1 引言

　　超濾可以簡單地理解為與膜孔徑大小有關(guān)的物理篩分過程，它以膜兩側(cè)的壓力差為推動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，允許水、無機(jī)物、無機(jī)鹽及小分子物質(zhì)透過膜而阻止水中的懸浮物、膠體、蛋白質(zhì)和微生物等大分子物質(zhì)通過，以達(dá)到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。超濾膜孔徑遠(yuǎn)大于反滲透膜孔徑（為0.001 － 0.1 微米），截留分子量為103 － 106。超濾從70 年代進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用后迅速崛起,近30 年來,我國已經(jīng)研究開發(fā)的品種有醋酸纖維素(CA) 、聚砜( PSF) 、聚砜酰胺( PSA) 、磺化聚砜(SPSF) 、聚丙烯腈(PAN) 、聚氯乙烯( PVC) 、聚偏氟乙烯(PVDF) 、聚醚砜( PES) 和聚醚酮( PEK) 等一系列材料制成的超濾膜,以及以陶瓷、多孔玻璃、氧化鋁等為膜材料的無機(jī)超濾膜。多種高分子材料的超濾膜,目前應(yīng)用最廣的是醋酸纖維素膜(CA 膜) 和聚砜膜(PS 膜) 。但總的說來,還是存在膜品種少、膜孔徑分布較寬和性能不穩(wěn)定等缺陷 。為了提高超濾膜的抗污染性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,一方面開發(fā)了耐熱、耐溶劑的高分子膜,如日本的PES 超濾膜DOS - 40 有優(yōu)異的耐熱性；另一方面無機(jī)膜的開發(fā)應(yīng)用得到迅速發(fā)展,如日本開發(fā)成功的孔徑為5～50nm 的陶瓷超濾膜。目前已工業(yè)應(yīng)用的膜組件只有中空纖維、卷式、板框式、圓盒式、管式和毛細(xì)管式。

　　2 超濾膜分離特點(diǎn)及應(yīng)用

　　超濾應(yīng)用規(guī)模較大,多采用錯流操作或死端過濾。超濾膜分離具有以下幾個特點(diǎn):

　　(1) 分離過程無相變，節(jié)能顯著；

　　(2) 分離在常溫下進(jìn)行，適宜熱敏物質(zhì)的分離和濃縮

　　(3) 推動力為壓力，分離裝置簡單，操作方便易控；

　　(4) 適應(yīng)范圍廣。

　　目前，它已廣泛用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、超純水制備及生物技術(shù)工業(yè)。其中最重要的是食品工業(yè)，乳清處理是最大市場；在工業(yè)廢水處理方面應(yīng)用得最普遍的是電泳涂漆過程；在超純水中超濾是重要過程；在城市污水處理及其他工業(yè)廢水處理及生物技術(shù)領(lǐng)域都是超濾未來發(fā)展的方向。作為新工藝，現(xiàn)在超濾也被用于海水反滲透淡化廠的預(yù)處理。無論進(jìn)水的海水質(zhì)量如何變化，超濾均可以提供高質(zhì)量，低SDI 的產(chǎn)水，并且具有站地面積小而且化學(xué)藥耗低的優(yōu)點(diǎn)。超濾的這些特點(diǎn)使得它在某些方面作為海水淡化預(yù)處理的極好的選擇。為驗(yàn)證超濾運(yùn)行狀況及其產(chǎn)水是否滿足海水淡化反滲透（SWRO）的進(jìn)水要求，對我國由南至北三處海水進(jìn)行了超濾試驗(yàn)，這三處分別是溫州樂清灣、青島膠州灣、唐山京唐港。試驗(yàn)主要的指標(biāo)有：膜通量、跨膜壓差、率產(chǎn)水SDI15、產(chǎn)水濁度。進(jìn)行試驗(yàn)的膜組件主要是OMEXELL膜組件，青島膠州灣試驗(yàn)中對OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四種膜組件進(jìn)行了對比性試驗(yàn)。其中 OMEXELL為外壓式，其他三種為內(nèi)壓式。通過中試試驗(yàn)確認(rèn)各品牌超濾作為SWRO 系統(tǒng)預(yù)處理的實(shí)際運(yùn)行效能與標(biāo)稱性能的差異，并從適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及可操作性等方面進(jìn)行綜合考核。

　　3 試驗(yàn)條件及方法

　　3.1 試驗(yàn)流程

　　海水→原水箱→原水泵→超濾裝置→超濾產(chǎn)水箱→外排

　　3.2 試驗(yàn)裝置及規(guī)模

　　超濾中試試驗(yàn)裝置一套，進(jìn)水量：9.0-20.0 m3/h （25℃）其中含下列四種膜，并聯(lián)同時(shí)試驗(yàn)。

OMEXELLTM-SFP2660 超濾膜一支（外壓式、膜材質(zhì)PVDF、有效膜面積33m2）

KOCH V8072-35-PMC超濾膜一支，（內(nèi)壓式、膜材質(zhì)PS、膜面積50.6m2）

Norit S-225FSFCPVC 超濾膜一支，（內(nèi)壓式、膜材質(zhì)PES、膜面積40m2）

Inge Dizzer 5000 超濾膜一支，（內(nèi)壓式、膜材質(zhì)PES、膜面積45m2）

以及相關(guān)的SDI 測試儀、濁度儀、溫度計(jì)、余氯測試盒，在線pH 計(jì)、壓力表、浮子流量計(jì)，各種玻璃儀器等。

　　3.3試驗(yàn)主要內(nèi)容

　?。?）中試進(jìn)行前后，各超濾組件性能測試；

　　（2）在相同的進(jìn)水條件和工藝參數(shù)下運(yùn)行，進(jìn)行初步性能評價(jià)；

　?。?）穩(wěn)定運(yùn)行各超濾組件，進(jìn)行性能綜合評價(jià)；

　?。?）在惡劣水質(zhì)條件下，進(jìn)行高負(fù)荷運(yùn)行效果評價(jià)；

　?。?）各超濾組件清洗方式和清洗效果評價(jià)。

　　3.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

　　樂清灣海水淡化預(yù)處理超濾試驗(yàn),采用OMEXELL 膜組件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下（見圖1、圖2、圖3）：

　　3.5 膠州灣海水淡化預(yù)處理超濾試驗(yàn)

　　采用OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四種膜組件同時(shí)進(jìn)行并聯(lián)試驗(yàn)，共分三階段進(jìn)行：第一階段試驗(yàn)，摸索確定各支膜的合適的參數(shù)，為下階段試驗(yàn)確定條件；第二階段試驗(yàn)，進(jìn)行組件完整性測試，以考察超濾膜是否存在斷絲、泄漏等。在相同進(jìn)水水質(zhì)下，按照第一階段試驗(yàn)所選擇的最佳工藝參數(shù)運(yùn)行，考察不同廠家的超濾組件作為SWRO 系統(tǒng)預(yù)處理的實(shí)際運(yùn)行效能；第三階段試驗(yàn)，在相同進(jìn)水水質(zhì)下，各膜在較高通量（100L/m2.hr）且均不添加化學(xué)藥劑條件下運(yùn)行，考察不同廠家超濾膜的抗污染性及膜的實(shí)際性能，并從適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及可操作性等方面進(jìn)行綜合評價(jià)。具體試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)缦拢ㄒ妶D４、圖５、圖６）

　　3.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

　　從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，海水直接進(jìn)超濾，在合適的運(yùn)行參數(shù)下超濾在化學(xué)清洗周期內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定，跨膜壓差上升趨勢緩慢，且其產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，能滿足SWRO的進(jìn)水水質(zhì)要求。此外各家膜組件由于材料和工藝的不同，試驗(yàn)中表現(xiàn)的性能略有差異（但均能滿足SWRO 要求）。

　　4 結(jié)論

　　本文通過試驗(yàn)研究、歸納分析得出以下結(jié)論：

　?。?）隨著膜技術(shù)的日趨成熟和完善、成本的降低, 膜法海水淡化技術(shù)將逐步被國人所接受, 應(yīng)用海水淡化反滲透（SWRO）技術(shù)必然成為沿海城市和地區(qū)解決淡水資源短缺的有效方案。

　　（2）大量的試驗(yàn)表明，超濾（UF）用在海水淡化預(yù)處理（SWRO）是可行的，處理后水質(zhì)穩(wěn)定且出水能完全滿足SWRO的進(jìn)水水質(zhì)要求。如：上述試驗(yàn)中，所選擇的多種超濾膜出水SDI15 值一般均在3.5 以下，且穩(wěn)定可靠，好于常規(guī)多介質(zhì)過濾器工藝的出水水質(zhì)。

　?。?）隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，新的膜材料的開發(fā)，能耗的降低及工藝過程的不斷完善，其所具有的高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢日益顯露，必將得到更大的推廣和應(yīng)用。