关键词：超滤膜；中水回用；应用
前言：中水指的是污水经过处理符合水质要求后，可以在一定范围内重复使用处理后的水。我国水资源较为缺乏，在国家提倡节能减排的大形势之下，各大用水大户使用水量具有了局限性。中水由于处理方法简单方便以及水质量趋于稳定的优势，成为了电厂等用水大户的主要资源。这在一定程度上促使废水资源化技术不断发展与完善，而废水资源化技术的发展也带动了超滤膜在我国水处理行业的普及与推广。现阶段，超滤膜在我国应用领域逐步增加，技术也在不断发展。但是由于中水中含有大量的污染物质与有机物质，容易促使超滤膜污染严重而对其作用与寿命产生影响，也同时也给超滤膜的应用提出了更为严格的挑战。
一、超滤膜工艺技术
超滤膜技术是一种优于传统过滤技术的过滤方式，超滤膜的技术是利用细小的膜孔，通过对原水施加一个压力，推动原水透过超滤膜，由于超滤膜的膜孔径非常小，杂质无法通过，所以杂质和微生物也就被过滤掉的，超滤膜可以有效的去除对藻类、细菌、病毒和水生生物从而达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。超滤膜制造时所用的技术非常重要，超滤膜制造完成后是否能达到预期尺寸和窄分布微孔，超滤膜的膜孔的控制因素较多，如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同就有可能得不同的孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜，制造超滤膜所用的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。回收率比较高，溶解于水的碱液可以100%透过，杂物颗粒被隔离。
二、超滤膜的优缺点
（一）超滤膜的优点
1、超滤膜因其本身特性，膜分离孔径一定，利用物理方法实现水的过滤，与传统的混凝过滤工艺相比，产水水质好，产水水质稳定。同时，超滤膜在运行过程中不需要加入任何化学药剂，只有在清洗过程中使用少量的化学药剂，减少了水体的二次污染，从经济角度和环保角度都优于传统工艺。
2、超滤膜的材质具有较强的稳定性，耐酸碱性，抗氧化能力强，在水处理过程中有利于杀菌消毒，可以大大提高水中胶体、细菌的去除率。
3、当前绝大多数超滤膜采用单皮层不对称结构，国际一流品牌生产商有采用海绵状均一孔径的超滤膜，相比较而言，这种结构增强了膜丝的机械强度，降低了膜丝的断丝率。据其官方网站统计其生产的超滤膜年断丝率小于千万分之五。
4、超滤膜抗污染负荷能力高，设计膜通量大，使用寿命长，能够有效进行各种化学清洗，长期运行经济成本低。
5、超滤膜运行方式简单，可靠性高，容易实现自动化，做到一键启停，减少工人日常的操作量。超滤膜以其诸多优势，迅速取代了传统混凝-沉淀-砂滤工艺，成为反渗透系统预处理的核心工艺。超滤工艺的引入，为反渗透系统的安全、长周期稳定运行奠定了坚实的基础。同时可以有效提高反渗透系统的膜通量，提高反渗透膜的回收率，提升膜元件的使用效率。
（二）超滤膜的缺点
1、超滤膜设备成本较高，一次性投资较大。因此，在选择水处理方案时，首先要了解需处理的水源水质情况，对于水质复杂的综合性废水应当采用超滤+反渗透膜的双膜法工艺。对于水质单一，水质较好的水源，一般采用超滤膜技术进行处理，降低处理成本。
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2、超滤膜在水处理应用中，膜的污染是不可避免的。随着超滤膜运行时间的增长，膜丝拦截的污染物在不断增加，膜表面及孔径会逐渐被堵塞，膜通量不断下降，膜的进水压力和跨膜压差在不断增大。此时，根据运行情况需要对膜进行清洗，清洗包括物理清洗和化学清洗，化学清洗需要根据污染物的类型、污染程度选择合适的清洗药剂和清洗方法，通过合理的清洗方案快速恢复膜的性3、超滤膜是通过压力驱动进行过滤，所以需要选择合适的动力设备，这样无疑就增加了水处理过程中的设备投资和能源消耗。因此，要根据超滤膜系统的规模，选择最经济合理的动能设备。
三、超滤膜在中水回用中的应用
（一）超滤系统EFM应用稳定性分析
超滤膜系统在运行过程中的污染是不可避免的，因此，要保证超滤系统长周期稳定运行，控制膜系统膜污染至关重要。解决膜系统膜污染，一方面要做好超滤系统的预处理系统，同时，选择更好的膜通量，可以减少膜组件的污染。另一方面，控制膜组件污染，选择“维持高膜通量”（EFM）运行工艺，在运行过程中，可以有效提高膜通量，长时间保持膜组件的清洁，达到膜系统长周期稳定运行的目的。
目前，超滤系统采用的常规运行工艺为化学清洗（CIP），当跨膜压差达到设计值或产水量不足时，通过CIP清洗工艺恢复膜组件的膜通量。化学清洗（CIP）化学药剂成本高、劳动强度大、清洗时间长，对于连续性供水生产单位存在周期性影响。随着人们对膜系统运行工艺认知的逐渐提高，部分污染的膜组件比完全污染的膜组件更容易清洗，“维持高膜通量”（EFM）工艺被人们应用到超滤系统运行中。这种新的工艺可以设计为日常操作的自动程序，不需要人工干预，EFM可以减少化学药剂种类，降低化学药剂浓度。一个完整的CIP需要24h，甚至更长，而EFM只需要40min，甚至更短，减少了单套膜组件系统的停工时间。采用EFM工艺人们主要关注的是重复清洗是否会影响膜的寿命，PVDF膜组件具有高强度的化学抵抗力，根据膜厂家化学疲劳测试，甚至在高浓度化学药剂（5000mg/L Cl）及高温情况下，PVDF膜组件依然保持了其机械强度。从测试和实际运行结果表明，该膜的化学抵抗力完全具备EFM运行工艺的应用。采用EFM后可以减缓超滤系统跨膜压差的增长趋势，保持超滤系统的稳定性。
（二）超滤系统跨膜压差（TMP）
分析该工程超滤系统采用了恒流变频的运行模式，即超滤进水量、产水量和浓水量恒定不变，始终保持设计值，当其中任一水量发生变化时，操作人员通过调整超滤供水泵的变频器频率和浓水手动阀的开度，使进水量、产水量和浓水量恢复到设计值运行。
随着超滤系统运行时间的增加，膜组件的污染物也在不断累积，超滤系统的跨膜压差也在不断增长，当跨膜压差增长至化学清洗（CIP）的设计值或系统水量无法达到设计值时，通过化学清洗（CIP）来恢复超滤膜的膜通量，降低超滤系统的跨膜压差，保证系统产水量。从该工程超滤系统运行数据分析，可以看出，超滤系统的运行良好，运行周期保持较长，表明了该系统的稳定性。系统跨膜压差基本控制在0.5~1.2bar左右，通过化学清洗（CIP）该系跨膜压差恢复较好，但随着膜组件使用年限的增长，化学清洗周期也在逐渐缩短，说明该膜组件随着使用寿命其性能也在逐步衰减。
结语。总而言之，超滤膜具有操作快捷简单、耐冲击负荷、出水水质稳定、处理效率高等特点，可以达到回用标准与要求。伴随着超滤膜生产工艺的不断完善以及成本的不断下降，超滤膜已经广泛利用于多项工程中。基于此，现阶段的当务之急便是建立健全对污水回用相匹配的法律法规体系，利用经济与行政手段的共同作用之下，大力鼓励使用再生水，鼓励超滤膜的新技术可以更加广泛的应用到中水回用工程中。
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论文作者:封鲁黔
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/9