梁嘉文

摘 要：超濾（ultrafiltration，UF）技術(shù)是介于微濾和納濾之間的一種膜分離技術(shù)，平均孔徑為3～100nm，具有凈化、分離、濃縮溶液等功能。其截留機(jī)理主要包括膜的篩分作用和靜電作用，過濾介質(zhì)為超濾膜，在兩側(cè)壓力差的驅(qū)動(dòng)下，只有低分子量溶質(zhì)和水能夠通過超濾膜，從而達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的[1]。超濾膜技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，最早使用的超濾膜是天然的動(dòng)物臟器薄膜，最初的超濾一直作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作而沒有得到發(fā)展，直到20世紀(jì)70年代，超濾技術(shù)才進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的快速發(fā)展階段。目前，超濾膜材料已從醋酸纖維素（CA）擴(kuò)大到聚苯乙烯（PS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）和尼龍（PA）等，截留分子量從103發(fā)展至106[2]。由于超濾具有設(shè)備簡單、占地面積小、相態(tài)不變、操作壓力低、材料要求低、設(shè)備簡單等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍也從研究領(lǐng)域迅速延伸至實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，如電子、醫(yī)藥、電泳漆、飲料、食品化工、醫(yī)療和廢水處理及回收利用等。

關(guān)鍵詞：超濾+反滲透；紡織印染；廢水回用應(yīng)用

一、水處理

1.飲用水處理

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水環(huán)境污染加劇，水源水質(zhì)惡化，水中的污染物尤其是有機(jī)污染物越來越多。而傳統(tǒng)的飲用水處理方法僅對(duì)一般的有機(jī)污染物起作用，對(duì)“兩蟲”、藻類的去除效果不佳，且消毒容易產(chǎn)生副產(chǎn)物。

新一代飲用水凈化工藝應(yīng)在提高處理效率、優(yōu)化效果的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)過程中無毒害物產(chǎn)生，能夠提高資源和能源利用率，減輕污染負(fù)荷，改善環(huán)境質(zhì)量。超濾技術(shù)能滿足新一代飲用水凈化工藝要求，去除飲用水中的“兩蟲”、病毒、細(xì)菌、藻類、水生生物，保障飲用水的安全性，目前已廣泛應(yīng)用于美國、日本等發(fā)達(dá)國家的城市水廠。

超濾膜可截留水中絕大部分懸浮物、膠體，但無法去除溶解性小分子物質(zhì)，阻礙超濾技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外諸多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭（PAC）+超濾聯(lián)用系統(tǒng)可將溶解的小分子污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀態(tài)，從而被超濾工藝去除。

2.生活污水和工業(yè)廢水處理

目前，水資源越來越缺乏，生活污水和工業(yè)廢水的循環(huán)利用備受關(guān)注。采用超濾反滲透處理城市二級(jí)生活污水處理廠出水，研究發(fā)現(xiàn)超濾反滲透對(duì)處理后出水的總磷、總氮、總?cè)芙夤腆w、化學(xué)需氧量、氯離子的處理效率分別為95%、95%、99%、90%、97%以上，滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18921―2002），可用于景觀用水；除氮指標(biāo)外，絕大部分指標(biāo)滿足飲用水水源標(biāo)準(zhǔn)。王立國等采用核桃殼過濾-超濾工藝處理油田含油污水，發(fā)現(xiàn)核桃殼過濾-超濾工藝可以顯著降低水中油的質(zhì)量濃度和懸浮物質(zhì)量濃度，顆粒平均去除率達(dá)99.09%，顯著提高濾膜系數(shù)，處理后的水質(zhì)滿足《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》（SY/T5329―94）中A1類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.其他污水處理

目前，超濾膜技術(shù)還應(yīng)用于電廠循環(huán)排污水的處理、礦區(qū)冷卻循環(huán)排污水的處理、紙漿和造紙漂白廢水的處理[11]和鋼鐵企業(yè)排污水]等工業(yè)廢水的處理。

二、化工工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀闡述

從目前的發(fā)展形勢(shì)來看，化工生產(chǎn)過程中最大的難題就是在氣體中夾帶的微小液滴和油霧分離困難，在進(jìn)行氨、尿素、硝酸、硝銨的生產(chǎn)過程中，油霧將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的熱率降低，阻力加大，對(duì)此必須采取新興的工藝提高生產(chǎn)工藝質(zhì)量。

三、超濾技術(shù)原理分析

超濾技術(shù)是近年來新興的一項(xiàng)具有高效、節(jié)能的新技術(shù)，其被應(yīng)用于化學(xué)工藝，主要是為了實(shí)現(xiàn)微小滴液和油霧的分離，其在傳統(tǒng)的分離技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用新材料、新技術(shù)實(shí)現(xiàn)分離的目的，效率高達(dá)99%以上。

超濾技術(shù)首先要選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)，確認(rèn)分離的精度與分離的材料極性三位一體即根據(jù)不同的介質(zhì)和工藝條件，確定采用過濾材料--濾芯種類及其組合。而選擇介質(zhì)的極性可以用偶極矩衡量，偶極矩等于分子正電中心或負(fù)電中心上的電量乘以兩個(gè)中心之間的距離所得的積。偶極矩為零的分子都是非極性分子，他們的正負(fù)電中心都重合在一起。偶極矩不等于零的分子稱為極性分子如H2O，NH3。

在極性分子之間存在著一定的取向、誘導(dǎo)和色散的作用，這三種作用都具有吸引作用，不同的介質(zhì)極性不同，凝聚力也存在著區(qū)別，所以，針對(duì)需要進(jìn)行分離的粒子極性不同而選擇分離材料也是影響分離效果的關(guān)鍵，超濾技術(shù)主要選用的是高效率、低阻力的纖維過濾材料，為了增加其使用壽命，主要可以采取以下措施：

第一增大孔隙率，選用先進(jìn)的材料，使纖維更細(xì)，精度更高，如果孔隙率增加一倍，則容塵兩也會(huì)增加一倍，將會(huì)增加過濾材料的連續(xù)使用壽命2倍左右。

第二擴(kuò)大過濾面積，采用折疊式濾芯，在阻力同等條件下。流通面積將會(huì)加大一倍，納污量將增大三倍以上，壽命也會(huì)增大三倍。除此之外，要保留慣性分離的優(yōu)勢(shì)，最大限度發(fā)揮各種分離作用，達(dá)到最佳的分離效率。

四、工藝流程設(shè)計(jì)說明

該項(xiàng)目回用水處理工程采用超濾（UF）+反滲透（RO）主體處理工藝，工藝流程核心是反滲透處理單元，該單元的處理原理是在壓力的驅(qū)動(dòng)下，使廢水中的水從反滲透膜中透過成為可回用的水，而不能透過的鹽分及少量的有機(jī)物將保留在濃縮液中。

舉例我司提供給東莞某紡織印染廠的中水回用設(shè)備工藝流程設(shè)計(jì)如下：

排放緩沖水池---一級(jí)提升泵---原水集水池---二級(jí)提升泵---機(jī)械過濾器---活性炭過濾器---100um袋式過濾器---超濾主機(jī)裝置---超濾產(chǎn)水水箱---三級(jí)提升泵---5um精密過濾器---高壓泵---反滲透主機(jī)裝置---回用清水水池

1.反滲透預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)

為減輕反滲透單元的處理壓力，在反滲透處理前增加了超濾單元，超濾能截留0.002～0.1微米的顆粒和雜質(zhì)，有效阻擋住膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。為了避免廢水中所含的雜質(zhì)污染超濾膜元件，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和膜元件的使用壽命，必須對(duì)進(jìn)水進(jìn)行有效的預(yù)處理。因此，前處理系統(tǒng)增加了機(jī)械過濾器、活性炭過濾器、袋式過濾器等預(yù)處理單元，并適當(dāng)投加了還原劑、絮凝劑、殺菌劑、阻垢劑等藥劑。

經(jīng)過反滲透的預(yù)處理工藝設(shè)備處理后，廢水中SDI（污染指數(shù)）<5。

反滲透預(yù)處理主要設(shè)備配置如下：

達(dá)標(biāo)排放緩沖水池，V=5m3，1座；原水集水水池，V=200m3，1座；一級(jí)提升泵2臺(tái)；二級(jí)提升泵2臺(tái)；過濾器反洗泵1臺(tái)；加藥裝置，Q=0-100L/h，5套；機(jī)械過濾器Q=100t/h，5臺(tái)；活性炭過濾器Q=100t/h，5臺(tái)；100um袋式過濾器Q=100t/h 5臺(tái)；超濾裝置產(chǎn)水Q=150t/h，2套；超濾膜元件28支；超濾反洗泵1臺(tái)；超濾緩沖水箱，V=100m3，1座；三級(jí)提升泵2臺(tái)；5um精密過濾器，Q=100t/h，3臺(tái)。

2.反滲透系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

反滲透系統(tǒng)包括：反滲透主機(jī)設(shè)備和反滲透化學(xué)清洗系統(tǒng)。

反滲透主機(jī)裝置：反滲透主機(jī)設(shè)備主要由反滲透膜、高壓反滲透膜容器及相應(yīng)的管道、閥門配件等組成。

化學(xué)清洗裝置：化學(xué)清洗裝置主要由化學(xué)清洗水泵、清洗水箱、3μm精密過濾器和管道閥門組成。

反滲透主機(jī)安裝方式：本項(xiàng)目中反滲透主機(jī)采用的是一級(jí)一段兩組安裝方式，兩組膜殼組件為鏡向排列。

五、結(jié)語

綜上所述，我們認(rèn)識(shí)到超濾技術(shù)在化工工藝中應(yīng)用效率較高，大大改善了生產(chǎn)功率，提升了生產(chǎn)質(zhì)量，降低了能耗，促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]王保明，李大明.高效氨分離器氣液分離機(jī)理與應(yīng)用[J].化肥設(shè)計(jì)，2015.

[2]江春元.運(yùn)用超濾技術(shù)處理涂布廢水[J].中華紙業(yè)，2016.

[3]王本玉.全低變工藝改造實(shí)施中的幾個(gè)問題[J].化肥設(shè)計(jì)，2017.