梁嘉文

摘 要：超滤（ultrafiltration，UF）技术是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离技术，平均孔径为3～100nm，具有净化、分离、浓缩溶液等功能。其截留机理主要包括膜的筛分作用和静电作用，过滤介质为超滤膜，在两侧压力差的驱动下，只有低分子量溶质和水能够通过超滤膜，从而达到净化、分离、浓缩的目的[1]。超滤膜技术应用范围广泛，最早使用的超滤膜是天然的动物脏器薄膜，最初的超滤一直作为一项实验工作而没有得到发展，直到20世纪70年代，超滤技术才进入工业应用的快速发展阶段。目前，超滤膜材料已从醋酸纤维素（CA）扩大到聚苯乙烯（PS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）和尼龙（PA）等，截留分子量从103发展至106[2]。由于超滤具有设备简单、占地面积小、相态不变、操作压力低、材料要求低、设备简单等特点，其应用范围也从研究领域迅速延伸至实际应用领域，如电子、医药、电泳漆、饮料、食品化工、医疗和废水处理及回收利用等。

关键词：超滤+反渗透；纺织印染；废水回用应用

一、水处理

1.饮用水处理

随着经济社会的发展，水环境污染加剧，水源水质恶化，水中的污染物尤其是有机污染物越来越多。而传统的饮用水处理方法仅对一般的有机污染物起作用，对“两虫”、藻类的去除效果不佳，且消毒容易产生副产物。

新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性，目前已广泛应用于美国、日本等发达国家的城市水厂。

超滤膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体，但无法去除溶解性小分子物质，阻碍超滤技术在饮用水处理中的应用。目前，国内外诸多学者研究发现，粉末活性炭（PAC）+超滤联用系统可将溶解的小分子污染物质转变为颗粒状态，从而被超滤工艺去除。

2.生活污水和工业废水处理

目前，水资源越来越缺乏，生活污水和工业废水的循环利用备受关注。采用超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水，研究发现超滤反渗透对处理后出水的总磷、总氮、总溶解固体、化学需氧量、氯离子的处理效率分别为95%、95%、99%、90%、97%以上，满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T18921―2002），可用于景观用水；除氮指标外，绝大部分指标满足饮用水水源标准。王立国等采用核桃壳过滤-超滤工艺处理油田含油污水，发现核桃壳过滤-超滤工艺可以显著降低水中油的质量浓度和悬浮物质量浓度，颗粒平均去除率达99.09%，显著提高滤膜系数，处理后的水质满足《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329―94）中A1类标准的要求。

3.其他污水处理

目前，超滤膜技术还应用于电厂循环排污水的处理、矿区冷却循环排污水的处理、纸浆和造纸漂白废水的处理[11]和钢铁企业排污水]等工业废水的处理。

二、化工工业生产现状阐述

从目前的发展形势来看，化工生产过程中最大的难题就是在气体中夹带的微小液滴和油雾分离困难，在进行氨、尿素、硝酸、硝铵的生产过程中，油雾将会导致设备的热率降低，阻力加大，对此必须采取新兴的工艺提高生产工艺质量。

三、超滤技术原理分析

超滤技术是近年来新兴的一项具有高效、节能的新技术，其被应用于化学工艺，主要是为了实现微小滴液和油雾的分离，其在传统的分离技术基础上，运用新材料、新技术实现分离的目的，效率高达99%以上。

超滤技术首先要选定设备的结构，确认分离的精度与分离的材料极性三位一体即根据不同的介质和工艺条件，确定采用过滤材料--滤芯种类及其组合。而选择介质的极性可以用偶极矩衡量，偶极矩等于分子正电中心或负电中心上的电量乘以两个中心之间的距离所得的积。偶极矩为零的分子都是非极性分子，他们的正负电中心都重合在一起。偶极矩不等于零的分子称为极性分子如H2O，NH3。

在极性分子之间存在着一定的取向、诱导和色散的作用，这三种作用都具有吸引作用，不同的介质极性不同，凝聚力也存在着区别，所以，针对需要进行分离的粒子极性不同而选择分离材料也是影响分离效果的关键，超滤技术主要选用的是高效率、低阻力的纤维过滤材料，为了增加其使用寿命，主要可以采取以下措施：

第一增大孔隙率，选用先进的材料，使纤维更细，精度更高，如果孔隙率增加一倍，则容尘两也会增加一倍，将会增加过滤材料的连续使用寿命2倍左右。

第二扩大过滤面积，采用折叠式滤芯，在阻力同等条件下。流通面积将会加大一倍，纳污量将增大三倍以上，寿命也会增大三倍。除此之外，要保留惯性分离的优势，最大限度发挥各种分离作用，达到最佳的分离效率。

四、工艺流程设计说明

该项目回用水处理工程采用超滤（UF）+反渗透（RO）主体处理工艺，工艺流程核心是反渗透处理单元，该单元的处理原理是在压力的驱动下，使废水中的水从反渗透膜中透过成为可回用的水，而不能透过的盐分及少量的有机物将保留在浓缩液中。

举例我司提供给东莞某纺织印染厂的中水回用设备工艺流程设计如下：

排放缓冲水池---一级提升泵---原水集水池---二级提升泵---机械过滤器---活性炭过滤器---100um袋式过滤器---超滤主机装置---超滤产水水箱---三级提升泵---5um精密过滤器---高压泵---反渗透主机装置---回用清水水池

1.反渗透预处理工艺设计

为减轻反渗透单元的处理压力，在反渗透处理前增加了超滤单元，超滤能截留0.002～0.1微米的颗粒和杂质，有效阻挡住胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。为了避免废水中所含的杂质污染超滤膜元件，影响系统的稳定运行和膜元件的使用寿命，必须对进水进行有效的预处理。因此，前处理系统增加了机械过滤器、活性炭过滤器、袋式过滤器等预处理单元，并适当投加了还原剂、絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂等药剂。

经过反渗透的预处理工艺设备处理后，废水中SDI（污染指数）<5。

反渗透预处理主要设备配置如下：

达标排放缓冲水池，V=5m3，1座；原水集水水池，V=200m3，1座；一级提升泵2台；二级提升泵2台；过滤器反洗泵1台；加药装置，Q=0-100L/h，5套；机械过滤器Q=100t/h，5台；活性炭过滤器Q=100t/h，5台；100um袋式过滤器Q=100t/h 5台；超滤装置产水Q=150t/h，2套；超滤膜元件28支；超滤反洗泵1台；超滤缓冲水箱，V=100m3，1座；三级提升泵2台；5um精密过滤器，Q=100t/h，3台。

2.反渗透系统工艺设计

反渗透系统包括：反渗透主机设备和反渗透化学清洗系统。

反渗透主机装置：反渗透主机设备主要由反渗透膜、高压反渗透膜容器及相应的管道、阀门配件等组成。

化学清洗装置：化学清洗装置主要由化学清洗水泵、清洗水箱、3μm精密过滤器和管道阀门组成。

反渗透主机安装方式：本项目中反渗透主机采用的是一级一段两组安装方式，两组膜壳组件为镜向排列。

五、结语

综上所述，我们认识到超滤技术在化工工艺中应用效率较高，大大改善了生产功率，提升了生产质量，降低了能耗，促进了整个行业技术的发展，推动了经济的进步。

参考文献：

[1]王保明，李大明.高效氨分離器气液分离机理与应用[J].化肥设计，2015.

[2]江春元.运用超滤技术处理涂布废水[J].中华纸业，2016.

[3]王本玉.全低变工艺改造实施中的几个问题[J].化肥设计，2017.