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)動下，只有低分子量溶質(zhì)和水能夠通過超濾膜，從而達到凈化、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物臟器薄膜，最初的超濾一直作為一項實驗工作而沒有得到發(fā)展，直到20世紀70年代，超濾技術(shù)才進入工業(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，其應(yīng)用范圍也從研究領(lǐng)域迅速延伸至實際應(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)濟社會的發(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污染物越來越多。而傳統(tǒng)的飲用水處理方法僅對一般的有機污染物起作用，對“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，強調(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生活污水處理廠出水，研究發(fā)現(xiàn)超濾反滲透對處理后出水的總磷、總氮、總?cè)芙夤腆w、化學需氧量、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)標準》（GB/T18921―2002），可用于景觀用水；除氮指標外，絕大部分指標滿足飲用水水源標準。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)推薦指標及分析方法》（SY/T5329―94）中A1類標準的要求。

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，在進行氨、尿素、硝酸、硝銨的生產(chǎn)過程中，油霧將會導(dǎo)致設(shè)備的熱率降低，阻力加大，對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具有高效、節(jié)能的新技術(shù)，其被應(yīng)用于化學工藝，主要是為了實現(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，運用新材料、新技術(shù)實現(xiàn)分離的目的，效率高達99%以上。

超濾技術(shù)首先要選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)，確認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電中心上的電量乘以兩個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，針對需要進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，選用先進的材料，使纖維更細，精度更高，如果孔隙率增加一倍，則容塵兩也會增加一倍，將會增加過濾材料的連續(xù)使用壽命2倍左右。

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

四、工藝流程設(shè)計說明

該項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)計如下：

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

1.反滲透預(yù)處理工藝設(shè)計

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)定運行和膜元件的使用壽命，必須對進水進行有效的預(yù)處理。因此，前處理系統(tǒng)增加了機械過濾器、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：

達標排放緩沖水池，V=5m3，1座；原水集水水池，V=200m3，1座；一級提升泵2臺；二級提升泵2臺；過濾器反洗泵1臺；加藥裝置，Q=0-100L/h，5套；機械過濾器Q=100t/h，5臺；活性炭過濾器Q=100t/h，5臺；100um袋式過濾器Q=100t/h 5臺；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；超濾緩沖水箱，V=100m3，1座；三級提升泵2臺；5um精密過濾器，Q=100t/h，3臺。

2.反滲透系統(tǒng)工藝設(shè)計

反滲透系統(tǒng)包括：反滲透主機設(shè)備和反滲透化學清洗系統(tǒng)。

反滲透主機裝置：反滲透主機設(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。

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

反滲透主機安裝方式：本項目中反滲透主機采用的是一級一段兩組安裝方式，兩組膜殼組件為鏡向排列。

五、結(jié)語

綜上所述，我們認識到超濾技術(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，促進了整個行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，推動了經(jīng)濟的進步。

參考文獻：

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

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

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