（大庆油田水务公司 163453）
摘要：本文主要总结了超滤膜技术的应用现状，对超滤膜技术的原理和应用进行了简单的介绍。为了使饮用水工程的超滤膜系统运行稳定、操作方便，在保障系统安全的同时应获得准确的膜通量和回收率设计参数。使管路布局更加美观、合理且系统安全耐用。
关键字：饮用水；处理工程；超滤膜；系统设计；关键技术
超滤膜技术指的是一种能将溶液净化、分离、提纯的膜分离技术，在传统工艺应用中的主要目的为除浊[1]。随着现代工业的发展，水环境的污染程度也日益加剧，常规的水处理工艺不能有效解决水质污染问题，更难以满足人们对水质的要求。为了解决水质污染的新问题，超滤膜技术应用越来越受到广泛关注。区别于传统的水处理工艺，超滤膜技术在不使用化学或紫外消毒下能有效去除水中的杂质和有害物质，并能大大降低化学药剂的使用量，减少消毒副产物的生成，提高了饮用水质的安全。超滤膜技术的应用操作方便，产水量大，因此，把握好饮用水处理工程的超滤膜关键技术的设计是至关重要的。
本文浅析一下饮用水处理工程超滤膜系统设计的关键技术，为超滤膜系统的设计提供一些参考。
一、超滤膜技术的应用现状
超滤膜技术在饮用水处理中得到应用始于二十世纪八十年代[2]，最开始是在化工行业和医药行业中使用的。随着社会的发展，人们对饮用水的要求也越来越高。特别是国家要求饮用水要达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的全部106项水质指标要求，更加促进了超滤模技术在水厂广泛应用，规模也在不断的扩大。有调查显示[3]，超滤膜技术在国外特别是欧美地区的应用尤为广泛，且以小型水厂居多，其优点主要是出水水质安全、微生物安全性高等。
在我国超滤膜技术的应用前景广阔，制膜工艺规模也逐步扩大，近几年的超滤膜技术在饮用水处理中的理论研究已趋于成熟。但是超滤膜技术规模化应用的时间短，设计的工程项目和技术经验较少，部分超滤膜系统的关键技术尚不成熟。
二、超滤膜技术的原理和应用
超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力以超滤膜为过滤介质。在一定压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。
目前，超滤膜的技术主要应用在化学生物工程、医药行业以及大家熟知的水处理工程。在化工或医药行业，超滤膜技术主要用于有效成分的分离提纯和浓缩。在生物工程内，则用于渗透液的收集，比如拦截各种高分子物质如胶体、蛋白质和各种悬浮物等[4]。在水处理行业，主要用于处理饮用水、污水再生回用处理等。超滤膜的种类分很多种，根据制膜材质的不同通常分为有机超滤膜和无机超滤膜。制膜材质不同，其滤膜的使用寿命和化学稳定性也有所差异。因此，在使用过程中，一般是根据使用者的需求来选择不同材质的超滤膜。
三、超滤膜系统设计的关键技术步骤
（一）超滤膜系统的构成与分类
目前，不管是在国内还是国外超滤膜的研发技术和生产技术都各有不同，制作材质也是多种多样。市场上，滤膜材质大多分为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚偏氟乙烯、聚醚砜、PVC膜等。超滤膜在使用中，根据其组件不同分为柱状膜和浸没式膜。而柱状膜又可以分为内压和外压两种，浸没式膜则为外压式。工程实际使用过程中会根据企业的不同和供应商等综合因素考虑超滤膜的材质选择。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在饮用水的处理过程中则根据原水水质、工艺操作流程、使用条件等因素考虑，饮用水的处理普遍选择的材质是中空纤维膜[5]。
（二）原水水质对基本设计参数的影响
在超滤膜系统的设计中影响基本设计参数的有悬浮物、胶体、微生物和其他杂质、水温等，这些都会影响超滤膜的膜通量和原水的回收率，特别是在运行过程中会增加对膜的污染程度有直接影响。理论上的回收率要靠增加超滤膜面积的来实现，但相应的企业投资也会变大。因此在设计上采用预处理工艺，如采用臭氧消毒、活性炭过滤，能有效去除水中的细菌、微生物等，延长膜的使用寿命。水温对膜通量的影响也不少，通常膜通量会随着温度的降低而降低。净水企业的规模一般是根据日常最高需水量来设计的，当温度降低时净水厂的供水量会低于规模设计。因此，在饮用水超滤膜的系统设计时，应充分调研，保证数据准确。
（三）膜通量和回收率
膜通量和回收率是超滤膜系统设计的重要参数，因为它们直接决定了工程需要的设备造价和膜面积。在选择超滤膜时，并不会单一的考虑某方面的因素。就超滤膜而言，膜通量高的超滤膜不一定就比膜通量低的质量好。超滤膜的质量是需要根据多方面因素来测评的，比如膜压力、膜老化破损情况和临界膜通量等。生产厂商提供的数据可作为参考，在大规模设计前最好采用中试来确定膜实际的参数，作为设计依据。
（四）膜系统备用量和可靠性考虑
考虑到净水设备的清洗和维护，为了避免水质事故的发生，净水厂应考虑增加必要的备用膜组。主要设计方式如下：1）增加膜通量，提高原水泵压力；2）增加单组膜组的设计；3）增加单组膜组的备用组。净水厂通常对膜组的备用是比较谨慎的，会导致投资增加。如果有其它的工艺流程暂时可以满足水量需求的话，可不用考虑过多的备用膜组作为应急措施。
（五）膜组的反冲洗系统
膜的冲洗方式一般有正冲洗、反冲洗、气洗和化学清洗等，具体要根据膜的种类、性能来确定采用哪些组合方式。要有独立的冲洗系统，冲洗工艺管路上的阀门一般采用气动快开阀门。
（六）膜系统布局和管路布局
超滤膜系统的设计和净水厂规模、工艺流程和场地有着极大的关系。不同的企业可采用不同的超滤膜系统设计方案。好的超滤膜净水厂不仅外观整洁，而且膜系统的布局和管路布局上也规整。为了检修方便，大规模净水企业通常会采用柱状膜的生产车间。在设置管路布局时，为了施工和维修方便，辅助设施的位置建议选择有隔离、噪音小且靠近生产线的位置。
（七）设备与自控系统设计
超滤膜系统需要的设备主要有提升水泵、冲洗水泵、空压机（鼓风机）等，设备的选用要参照投资情况，要考虑性能可靠、运行稳定等因素。提升水泵一般采用变频器拖动，恒压或恒流控制方式，便于生产过程调整。仪表风用的空压机设计中应考虑有独立的安装地点，避免跟药剂间等有挥发性酸雾和湿度特别大的空间连通，要实现超滤膜堆的无人控制设计，控制室要实现实时数据监测和历史数据的存储，每组膜堆监测仪表应包含：浊度、跨膜压差、流量等，便于观测膜的性能变化。
结语：
超滤膜技术是一种能将溶液净化、分离、提纯的膜分离技术，广泛的应用于饮用水的处理。饮用水处理工程超滤膜系统的设计影响因素很多，要根据投资情况，结合当地水质条件来获得准确的设计参数，保证在安全状态下使超滤膜系统的设计合理、布局美观，确保运行更加稳定可靠。
参考文献：
[1]孙磊.饮用水处理工程超滤膜系统设计关键技术[J].建筑工程技术与设计,2016(14).
[2]芮旻,周杰敏,许嘉炯等.饮用水处理工程超滤膜系统设计关键技术[J].给水排水,2010(1).
[3]付宛宜,吴启龙,张锡辉等.超滤膜及其组合工艺在饮用水处理中的应用[J].中国给水排水,2013(22).
[4]杨晓峰,王玉国,王小(住)等.低水温条件下饮用水处理工艺超滤膜中试研究[J].给水排水,2014(2).
[5]齐鲁,王洪臣,郑祥等.超滤膜在饮用水处理中临界通量的影响因素研究[J].工业用水与废水,2011(6).
[6]姜宇,顾平,王海燕等.超滤膜处理净水厂沉淀池出水的中试研究[J].中国给水排水,2012(5).
论文作者:刘胜德
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
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