超滤（四）

4.2.15 什么是超滤系统组合形式的“级”与“段”？ 

超滤系统按组件组合排列形式分有一级一段、一级多段和多级等。原料溶液升压后一次通过超滤组件叫作一级一段；如果浓缩液直接进入下游组件称为一级二段，同理如果第二段的浓缩液再直接进入下游组件，则叫作一级三段，其余段数依次类推；如果透过液经升压后进入下游组件称为二级， 其透过液如果再次升压送入下游组件称为三级，其余级数依次类推。 图4.2.15表示了一级一段［（a）～（c）］和一级多段［（d）～（g）］工艺流程。其中（a）所示 为一级一段循环式，在超滤处理溶液过程中，浓缩液全部返回储液槽，与原液混合后进一步浓缩，直到达到预期的浓度为止。该工艺流程多用于批量溶液的浓缩或将大分子量物质与小分子量物质分离，如去除蛋白质溶液中的盐分等。（b）所示为一级一段连续式工艺流程，透过液与浓缩液不断地排出，原料液则连续提供，如果工作需要，超滤过程可以不中断，是目前常见工艺流程。（c）所示为一级—段部分循环连续式工艺流程，除部分浓缩液排放、部分浓缩液循环外，其余与（b）相同，也是目前常用的工艺流程之一。（b）和（c）多用于一般水质净化和超纯水制备工艺过程。（d）所示为一级多段循环式，（e）所示为一级多段部分循环连续式，（f）所示为一级多段连续式，（g）所示为一级多段连续式锥型（也称作塔型、楔形）排列。设立多段的目的是提高料液的利用率，但也同时产生了两个方面的副作用，一是加大了超滤膜组件进、出口压力损失，使得处于下游的组件达不到所需要的工作压力而影响其透水能力；二是由于串联的组件过多，下游组件不能满足所需要的料液流速，同样也影响到膜的分离效果。为了提高料液的利用率（即提高透过液的回收率），又能满足系统中每个组件所必需的料液流速，可采用图4.2.15（g）的组合排列形式。随着系统中段数的增多，排列组件的数量依次减少，各段所需设置组件数目的多少依据操作条件下各组件的透过能力计算而得。设计原则是让系统中每个组件具有大体均衡而且足够的料液流速。多级工艺类似于一系列不同孔径的筛网，可以对不同分子量物质的混合液进行分子量分级。这种工艺要求超滤膜必须具备优异的截留性能，即截留分子量敏锐度高，分辨能力强。

图4.2.15 一级一段、一级多段工艺流程示意图

4.2.16 中空纤维超滤膜组件为什么采用下进水、上产水模式？ 

立式安装超微滤膜组件多采取下进水、上产水、上出浓水的运行方式。除此之外还有下进水、下产水、上出浓水；上进水、下产水、下出浓水和上进水、上产水、下出浓水等运行方式。超滤系统运行方式需要考虑的一个问题是运行过程中如何排空组件及管道中的空气，当不能有效排除空气时，不仅组件及管道的效率将会降低，还会因空气的可压缩性质在系统启停时产生水锤现象，以致严重损伤膜组件。排空膜组件中空气的最有效方法是采用下进水运行方式，组件中的空气将随着进水从下部上推至组件顶部的浓水管及净水管中进而排出系统。而当采用上进水运行方式时，由于水的密度高于气体，将有相当部分的气体保持在组件空腔之内难于排除，或降低了组件的工作效率，或在系统运行调试过程时的净水或浓水径流中长时间夹带气泡，很难使系统进入稳定状态。多数系统采用上产水模式的原因，一是便于膜组件净水区空气排出，二是便于组件首末端产水通量均衡。 

4.2.17 如何选择超滤膜的清洗液？ 

由于超滤工艺处理对象多为大分子和胶体溶液，膜面极易被污染，超滤膜需定期清洗。超滤膜的清洗分为物理方法和化学方法两大类。膜的物理清洗法使用的是滤后水或纯水。超滤膜的化学清洗液种类较多。（1）酸洗液  配制pH=2的酸溶液（常用的酸有盐酸、磷酸、柠檬酸、草酸），把酸溶液灌入膜组件内浸泡5～10h，或者利用酸泵把溶液打循环2～4h。这样能有效地去除无机杂质。（2）碱洗液  配制pH=12的碱溶液（常用的碱有NaOH、三聚磷酸钠、磷酸三钠），把碱溶液灌入膜组件内浸泡5～10h，或利用碱泵把溶液打循环2～4h，能有效地去除有机杂质、SiO₂和油脂。（3）氧化性清洗剂  配制2%H₂O₂，或者0.5%NaClO水溶液，清洗超滤膜方法和上面一样，时间一般在4～8h，此方法既能有效地去除污垢，又能杀灭细菌。（4）表面活性剂  表面活性剂如SDS、吐温80、Triton、X-100（一种非离子型表面活性剂），能够提高清洗剂的湿润性，增加化学清洗剂和污垢之间的接触作用，使冲洗水的用量和清洗时间降到最小。阴离子表面活性剂烷基硫酸盐或烷基磺酸盐等加入酶（1%胃蛋白酶或胰蛋白酶）能有效地去除蛋白质、多糖、淀粉、油脂类污染物质。但有些阴离子型和非离子型的表面活性剂能同膜结合造成新的污染，在选用时需加以注意。（5）螯合剂  常用的有机螯合剂是EDTA（乙二胺四乙酸）、柠檬酸。螯合剂能有效去除金属阳离子，也能减少不溶性脂肪酸盐污染物的生成。 此外，化学清洗还用于防止微生物、细菌及有机物的污染。如每月需用H₂O₂清洗膜一次。设备长期停用（停用5日以上方为长期）、长期保管时在设备中需要用0.5%甲醛浸泡。先将装置停运放空，将37%的甲醛稀释至浓度为0.5%。若停用3个月以上，每月需按以上步骤清洗一次，启用时再将H₂O₂洗净。 

4.2.18 超滤中试的实验指标与实验设备有哪些？ 

超滤工艺中试，不论浸没式或分置式，膜元件均为并联结构，一支超滤膜元件的实验数据基本上与多元件系统的运行数据一致，因此超滤中试设备中一般只需一支膜元件。实验的目的包括膜的材料品种、工艺形式（错流或并流）、产水通量、清洗频率、水力冲洗频率、化学清洗频率、清洗药剂、药剂浓度、产水水质（浊度、SDI、COD、TOC）、特殊物质脱除率等，并可据此得到设备利用率及系统回收率等运行指标。为有效进行超滤中试，试验装置必须采用参数可调的自动程序控制，以及参数可调的恒压力或恒流量控制；而为进行数据有效分析，还需要在线参数的实时采集与存储，采集的数据应可从串口人工 导入或自动传入上位计算机。因此，超滤中试装置的仪表与控制均需达到相应水平。与此同时，由于试验需要人工的及时参与，中试装置上直读仪表也应具有较高的精度。 

4.2.19 超滤工艺的验证性及试验性实验有哪些？ 

中试试验包括验证性与试验性两类不同性质的实验。验证性实验是给定各类工况条件，实验验证工艺及参数是否可行。例如，给定分置或浸没结构形式、给定膜材料品种、给定产水通量、清洗频率等工艺及参数，实验该条件下系统能否稳定运行，从而验证该设计工艺及参数的可行性。试验性实验中需要考虑的是工艺、材料及参数的各个方面。首先是浸没与分置的技术比较，其次是不同膜材料的比较，最后是运行及清洗参数的比较。以运行参数比较为例，应该以常规清洗条件及最高工作压力为标准，分阶段试验膜通量及产水周期，以寻求稳定运行条件下的最高通量及周期。