1 引言

　　超濾可以簡單地理解為與膜孔徑大小有關的物理篩分過程，它以膜兩側的壓力差為推動力，以超濾膜為過濾介質，允許水、無機物、無機鹽及小分子物質透過膜而阻止水中的懸浮物、膠體、蛋白質和微生物等大分子物質通過，以達到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。超濾膜孔徑遠大于反滲透膜孔徑（為0.001 － 0.1 微米），截留分子量為103 － 106。超濾從70 年代進入工業應用后迅速崛起,近30 年來,我國已經研究開發的品種有醋酸纖維素(CA) 、聚砜( PSF) 、聚砜酰胺( PSA) 、磺化聚砜(SPSF) 、聚丙烯腈(PAN) 、聚氯乙烯( PVC) 、聚偏氟乙烯(PVDF) 、聚醚砜( PES) 和聚醚酮( PEK) 等一系列材料制成的超濾膜,以及以陶瓷、多孔玻璃、氧化鋁等為膜材料的無機超濾膜。多種高分子材料的超濾膜,目前應用最廣的是醋酸纖維素膜(CA 膜) 和聚砜膜(PS 膜) 。但總的說來,還是存在膜品種少、膜孔徑分布較寬和性能不穩定等缺陷 。為了提高超濾膜的抗污染性、熱穩定性和化學穩定性,一方面開發了耐熱、耐溶劑的高分子膜,如日本的PES 超濾膜DOS - 40 有優異的耐熱性；另一方面無機膜的開發應用得到迅速發展,如日本開發成功的孔徑為5～50nm 的陶瓷超濾膜。目前已工業應用的膜組件只有中空纖維、卷式、板框式、圓盒式、管式和毛細管式。

　　2 超濾膜分離特點及應用

　　超濾應用規模較大,多采用錯流操作或死端過濾。超濾膜分離具有以下幾個特點:

　　(1) 分離過程無相變，節能顯著；

　　(2) 分離在常溫下進行，適宜熱敏物質的分離和濃縮

　　(3) 推動力為壓力，分離裝置簡單，操作方便易控；

　　(4) 適應范圍廣。

　　目前，它已廣泛用于食品、醫藥、工業廢水處理、超純水制備及生物技術工業。其中最重要的是食品工業，乳清處理是最大市場；在工業廢水處理方面應用得最普遍的是電泳涂漆過程；在超純水中超濾是重要過程；在城市污水處理及其他工業廢水處理及生物技術領域都是超濾未來發展的方向。作為新工藝，現在超濾也被用于海水反滲透淡化廠的預處理。無論進水的海水質量如何變化，超濾均可以提供高質量，低SDI 的產水，并且具有站地面積小而且化學藥耗低的優點。超濾的這些特點使得它在某些方面作為海水淡化預處理的極好的選擇。為驗證超濾運行狀況及其產水是否滿足海水淡化反滲透（SWRO）的進水要求，對我國由南至北三處海水進行了超濾試驗，這三處分別是溫州樂清灣、青島膠州灣、唐山京唐港。試驗主要的指標有：膜通量、跨膜壓差、率產水SDI15、產水濁度。進行試驗的膜組件主要是OMEXELL膜組件，青島膠州灣試驗中對OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四種膜組件進行了對比性試驗。其中 OMEXELL為外壓式，其他三種為內壓式。通過中試試驗確認各品牌超濾作為SWRO 系統預處理的實際運行效能與標稱性能的差異，并從適用性、安全性、經濟性及可操作性等方面進行綜合考核。

　　3 試驗條件及方法

　　3.1 試驗流程

　　海水→原水箱→原水泵→超濾裝置→超濾產水箱→外排

　　3.2 試驗裝置及規模

　　超濾中試試驗裝置一套，進水量：9.0-20.0 m3/h （25℃）其中含下列四種膜，并聯同時試驗。

OMEXELLTM-SFP2660 超濾膜一支（外壓式、膜材質PVDF、有效膜面積33m2）

KOCH V8072-35-PMC超濾膜一支，（內壓式、膜材質PS、膜面積50.6m2）

Norit S-225FSFCPVC 超濾膜一支，（內壓式、膜材質PES、膜面積40m2）

Inge Dizzer 5000 超濾膜一支，（內壓式、膜材質PES、膜面積45m2）

以及相關的SDI 測試儀、濁度儀、溫度計、余氯測試盒，在線pH 計、壓力表、浮子流量計，各種玻璃儀器等。

　　3.3試驗主要內容

　　（1）中試進行前后，各超濾組件性能測試；

　　（2）在相同的進水條件和工藝參數下運行，進行初步性能評價；

　　（3）穩定運行各超濾組件，進行性能綜合評價；

　　（4）在惡劣水質條件下，進行高負荷運行效果評價；

　　（5）各超濾組件清洗方式和清洗效果評價。

　　3.4試驗數據及分析

　　樂清灣海水淡化預處理超濾試驗,采用OMEXELL 膜組件進行試驗，試驗結果如下（見圖1、圖2、圖3）：

　　3.5 膠州灣海水淡化預處理超濾試驗

　　采用OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四種膜組件同時進行并聯試驗，共分三階段進行：第一階段試驗，摸索確定各支膜的合適的參數，為下階段試驗確定條件；第二階段試驗，進行組件完整性測試，以考察超濾膜是否存在斷絲、泄漏等。在相同進水水質下，按照第一階段試驗所選擇的最佳工藝參數運行，考察不同廠家的超濾組件作為SWRO 系統預處理的實際運行效能；第三階段試驗，在相同進水水質下，各膜在較高通量（100L/m2.hr）且均不添加化學藥劑條件下運行，考察不同廠家超濾膜的抗污染性及膜的實際性能，并從適用性、安全性、經濟性及可操作性等方面進行綜合評價。具體試驗結果匯總如下（見圖４、圖５、圖６）

　　3.6 試驗數據分析

　　從上述試驗數據來看，海水直接進超濾，在合適的運行參數下超濾在化學清洗周期內運行穩定，跨膜壓差上升趨勢緩慢，且其產水水質穩定，能滿足SWRO的進水水質要求。此外各家膜組件由于材料和工藝的不同，試驗中表現的性能略有差異（但均能滿足SWRO 要求）。

　　4 結論

　　本文通過試驗研究、歸納分析得出以下結論：

　　（1）隨著膜技術的日趨成熟和完善、成本的降低, 膜法海水淡化技術將逐步被國人所接受, 應用海水淡化反滲透（SWRO）技術必然成為沿海城市和地區解決淡水資源短缺的有效方案。

　　（2）大量的試驗表明，超濾（UF）用在海水淡化預處理（SWRO）是可行的，處理后水質穩定且出水能完全滿足SWRO的進水水質要求。如：上述試驗中，所選擇的多種超濾膜出水SDI15 值一般均在3.5 以下，且穩定可靠，好于常規多介質過濾器工藝的出水水質。

　　（3）隨著超濾技術的發展，成本的降低，新的膜材料的開發，能耗的降低及工藝過程的不斷完善，其所具有的高效、節能、環保等優勢日益顯露，必將得到更大的推廣和應用。