超濾膜用于制備礦泉水
礦泉水是雨水涌入地層后溶解了多種礦物質(zhì)的地下水，在礦泉水積聚的過程中即溶解了大量對(duì)人體健康有益的礦物質(zhì)也往往同時(shí)混進(jìn)了一些懸浮物、有機(jī)物細(xì)菌和大腸桿菌等有害物質(zhì)。因此一般不提倡直接飲用，而使用超濾膜來處理礦泉水則是一種比較理想的方法，超濾膜可以有效濾除礦泉水中的懸浮物、有機(jī)物、細(xì)菌和大腸桿菌等有害物質(zhì)，使礦泉水的透明度明顯提高，而且保留了礦泉水中的對(duì)人體健康有益的各種礦物質(zhì)。如使用RO反滲透膜或納濾膜來過濾礦泉水，則在濾除了細(xì)菌等有害物質(zhì)的同時(shí)將有益的礦物質(zhì)也濾除了，而微濾膜的孔徑一般在1um以上，無法濾除細(xì)小的細(xì)菌和膠體物質(zhì)（體積0.1um），因此超濾膜應(yīng)是處理礦泉水的理想組件。
90年代初超濾技術(shù)曾在礦泉水生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來超濾技術(shù)在反滲透制備純水和超純水系統(tǒng)中作預(yù)處理及終端處理也逐漸被認(rèn)可。但在水處理過程中超濾如何正常發(fā)揮作用仍然存在問題。
當(dāng)超濾膜在使用時(shí)，由于其對(duì)水或溶液中細(xì)菌、微生物、膠體、懸浮性固體及可溶性高分子化合物具有極高的截留效果，沉積于膜表面形成污染，使膜的透過性能和截留性能惡化。此外細(xì)菌、微生物的附著，其代謝產(chǎn)物在膜表面形成黏液。這些因素都將導(dǎo)致超濾膜性能降低。因此，必須根據(jù)超濾過濾的客觀規(guī)律運(yùn)行，使超濾處于最佳工作狀態(tài)。
膜材料的優(yōu)選超濾膜材料眾多，國(guó)內(nèi)可供選擇的中空纖維（毛細(xì)管）型超濾膜，主要材料為聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯等（PVDF）等。此外聚芳砜、聚酰胺等由于制備工藝與膜材料價(jià)格原因，尚無生產(chǎn)。醋酸纖維素則因耐酸堿性能的限制較少使用。近年來有以拉伸致孔的聚丙烯微孔濾膜中空纖維，因其制造成本低廉，而在市場(chǎng)上充作中空纖維超濾膜使用，實(shí)際上其長(zhǎng)形網(wǎng)狀孔尺寸較超濾膜大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，長(zhǎng)形孔的變形使細(xì)菌、微生物泄漏率可達(dá)50％以上，對(duì)膠體及微粒截留效果較差。
聚砜以其獨(dú)特的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的抗氧化性、較寬的pH值使用范圍（pH1～13）、耐熱性能好等因素而被首選。但聚砜屬疏水性膜、透水性能低、對(duì)某些物質(zhì)吸附性能強(qiáng)，在水處理應(yīng)用中有一定局限性。聚丙烯腈膜耐溶劑性、耐熱性、對(duì)日光及大氣的穩(wěn)定性，特別是成膜性能良好、對(duì)制備孔徑均一的超濾膜是極為有利的，輕度的極性于某些廢水的處理，在國(guó)外超濾膜領(lǐng)域中優(yōu)先生產(chǎn)，占有較大的比例。我國(guó)近年來在純水制備的大規(guī)模使用中已成功的應(yīng)用。膜的透水性能、截留性能均已達(dá)到較高的水平。
膜微結(jié)構(gòu)的選擇膜斷面結(jié)構(gòu)有單皮層指狀孔結(jié)構(gòu)與雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)兩種。當(dāng)較小物質(zhì)穿過單皮層指狀孔結(jié)構(gòu)時(shí)，即可從另一側(cè)透出，不致引起微孔的堵塞。而雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)如小分子能透過一側(cè)皮層，進(jìn)入膜孔內(nèi)部時(shí)，有可能被另一側(cè)皮層截留而留存于膜內(nèi)形成堵孔。但雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)有利于反沖洗。在選用雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)超濾膜時(shí)在滿足透水量的同時(shí)應(yīng)選擇切割分子應(yīng)小于被截留溶質(zhì)分子約一個(gè)數(shù)量級(jí)。用作礦泉水與純凈水預(yù)處理時(shí)應(yīng)選取雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)管式超濾膜，切割分子量在1～2萬左右，對(duì)細(xì)菌、微生物、膠體都有良好的分離性能，并且有利于反沖洗。
組件結(jié)構(gòu)的選擇當(dāng)溶液中可被截留的溶質(zhì)濃度較小時(shí)，組件結(jié)構(gòu)有較大的選擇余地，而溶質(zhì)濃度較大時(shí)，帶有隔網(wǎng)的卷式膜組件易于在膜表面沉積而不宜采用。實(shí)際上，在水處理工程中最多采用內(nèi)壓型毛細(xì)管或中空纖維超濾膜組件，有利于提高管內(nèi)流速而達(dá)到減少沉積堵塞現(xiàn)象。如若提高流速則阻力損失較大。因而宜選用較大直徑毛細(xì)管膜，有利于流速的提高。以日本旭化成公司聚丙烯腈毛細(xì)管膜為例，其內(nèi)徑為0.8～1.4mm，外徑1.4～2.3mm，原水只需通過40目篩網(wǎng)過濾即可，即機(jī)械雜質(zhì)不大于毛細(xì)管內(nèi)徑即可通過。
選擇適當(dāng)直徑的毛細(xì)管膜，達(dá)到必要的流速，有利于減少溶質(zhì)在膜表面的沉積，這對(duì)于超濾膜的正常運(yùn)行是必要的。
超濾膜設(shè)備裝置的選擇實(shí)踐證明，超濾膜能截留大部分溶質(zhì)，因而必須在錯(cuò)流狀態(tài)下工作，即原水沿膜表面切向流動(dòng)，被截留溶質(zhì)切向流過膜表面，形成濃縮液而排出，因而在正常操作情況下必須不斷排放濃縮液。一般排放量約占原水的10％，此種操作膜表面流速低于0.1m／s，特別是透水量較高的膜，溶質(zhì)更多的截留于膜表面，堵塞幾乎是不可避免的。為此必須增加濃縮液的排放量達(dá)原液的50％以上。為使原液的充分利用，超濾裝置應(yīng)設(shè)循環(huán)系統(tǒng)，排放液可重新回入原水容器內(nèi)，少量廢棄排放。增加循環(huán)泵的流量，適當(dāng)加大濃縮液排放管道直徑是必要的。
為有利于膜的再生，裝置必須采用反沖洗系統(tǒng)，采用兩組膜組合使用，交替反沖洗，利用超濾液直接反沖的方法，減少膜的污染并有利于反沖洗壓力的控制。例如工作10min，反沖洗0.5min，反沖液全部排放。如此操作控制排放量亦僅在10％左右。這種方法突破了膜污染后再?zèng)_洗的傳統(tǒng)方式，能保證系統(tǒng)始終處在高通量狀態(tài)下工作。此外，還應(yīng)設(shè)制快速等壓沖洗系統(tǒng)，即關(guān)閉超濾液出口，全開濃縮液排放閥，在低壓下泵以全流量通過膜表面實(shí)現(xiàn)快速?zèng)_洗，對(duì)恢復(fù)膜的性能有較大的效果。
超濾裝置頻繁的反沖洗與等壓沖洗，必須有自動(dòng)控制系統(tǒng)予以保證，否則操作的一次失誤會(huì)造成系統(tǒng)的損壞。
超濾裝置由于超濾膜精密的微結(jié)構(gòu)，精致的設(shè)計(jì)與裝置，精細(xì)的操作，是保證超濾膜長(zhǎng)期正常運(yùn)行的必要條件。
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