超滤水处理系统优化设计分析

郑得鸣 苗 圣 肖 悦

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430010）

引言

超滤技术是一种利用薄膜进行物质分离的技术，第一张超滤薄膜在19世纪六十年代就生产出来了，从1970年开始，超滤技术就逐渐应用于工业生产中，在工业上实现应用之后，各类研制超滤薄膜的公司和生产超滤薄膜的企业如雨后春笋一般大量涌现，具有多重功能的超滤薄膜也研制成功并实现量产。如今，超滤技术已经在食品行业、医药领域、污水处理企业中实现了广泛应用。

1 超滤在水处理中的应用研究进展

国外学者将某公司研发的超滤薄膜用于海水的预处理过程中，将地中海和红海的海水作为研究对象，设置超滤膜的进水流量为每小时100升，对超滤薄膜处理后的海水进行分析研究，发现水质符合反渗透的进水标准，这表明超滤工艺能够满足海水预处理工艺要求。进一步的分析研究表明，经过超滤处理的地中海和红海海水作为预处理水样时能够保持进水流量的稳定性，膜组件的清洗工作量被大大降低。

某课题组以新加坡的海水作为研究对象进行超滤技术研究，对比了传统过滤方法、超滤和微滤结合法、超滤方法以及微滤方法过滤后的水体质量。传统过滤法是采用固体过滤介质对海水进行过滤，超滤和微滤的区别在于薄膜孔径不一样，超滤膜孔径为微滤膜孔径的十分之一。结果显示当采用传统过滤介质进行海水过滤时所获得的水体质量最差，并且过滤所得到的海水水体质量水平上下浮动较大。而超滤膜和微滤膜作为过滤介质时所获得的水体质量优异，以水质SDI为衡量标准，均低于2.5，表明水体质量较好。除此之外，超滤膜和微滤膜在过滤总悬浮固体和胶体硅方面成效显著，是其他过滤工艺无法比拟的。

2 超滤系统组成

超滤系统主要包括四个部分，分别是进料液的预处理系统、水泵系统、超滤薄膜组件以及超滤的后处理系统。

超滤系统的预处理指在进料前对水进行预先过滤，以去除有害杂质，包括悬浮物质和胶体物质等，以使预处理后的水质满足超滤工艺进水要求。水泵系统能够将预处理后的水泵送至薄膜组件一端，能够为超滤过程提供推动力。由于超滤过程无需太大的泵送压力，因此采用离心泵即可达到要求。超滤薄膜是超滤系统的核心组件，在选择超滤薄膜时应该着重考虑溶剂和溶剂中的小分子物质透过速率、超滤薄膜的机械强度以及截留性能。后处理系统需要实现的功能是截留液的回收操作和超滤薄膜的清洗，以便于下一次使用。

3 超滤水处理系统优化设计思路分析

超滤系统和其他水处理系统一样，都有多种工艺可以选择，在实际过滤处理过程中，对其过滤工艺进行研究和改善最终能够得到一套合理的设计方案。通常的设计思路都是以单位时间内所过滤的水量以及过滤后的水体质量为设计目标。在这种设计思路下，只要考虑过滤后水流量大小以及水质是否符合规定要求即可。这种设计思路对于超滤的工艺流程制定和工艺参数选取仅仅是满足其可行性原则，并没有进行优化设计。

3.1 优化设计方法

鉴于上述分析，对超滤工艺流程和工艺参数进行优化设计可以增加产水量、提高水质、减少成本，对超滤企业来讲非常重要。对超滤工艺流程和参数进行优化最好的方法是数学规划法，通过建立数学模型来进行优化计算，通过计算结果来衡量超滤工艺的优劣，再将工艺流程中的参数量化，改变参数以计算出最优的结果。

3.2 优化设计对象

上文已经阐述了超滤系统的组成结构，不难看出超滤薄膜是超滤系统中最核心的组件。随着超滤过程的进行，超滤薄膜的通量会因为杂质的污染而出现明显下降，膜性也会发生变化，同时膜组件的清洗又会使膜组件发生损耗现象。因此需要对超滤系统进行有效的设计，对膜组件流程结构和系统参数进行优化，以得到一个高效运行的超滤系统。

3.3 关键问题

膜组件的合理结构设计是很重要的，若某一段时间内通过超滤膜的流量过大，则会使压力损失增大，若某一段时间内通过超滤膜的流量过小，又易发生浓差极化现象。另外，膜组件被污染后，若清洗和更换时机选择不当，也易损坏膜组件，导致需要更换膜组件，使系统的投资费用增加。因此，系统的合理操作也是十分重要的。

结语

本文对超滤在水处理中的应用研究进展做了阐述，超滤系统组成进行了介绍，提出了超滤水处理系统优化设计思路。