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应用
超滤通常采用中空纤维膜，原水在中空纤维装置的外侧或内腔加压流动，姗J构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩液而排除，不致堵塞膜表面。在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，使膜的透水量下降。合理地选择运行条件和清洗工艺，可完全控制超滤的浓差极化问题。超滤设备的出力与操作温度有关，水的黏度随温度变化而变化，温度每升高1℃，透水量增加2. 15%。
一般产品的膜通量按照25℃设计，与实际使用温度不一致时，应除以温度校正系数。修正得到近似值，即
G=(1+0. 021 5)△t
△t=25-t
二、产品规格
(一)中空纤维超滤装置
(1)装置规格按照纯水通量分:1、 2、 5、 10、20、40、 60、80、100rm³/h。
(2)装置尺寸为:长mm x宽mm x高mm。
(3)膜材料代号见表4-15。
(4)装置编号规格。
(二)超滤水装置出力核算
(1)平均回收率大于90%。
(2)化学清洗周期大于30天。
(3)超滤水进出水水质:SDI＜ 3、浊度小于0. 4NTU、悬浮物SS小于1mg/L。
(4)半均水回收率。
(三)超滤膜的工艺流程
超滤膜通常采用一级一段的工艺流程，具体有三种操作方式，见图4-7。
图4-7 (a)中，经过超滤膜处理后的浓水全部回到原水箱或再经过预处理系统处理后进人超滤系统。图4-7 (b)中，经过超滤膜处理后的浓水连续全部排放，是目前常用工艺。图4-7( c)中，经过超滤膜处理后的浓水部分排放，部分循环也是目前常用工艺。
(四)超滤系统设计
1.设计步骤
(1)原水水质，包括水源类型、浊度、SS, COD, pH,温度等。
(2)选择预处理系统。
(3)选择超滤操作方式。
(4)确定平均水通量和系统回收率。
(5)确定系统实际产水量、膜面积、膜组件数量、进水泵与循环泵选择。
(6)辅助系统设计，包括反冲洗系统、正洗系统、化学清洗系统、化学加强反洗系统。
2.超滤膜组件设计参考数据(见表4-18)
3.设计基本条件(适用于一般常规水质条件)
(1)进水水质要求。
1)水中不溶解固体含量小于5wt%。
2)颗粒粒度小于100µm。
3)浊度不大于0. 1 NTU。
4)细菌去除率大于99. 999%。
(2)产水质量指标。
1) SDI<2(对于一般水质)。
2) SDI≤3(对于污水水质条件)。
(3)超滤膜设计参数范围。
1)设计透水量:60~120L/ (㎡·h)。
2)设计膜通量或跨膜压差(TMP):一般为10~70kPa,最大小于0. 2MPa。
3)设计工作压力:小于0.35MPa。
4)反洗流量:2~4倍产水量。
5)反洗频率:每隔20~60min一次。
6)反洗时间:30~80s/次。
7)化学清洗频率:每隔2~6月一次。
8)化学清洗药剂pH值范围:2~12.
4.设计实例
(1)设计条件。
1)项目用途:反渗透预处理。
2)超滤产水量:60m³/h(250℃)。
3)原水类型:地下水。
4)原水水质:浊度小于5NTU； SS< 5mg/L； pH = 8. 3；Fe 2+== 0. 05mg/L。
(2)预处理的选择。根据原水水质对照表4-18超滤进水水质要求确定以下内容。
1)采用l00µm保安过滤器。
2)采用全量过滤操作方式。
(3)选择膜组件(见表4-19)。
(4)产水量计算。
1)反洗频率:每隔30min一次(ti)。
2)反洗时间:40S（t2）。
3)正洗时间:l0s (t3，反洗前后各一次)。
4)每次反洗正冲时间:120s (t4) 。
每天反洗次数
N==(3600 X 24)/(t, X 60+t4)
==(3600 X 24)/(30X60+120)=45次
每天反洗时间
T反洗正冲=t4×n=120×45次=5400s
每天实际产水时间T
T=24×3600-t反洗正冲=24×3600-5400=81000s=1350min
5)超滤设备每天实际产水时间T=1350min。
6)要求连续供应产水量Qo:60m³/h。
需要超滤设备产水量Q1
Q=Qo X 24×60/T=60 X 24×60/1350=64m³/h
7)超滤设备反洗用超滤水反洗水量Qf:反洗流量(q)为2~4倍产水量(Ql)。
8)超滤设备正洗用原水Qz:正洗水量与产水水量相同。
9)每天反洗、正洗水量QzF:
QzF=3Qont2/(3600 X 24)
=3X60X45X40/0600X24)=3.75m³/h
10)需要超滤设备产水量Q。
Q=Ql+Qz=64+3.75=67. 75m³ /h
(5)需要超滤膜面积S与组件数量N。
I)S==Q/q=67. 75 X 1000/85=67 750/85=797㎡。
2)需要超滤膜组件数量N(每支组件面积F=55㎡ )
N=S/F== 797/55=14.5≈15支(每支)
(6)反洗系统。
反洗水泵选择如下:
反洗流量嗽=2~4倍产水量(取3)。
反洗水泵出力Q反=3Qo=3×60=180m³/h。
反洗水泵扬程取25m (0.25MPa)。
反洗水箱容积V=3~5m³。
每次反洗时间30~60s。
(7)正洗系统。
根据方案采用反洗前后各一次每次正洗t3=15s，正洗水用原水；正洗水量为70m³/h；正洗水与原水水泵共用(出力75m³/h，扬程不大于0. 35MPa)。
(五)超滤系统实例
1.原水水质(见表4-20)
2.超滤预处理
超滤预处理步骤为:混凝→澄清→过滤及加氯杀菌处理后→超滤((UF)→反渗透(RO)系统。
原水中含有铁锈、菌藻残留物、固体颗粒及破碎矾花等杂质，为防止这些物质对超滤的机械污堵，超滤预处理包括粗滤和精滤两部分。粗滤采用四套逆流高效纤维过滤器，直径3000mm，单套产水210t/h;精滤采用两套20µm缠绕式滤芯过滤器，单套产水160t/h及加氯杀菌处理。
3.逆流高效纤维过滤器的运行管理
压差超过0. 2MPa或浊度超过2NTU时，过滤器退出运行进行气水洗。另外，过滤器在运行过程中不得停运，以防滤层紊乱及搅动影响产水质量。过滤器的日常清洗通过上进水下进气的方式对流冲洗，保持进气强度在60L/(s·m³）左右，使纤维束充分搅动，达到截留物彻底脱落的目的。同时在运行之初，缓慢升压，废水外排，直到产水合格后并人系统。高效过滤器长期运行后，由于菌藻类滋生繁殖、胶体与纤维束的静电吸引、有机物的污染等因素，造成运行周期短，截污能力下降，水气洗关后压降不明显，需要进行化学清洗。清洗采用3 % NaOH、 0. 5 5 % NaCLO混合液，加热到30℃，浸泡滤料24h后进行气水合洗，至pH≤8时结束，清洗后产水还原率可达98%以上，截污容量大于1 0kg/m³。
