膜法污水处理

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超滤技术全面解析

一、超滤原理

超滤是一种以压力为推动力的膜分离过程,利用压力活性膜,在外界压力作用下,截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜。其机理是膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应,以筛滤为主。超滤膜的孔径在 20 - 1000A°(0.001 - 0.02 微米 )之间,能截留分子量为 3x10000 - 500 的溶质,大于膜孔的微粒、大分子等因筛分作用被截留,从而净化水,例如可除去水中大部分胶体硅和大量有机物。

二、超滤技术特点

  1. 温和分离:超滤过程在常温下进行,条件温和,不会破坏成分,特别适合对热敏感的物质,如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。

  1. 节能环保:不发生相变化,无需加热,能耗低,也无需添加化学试剂,无污染。

  1. 高效分离:分离效率高,对稀溶液中的微量成分回收和低浓度溶液浓缩非常有效。

  1. 操作简便:仅采用压力作为膜分离动力,分离装置简单、流程短,操作简便,易于控制和维护。

  1. 存在局限:不能直接得到干粉制剂,对于蛋白质溶液,一般只能得到 10 - 50%的浓度。

三、超滤膜与超滤装置

(一)超滤膜种类

常用的超滤膜有醋酸纤维素膜、聚砜膜、聚酰胺膜 ,一般为高分子分离膜,用作超滤膜的高分子材料主要还有纤维素衍生物、聚丙烯腈、聚碳酸酯等。超滤膜的结构分为对称和非对称,工业使用的一般为非对称膜,具有较致密的表层和以指状结构为主的底层,表层厚度为 0.1 微米或更小,底层厚度为 200 - 250 微米 。

(二)超滤装置类型

  1. 无搅拌式超滤:装置简单,在密闭容器中施加压力使小分子和溶剂分子挤出膜外。但无搅拌装置,浓度极化严重,只适合浓度较稀的小量超滤。

  1. 搅拌式超滤:将超滤装置置于电磁搅拌器上,超滤容器内放磁棒。超滤时施加压力并开动磁力搅拌器,可分散堆积在膜表面的大分子,不易产生浓度极化现象,提高超滤速度。

  1. 中空纤维超滤:在空心柱内装有许多中空纤维毛细管,两端相通,管内径一般约 0.2mm,每根纤维毛细管有效面积可达 1 平方厘米 ,极大增大渗透表面积,提高超滤速度。纳米膜表超滤膜也属于中空超滤膜。

  1. 板框式超滤装置:优点是装置牢固,适用于广泛压力范围;流道间隙可调,原水流道不易堵塞;可拆,清洗方便;可通过增减膜及支撑板数量处理不同水量。缺点是装置笨重,单位体积内有效膜面积小,膜强度要求高,一般需做在无纺布上增强机械性能。

  1. 管式超滤装置:优点是原液流道截留面积大,不易堵塞,膜面清洗容易,可化学清洗或擦洗。缺点是单位体积内膜充填密度低,占地面积大,膜管弯头及连接件多,设备安装费时。

  1. 卷式超滤装置:单位体积内有效膜面积较大,水在膜表面流动状态好,结构紧凑,占地面积小。但进水预处理要求严格,对膜强度要求高,膜破损后需更换新膜元件。

  1. 中空纤维式超滤装置:单位体积内有效膜面积最大,工作效率最高,占地面积小,中空纤维无须支撑物。不过膜清洗较困难,只能水力或化学清洗,不能机械清洗,膜损坏后需更换整个组件。

四、超滤工艺参数

主要参数包括膜通量、膜清洗和膜寿命。在操作压力 0.11 - 0.6Mpa,温度小于 60℃时,超滤膜的膜通量以 1 - 500L/m²h 为宜。影响膜通量的因素有进水流速、操作压力、温度、进水浓度和原水预处理等。膜必须定期清洗以延长使用寿命,正常使用的膜寿命为 12 - 18 个月。

五、超滤在废水处理中的应用

已应用于汽车制造行业喷漆废水、金属加工废水以及食品工业废水的处理及有用物质回收。与传统预处理工艺相比,超滤系统简单、操作方便、占地小、投资省,水质极优,可满足各类反渗透装置进水要求。合理选择运行条件和清洗工艺,能控制浓差极化问题。超滤对水中各类胶体去除特性良好,可考虑用于凝结水精处理及离子交换除盐系统的预处理。

六、超滤在净水器行业的应用

家用超滤净水器是市场主流净水器产品,核心部件是超滤膜,其孔径规格一致,额定孔径范围为 0.001 - 0.02 微米 ,以压力差为推动动力。超滤膜大多由醋酯纤维或类似高分子材料制得,最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,以及胶状悬浮液的分离。以压力差为推动力的膜过滤分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类,区分依据是膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小 ,其中超滤膜额定孔径范围为 0.001 - 0.02μm 。


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