤技术的相关概述 　　超滤技术是我国城市污水处理中比较常见的膜分离技术，借助超滤技术，可以实现对各种物质的选择性分离。即利用超滤膜的分离作用，将污水中的大分子物质阻挡在超滤膜的表面，小分子物质透过超滤膜，最终能够将污水分离为溶液、气液等［1］。同时，为了最大程度提升分离材料的使用寿命，人们对过滤材料进行了相对应的处理，如提高孔隙率、扩大过滤面积等。超滤技术在城市污水处理中具有比较显著的作用，这也是污水处理中的关键技术，工作中必须要结合具体的实际，注重其对污水处理的效果，提高超滤技术的科学性、有序性、稳定性。 　　2城市污水处理中对超滤技术的实际运用 　　2.1在污水初步净化中的应用。城市污水中包含多种元素，这些元素多具有有害性，会对生态环境产生比较严重的影响，这就需要利用超滤技术对污水进行初步净化。现代城市污水中含有的物质有盐酸、柠檬酸、次氯酸等，总体来讲，污水是酸性比较大，超滤技术应用后，经过初步净化，后续便可以与传统层面的原水处理技术相匹配，以达到对城市污水进行初步中和与净化的目的，提升城市污水处理的实质性效果。2.2在水体综合净化中的应用。城市污水在经过第一阶段的中和作用后，超滤技术会对污水进行进一步的水体综合净化。在这一处理阶段，依然是超滤技术的工作原理。超滤装置的上膜和下膜并不是处于对称状态的，这就要求人们将城市污水注入到超滤装置的处理空间中，在这一基础上，污水中的各种物质就能够进行相应的过滤处理，最终达到通过超滤技术对城市污水的初步过滤。同时，污水处理效果比较容易受到温度因素的影响，温度会对污水的黏着度产生直接影响，一般是成正比例的，这就要求不能在污水高温状态下直接进行超滤操作，必须要控制好超滤技术的应用温度。总之，超滤技术在水体综合净化中具有比较良好的应用效果。2.3在污水超滤检验中的应用。超滤技术在城市污水处理过程中，已经将其实际效益充分发挥出来，其可以将污水处理能力、污水检验能力集于一身，这是其优越性的重要表现。污水超滤检验主要污水电解检验，这也是其主要的技术支撑。首先，超滤技术中电解技术和膜处理技术的相互配合，可以实现污水中各种分子的分离，最大程度地实现城市污水过滤效果。其次，电解系统中也可以对超滤技术进行相关设计。在城市污水净化后，若工业污水中含有的污染分子质量超出了工业污染处理的最低标准，超滤技术将再次进行城市污水的处理，进一步保证对城市污水的处理效果。2.4在油质污水处理中的应用。城市污水中存在很多的油性物质，这不仅来源于生活用油，生产用油也是比较严重的污染源。按照某种意义的划分，城市中的油质污水可以划分为三种表现形式，第一种是油质存于污水水面；第二种是水中包含混合散油，第三种是污水的油质种类为乳化剂。对于油质存于污水水面以及包含混合散油这两种形式，处理中只需要借助简单的物理反应就完全可以实现水与油的分离。针对污水的油质种类为乳化剂这种形式，处理中需要将超滤技术引入其处理过程中，超滤膜技术可以将油性分子阻拦在膜的一侧，同时分析并处理水中的氧化物质，进而切实地处理含乳化剂的油性物质，最终能够最大程度地保证油质污水处理的高效性。 　　3超滤技术在城市污水处理过程中的应用重点 　　3.1超滤膜与膜装置的选择。在城市污水的处理过程中，要想将超滤技术的效用发挥到最大，就需要选择优质的超滤膜和膜装置，这是非常关键的工作环节。但是，在实际的市场中，具有多种型号、多种类型的超滤膜和膜装置，具体选用哪一种需要进行详细比对。传统的污水处理过程中经常采用如中空纤维内压式、外压式装置，但这种过滤装置具有很多的缺陷，尤其是工作负荷非常小，无法对其进行大范围推广［1］。而平板膜与装置能够克服其缺陷，实验中技术人员切割过多种不同分子量的过滤膜，如聚砜过滤膜、含氟过滤膜等。经过后期的利益均衡，大部分的企业和部门选用了平板超滤膜及装置。基于此，在城市污水处理过程中，在对超滤膜选择时，应尽可能选用平板膜，这种过滤膜的运行节能效果比较好，从而有效提升了城市管理部门的经济效益和社会效益。3.2选择有序的生产流程。目前，我国的工业化生产呈现很多新的特点，如大批量、规模化、有序化等。在超滤膜的生产过程中，一般会采用连续式、连续与间歇相结合的生产模式，这样就可以将超滤膜的生产效益最大化。如，可以首先将90%的生产物料通过连续式UF38低流道超滤组件，然后将剩余的10%较浓的料液通过UF38高流道装置，最后通过一个封闭的生产环节，“预浓—渗析—末浓”，历经这三次的生产工序后，就可以保证超滤膜生产的时效性。由于现在大部分的部门和企业不会自己生产超滤膜，所以，本文在此不对超滤膜的生产流程展开探究。3.3超滤膜的清洗操作。在实际的工作过程中，污水中含有一定的腐蚀物质，这就会对超滤膜产生负面影响。所以，需要加强对超滤膜的清洗操作，最大程度延长超滤膜的使用寿命。为了进一步提高超滤技术的应用效果，需要将信息化控制系统引入污水处理中，促进污水处理指标精准化，对洗涤剂、调节pH、加热温度和冲洗时间等指标进行控制。尤其是对超滤膜的清洗操作而言，需要借助优质的洗涤剂，这样就完全可以在低浓度的基础上实现对超滤膜的全方位清洗，减少各种有害物质的附着。如果有发酵液严重染菌情况出现，就需要适当增加超滤膜洗涤的程序，有效解决染菌的状况。最后，借助定期、全面的清洗操作，可以有效提高超滤膜的使用效果和延长使用寿命，从而能够做到最大程度地降低污水处理成本。 　　4超滤技术在城市污水处理中的推广价值 　　超滤技术在实际生产生活中的应用越来越广泛，这也就决定了超滤技术的推广是非常具有时代意义的。首先，超滤装置的开发是具备广泛特征的，其不仅能够满足城市污水处理，在工业污水处理中也有重要作用。借助超滤技术，可推进我国社会生产可持续发展，提高我国城市管理领域的污水处理水平，同时，超滤技术也具有其自身的优越性，这对降低城市污水处理成本具有重要意义。但是，超滤技术在其推广过程中自然会面临诸多障碍，其中价格因素是主要的制约方面。一般来讲，超滤设备的造价比较高，导致一次性的投资水平比较高，这是其主要的制约方面。伴随我国社会对环保的重视程度不断提升，国内许多城市管理部门已经引进了新型平板超滤装置，这种装置依靠相应的机械进行操作，不需要与电脑控制系统结合，会在一定程度上减少超滤装备的购置成本。 　　总之，超滤技术在城市污水处理方面具有显著作用，加之该领域的科学技术不断深入，笔者相信超滤技术在未来会有良好的发展态势。5结语在我国的城市污水处理过程中，超滤技术具有比较广泛的应用。这主要是因为超滤技术具有多方面的优势，如污水净化效率高、能源消耗量低、操作压力小等。基于超滤技术的优势，人们需要不断地开发新型技术，以更好地补充超滤技术存在的不足，对超滤技术的应用流程不断优化，最终推进城市的可持续发展。 　　参考文献： 　　［1］贺裕鹏，王学文，李世军.微絮凝-超滤技术处理城市污水厂出水研究［J］.环境工程，2013（s1）：14-15. 　　作者:胡宗泰 单位:郑州公用事业投资发展集团有限公司

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