基本知识

超微滤膜材料、结构分类及工艺结构

超微滤膜材料的品种繁多，水处理领域使用的有机超微滤膜主要由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚矾（PES)、聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)、聚矾（PS)、聚丙烯腈（PAN)等多种有机材料构成，截流分子量一般在5000~200000Da范围。

下图为内压式或内皮层单通道中空纤维超微滤膜的横截面结构，其膜丝内径一般为0.6～1.2mm，外径一般为1.0～1.6mm。内压膜的内表面孔径较小，中空纤维内壁上的致密层用于分离，膜中内孔用于导水。德国Inge等公司生产了多通道内压式中空膜。多通道膜丝外径较单通道膜丝外径稍大，通道内径较小，但总的膜面积有较大扩展，可有效提高中空膜的机械强度。中空超微滤膜主要分为浸没式与分置式两类。浸没式将膜丝制成膜束固定在框架之上，并将框架置于水体之中，运行时丝内为负压。分置式将膜丝固定在膜壳之内制成膜组件，运行时膜丝可承内压也可承外压。

分置式中空超微滤膜组件总是用环氧树脂将中空丝束封装在筒形容器之中，浇注用树脂在筒形容器两端被固化及切割，进而形成类似管式换热器结构的膜桶。将膜桶两端各加装一个封帽即可形成直立式超微滤膜组件，将膜桶直接装入类似于反渗透膜元件配套的膜壳时将组成平卧式超微滤膜组件。

平卧式膜组件构成的膜堆集成度高、占地面积小，组件规格虽小，适用于大型规模系统；但该方式易于污染物在下半部膜表面的沉积，不宜于膜清洗。滨特尔等公司的8060规格卧式膜组件长1.5m，四支组件可装入长6.0m的压力容器内，由于有组件内部流道的特殊结构，6.0m长膜壳中的4支组件实际上是并联运行。

直立式膜组件的单组件规格可以更大（如10in、12in、16in甚至 18in)，具有易清洗、抗污染等优势，但组件间的间隙较大，系统占地面积较大。从一定意义上讲，平卧方式是以运行成本换取空间成本，直立方式是以空间成本换取运行成本。选择超微滤组件形式时，应参考具体工程的环境、规模与水质等条件。下图为轴向与径向两类产水模式的立式内压中空超微滤组件结构。

水处理领域中的超微滤膜组件之间只存在并联方式，而不存在串联方式。由于超微滤工作压力较低而流道内的压力损失相对较大，流道阻力与进水压力之比较大，组件过长将造成组件进水侧与浓水侧膜通量的严重失衡，进而造成膜丝污染速率及性能衰减速率的严重失衡。这是水处理超微滤工艺与反渗透工艺在系统结构方面的重要差异。正由于超微滤系统的短流程特征，无论是直立式或平卧式安装，水处理超微滤膜系统的实际流程仅为单支膜长，一般在2.0m以内。

超微滤工艺可分为分置式与浸没式两种结构

1、分置式超微滤工艺结构分置结构系指超微滤膜组件与原水容器的分置，由加压泵将原水从容器中抽取，并向超微滤装置提供工作压力。

该结构是进水深加工领域常用的超微滤工艺结构，也是以海水，地下水、地表水、自来水为水源的反渗透系统中，超微滤预处理工艺的主要形式。如下图所示，以分置结构超微滤工艺为核心的反渗透系统预处理工艺流程中，新型的混凝-超微滤工艺取代了传统的混凝-砂滤工艺，并以20～100μm精度的叠片式过滤器（或称盘滤器）或以5～20μm精度的纤维式过滤器作为超微滤工艺的前处理。

为强化超微滤工艺或纤维滤器的截留效果，常在盘滤器或纤维过滤器前投放混凝剂。该预处理系统中，炭滤器、软化器的功能仍然是去除游离氯、小粒径有机物与原水硬度，而精滤器的功能仅在于截留软化器等前级可能的泄漏滤料,是名副其实的保安过滤器。

2、浸没式超微滤工艺结构浸没结构系指超微滤膜组件浸没于生化反应池之中，由真空泵产生的负压提供超微滤装置的工作压力，又分为帘式、束式及板式结构。

浸没式是污水处理领域中常用的超微滤工艺结构，是以工业废水、市政污水为水源的反渗透系统中超微滤预处理工艺的主要形式。下图示出了浸没式超微滤为核心的预处理工艺流程。该流程前部是典型的膜生物反应器﹐将超微滤膜置于好氧池液中，并利用好氧反应的曝气过程进行膜组件的清洗。膜生物反应器与传统的好氧生物反应器相比，具有产水水质好、容积负荷大、污泥浓度高、剩余泥量低、抗冲击负荷能力强、曝气强度小、工艺可控性强等一系列优势，是极具发展潜力的污水处理工艺。

近年来浸没式结构开始应用于海水淡化、市政给水等自然水体的反渗透系统超微滤预处理工艺，工艺过程中采用的间歇曝气等措施可降低曝气能耗，以增强工艺的经济性。中空超微滤组件的帘式结构横置运行方式，有利于利用曝气进行膜清洗，但膜丝易于受机械损伤而折断;束式结构立置运行方式的清洗效果较差，但受机械损伤较小；板式超微滤结构的机械强度最高，不存在断丝问题，但容积率低，设备效率低。