前言
立升企业成立于1992年，是中空纤维超滤膜及其膜组件的专业制造商，至今已有十几年的膜研发和生产经验。立升企业现有的超滤膜生产能力超过300万平方米/年，是世界上最大的中空纤维超滤膜及其膜组件的制造厂商之一。
立升企业生产的中空纤维超滤膜分为内压式和外压式两大类，采用的膜材料主要是聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯等。立升开发的产品主要为家用超滤机及滤芯、工业膜组件。产品除了在国内销售外，还远销到了美国、日本、南非及东南亚。
立升企业一贯致力于技术的创新和严格、规范的生产。立升企业在海南省海口市拥有膜的研发、生产基地，海南立昇净水科技实业有限公司是被海南省科技厅认定的高新技术企业。此外，立升企业还是很多国家级项目的独立承担单位。
立升“毛细管式超滤机”被列为98年“国家级火炬计划项目”、立升“超低压免换芯净水超滤机”被列为2000年国家科技攻关项目，立升“PVC合金毛细管超滤膜的开发和应用”被科技部列为“十五”国家科技攻关项目。
1．立升超滤膜组件设计和维护
1.1 立升超滤膜组件基本技术说明
立升LH3系列超滤膜组件是一种中空纤维内压式超滤膜组件，超滤膜中空丝内径为1.0mm，超滤膜平均截留分子量为100,000道尔顿。超滤膜的材料为改性PVC，经过改性后的PVC具有亲水性好、耐有机污染、耐酸碱、不易脏堵等特点。超滤膜组件的端头采用环氧树脂浇铸的方法封装。
由于立升超滤膜具有低压下产水量较大的特征，所以立升倡导低压运行的理念，在低压条件下，膜表面的浓差极化现象得到了缓解，被截留物形成的滤饼不易被压实，所以膜组件会更容易清洗，可以用相对较小的流量和较少的水量将膜清洗干净，可以大大延长膜化学清洗的周期。
立升超滤膜可用于去除水中的悬浮微粒、胶体、微生物等。在水压的作用下水分子及小分子物质透过超滤膜，水中的悬浮微粒、胶体、微生物等则被截留在超滤膜的内表面。由于超滤膜上的微孔很小，可以有效除去各种水中悬浮颗粒、胶体、细菌和大分子有机物等，这些截留物质可能会在膜的内表面集聚，所以需要对超滤膜组件进行定期的反冲洗和加药清洗。
立升企业为满足各种不同用户及不同水处理吨位的需要，现提供直径为10英寸、6英寸和4英寸等多种规格的膜组件，他们的长度分别是60英寸或50英寸。直径为10英寸、6英寸的两种组件的外壳使用了耐压耐腐蚀的PVC；4英寸直径的膜组件采用了不锈钢承压外壳，采用可插入式滤芯，在更换滤芯时无需更换不锈钢外壳，节省了换膜成本。
立升超滤膜稳定和优秀的表现使立升超滤组件可以应用于地表水、井水和海水的除菌、除病毒、除胶体和悬浮颗粒。立升超滤膜组件在工业用水处理系统中可以用于RO系统的预处理、工业循环用水或污水处理中的阶段处理等项目。
1.2 立升超滤膜组件应用范围
立升超滤膜组件已在下列领域得到了广泛的应用：
1. 反渗透的预处理和后处理，原水包括海水、地表水、井水、废水等。
2. 城市、乡镇、农村饮用水供水处理。
3. 冷凝水回用，食品、饮料加工用水的处理。
4. 制药用水除热源。
5. 市政用水，处理地表水和井水用于饮用。
6. 深度处理废水进行回收利用。
7. 白酒的除浊，果酒、葡萄酒、黄酒的除菌、除浊。
8. 应用于食品、发酵、乳业中的浓缩处理。
9. 医学治疗领域中各种透析、血液过滤等。
1.3 立升超滤膜组件技术性能参数
最新的立升超滤膜组件采用了我司专利技术生产的PVC合金超滤膜，拥有如下优点：
●膜材料是耐污染、亲水的改性PVC。
●通量持久稳定，抗污染能力强。
●可以短时承受200ppm余氯环境，适用的pH范围为2-13。
●完全除菌，产水浊度小于0.1NTU。
●交叉流设计，排除脏堵，提高寿命。
●产品水的SDI15 < 1（原水浊度小于20NTU时的测试值）。
PVC合金超滤膜部分组件规格及性能表
（续上表）
①初始产水量是指在25℃，0.10MPa条件下过滤纯水时的产水量；
②是指进水浊度＜20NTU时的测量值（原水6～10秒钟堵死SDI测试仪膜片）；
③是指进水浊度＜50NTU时的测量值；
④为配制水；
备注：
1．立升超滤膜为节能、大通量型，在0.04MPa透膜压力下运行便可得到满意的产水通量，故设计系统时建议透膜压力设计在0.04～0.08MPa范围内，设计系统时应对原水中100μm以上颗粒先去除，系统采用死端过滤，定时反洗的方法来维持膜的稳定通量，在对超滤膜进行反冲洗时，可采用在反洗的同时进行顺冲，这样能用较少的水量，很短的时间将膜清洗干净，对浊度较大的水可每隔10－20分钟进行一次顺冲。2．上表中的数据仅供参考。
1.4 立升超滤膜组件使用条件和清洗方法
以上数据仅供参考，测试条件为：25o C, 0.12MPa。
清洗应在超滤膜没有造成严重污染之前进行，这样很容易使膜的通量恢复到初始状态，清洗的间隔应该按时间来计算而不宜按压差的上升幅度或以过滤水量的多少来计算，清洗的时间间隔以现场原水的试验为依据。
1.5 立升超滤膜组件的结构尺寸
图一LH3-0450-V 结构尺寸图
图二LH3-1060–V 、LH3-0680/0660/0650–V结构尺寸图
表1.5.1 各型号本机尺寸
表1.5.2 各型号接口尺寸及重量
1.6 超滤膜组件运行说明
立升超滤膜组件有四种运行状态：正常过滤、反向清洗、化学清洗和完整性测试。
在正常过滤状态中，过滤方式可以是全量过滤，也可以是错流过滤。在全量过滤中，所有进入立升超滤膜组件的进水都在跨膜压差的推动下透过膜得以净化。错流方式则会在运行中形成一股“浓水”，这股浓水沿膜内表面有一切向速度。浓水从超滤膜组件的浓水端流出，将部分被截流物带走。
一般当原水的浊度小于20NTU，COD小于5时，我们强烈建议采用全量过滤，反洗的间隔时间可以设计为30分钟，期间，可根据浊度的变化，采用每10分钟顺冲10秒，使被膜截留的物质还没有在膜表面形成硬垢和对膜造成深度污染之前将其排出，便于膜通量的稳定。
超滤膜组件在运行中，由于原水中的胶体、悬浮物、细菌等被膜内表面截留，故这些物质会在膜内表面积累，对膜造成污染。为了维持膜的性能，尤其是保持膜透水速率的相对稳定，需要定期用过滤后的净水对膜进行短时间的清洗或反洗。一般要求系统每运行30-60分钟就要对超滤膜进行1－3分钟的反洗。反洗可用手动或自动控制程序来执行。
一般反洗的步骤为：
●顺冲：将超滤膜内孔中的浓水排尽；
●反洗：将膜内表面的污染物冲松散或剥落；
●等压冲洗：将已松散或从膜内表面上剥落的被截留物冲出膜组件外，虽然定时的反洗能较好地维持
膜性能的相对稳定，但反洗不能使通量达到100%的恢复。随着膜组件工作时间的延长，膜污染会不断加重。膜的透水速率会下降，为了恢复膜的通量，需要定期对膜组件进行化学清洗，化学清洗时应根据原水质中杂质的情况选择适合的化学药品。一般先用酸洗，再用碱洗：酸洗液一般采用2%的柠檬酸（pH=2），碱洗液为0.5％的NaOH / 200ppmNaClO (pH=12) 。
确定系统该何时化学清洗是由系统的运行状态决定的，当系统的跨膜压差达到0.8—0.12MPa时，系统就应该进行化学清洗了。清洗后，在系统设计的跨膜压差范围内，系统的产水应达到原设计要求，否则应继续进行清洗和化学清洗或缩短化学清洗的间隔时间。调整顺冲和反洗的频率及其运行时间。
在系统的运行过程中，膜组件中的中空纤维偶尔会发生破裂（断丝），从而破坏膜组件的完整性。原水中的杂物会通过破裂的地方进入产水中，所以及时发现断丝并将其隔离，对系统保持完整性是至关重要的，尤其是当系统用于饮水处理时更是如此。检查单只膜组件完整性，可以采用压力气泡试验来鉴定中空丝的完整性。当发现有破裂纤维时，可用环氧胶堵死此破裂丝的两端，使其与系统永久隔离。对修补过的膜组件要进行冲洗，尽量将进入产水端的杂质清理干净，避免造成对其他膜的污染。
检验膜组件完套性的方法为：
先将膜丝内孔中注满水,排尽膜丝内孔中的空气然后从产水口加入净化的压缩空气，气压为0.04-0.06MPa，观察膜组件膜丝端面，当有连续的大气泡从膜丝内孔中冒出时，可判定此根膜已发生破裂，在其端头做好记号，然后采用同样的方法找出此膜丝的另一端头。将膜丝的两端头进行简单的干燥处理后，用环氧胶堵住膜孔的两端，使其与系统完全隔离。（如果设备长期不用，设备保养不好造成膜脱水，膜丝在0.04-0.06MPa时，压缩空气可以透过膜，会造成膜破损的假相，对脱水不是特别严重的膜丝可采用酒精浸泡恢复部分通量。）
下表列出了各运行模式下单根膜组件中水流的方向：
4寸6寸、10寸
正常过滤Array全量A→C A→B
错流A→B A→C A→B A→C
反洗
顺冲A→B A→C
反冲C→A C→B B→A B→C
等压冲洗A→B A→C
化学清洗A→B A→C A→B A→C
完整性测试C→A C→B B→A B→C
2．超滤系统设计
将膜组件按一定的形式（一般采用并联）进行连接，配备自动控制、水泵、监控仪表等，便组成了超滤系统。
建议每个系统的监控参数包含：
1）进水温度
2）进水浊度
3）进水压力
4）产水浊度
5）产水流量
6）产水压力
7）浓水流量（有浓水时）
8）浓水端压力（有浓水时）
9）反洗压力
10）反洗流量
11）化学清洗液流量
12）化学清洗液pH值
13）化学清洗液温度
对于饮用水处理的系统应配备完整性自动检测系统。
2.1模块设计
在进行系统设计时，为了制作、安装的规范和标准化，往往采用模块设计的方法。
将一定数量的膜组件并联成一个整体，便可成为模块，此模块与单个组件在正常过滤、反洗、化学清洗和完整性等方面的性能一致，模块的产水量＝单支膜组件的产水量×膜组件的数量，此模块还包含了监控仪表、阀门、支架、连接件等，此模块完全可以自成一个系统独立运行，也可多个模块并联起来组成一个更大的系统，此种积木叠加式的连接方法几乎没有放大效应。
立升的LH3-1060-V和LH3-0650-V的超滤膜组件的接口采用了维多利亚快装接头，拆装方便、快捷，
进水端盖可承重，膜组件可直接垂直放在支架上，无需悬空固定膜组件。
立升的LH3-0450-V膜组件采用了不锈钢承压外壳，插入式滤芯，更换滤芯时无需更换外壳，不锈钢外壳可反复使用。
每个模块的控制建议包含以下参数：
1）进水端压力
2）产水压力
3）浓水端压力
4）产水流量
5）浓水流量（有浓水的情况下）
6）反洗流量
对用于饮用水处理的模块还应增加独立的完整性测试系统并增加浊度仪。
2.2模块的连接
将模块连接成系统时，要注意以下几点：
1）每个模块中所使用的膜组件的规格和数量要相同；
2）每个模块能在不影响其他模块正常工作的情况下，可从系统中独立分离出来；
3）每个模块要有自己独立的控制阀门和监测仪表；
4）每个模块可独立完成化学清洗、反洗和完整性测试。
2.3水泵的选择
超滤膜是靠压力差为推动力进行过滤的，当原水的水压不能满足过滤需求时，系统需要增加水泵来提升水压。
2.3.1原水泵的选择
根据超滤系统设计中所需要的进水工作压力，跨膜压差和通水流量，来选择泵的扬程和流量。一般选择水泵的扬程和流量应当等于或略大于设计供水量和工作压力，以满足超滤系统的正常运行。
P0=ΔP1+ P2 +H/100+P3
P0：进水需要的压力（MPa）
ΔP1:预过滤的最大压损（MPa）
P2：过滤所需的跨膜压差（MPa）
P3：与温度和水泵性能参数有关，一般取0.1－0.15MPa
H: 膜组件的平均高度（米）
立升超滤膜组件的最大进水压力0.3 MPa，最大跨膜压差为0.2MPa 。
2.3.2反洗泵
在对系统进行清洗时，为了尽量维持系统的流量稳定，必须对膜进行反洗，反洗时按时间顺序分别对每个模块轮流进行，每台泵能匹配模块的数量与设计时的反洗频率和反洗进行的时间有关，例如，每个模块30分钟反洗一次，每次反洗60秒，则一台反洗泵最多可匹配29个模块，但实际运行中一台反洗泵合理的匹配为10个模块以下。
反洗泵的给系统的跨膜压差最大设臵为0.15 MPa，反洗流量为设计产水流量的2—3倍。
2.3.3化学清洗泵
化学清洗泵的的选择与反洗泵类似，但要注意泵体的材料要能耐化学试剂的溶解和腐蚀。
2.4减压阀
当原水水压大于系统设计水压时，要对原水进行减压。一般采用可减静压的减压阀来实现，减压阀减压的精度视超滤系统而定。另根据原水的水质选择适合材质的减压阀，一般可选的材质为铜、不锈钢、铁、塑胶。
2.5预处理
2.5.1预过滤
由于超滤膜的内孔直径为1.0 mm，为了防止膜内孔的堵塞，往往需要根据水质的情况进行预过滤，一般采用100－200μm的过滤器来处理进水，对浊度较小的原水立升公司推荐使用以色列Arkal公司生产的叠片式过滤器来进行预处理，叠片式过滤器有手动和自动两种，30吨以上设备建议采用全自动的叠片式过滤器。也可采用自清洗过滤器。
2.5.2预加药、预氧化
对于原水为海水或废水，污染较严重的地表水，可采用对原水进行微絮凝，这样能使超滤截留更多的杂质并改善超滤系统的运行状态，使膜易于清洗。例如：原水为海水时，可连续投加0.5ppm的FeCl3。
对于原水中含藻类和有机物较严重的水体，建议在进水中连续投加1－2ppm的NaClO，这样有利于膜通量的稳定。
对COD较高的原水可采用预氧化的方法先降部分COD，再采用微絮凝的方法进一步降COD，采用此方法COD去除率可达70％。
2.6物理清洗和化学清洗系统
清洗系统主要由配药箱、净水箱、循环泵组成，采用气水混合清洗的还包括空压机。一般物理清洗分为等压冲洗和反冲洗。等压冲洗时是关闭产水阀，全开浓水阀，使原水以快于正常工作状态时的流速冲刷
膜表面，去除污垢。反冲洗是关闭原水阀采用循环泵，将净水箱中的水从产水口打入膜组件（在反洗水进入产水端口前必须加装100μm的保安过滤器，以防止管道或净水箱中的大颗粒进入膜组件造成对膜的损伤或污染）。使净水按正常过滤的反方向透过膜，冲刷掉膜表面的污染物，并使其从浓水口和进水端排污口排出。反冲洗后，马上进行等压冲洗，能更有效地将被截留的污染物排出。化学清洗系统是用循环泵将配药箱内的清洗液送入超滤系统，进行循环清洗和浸泡，靠化学药品的作用去除膜表面的污垢，以恢复膜的产水能力，维持设计流量要求。
2.7消毒灭菌系统
超滤的消毒灭菌系统所用设备和操作程序与化学清洗系统相同，仅需要将清洗液换成灭菌液即可，一般使用的灭菌剂为15ppmNaClO或30ppm的H2O2。
3．系统操作，维护和保养
3.1开机前的准备工作
1）进水水质检查
进水水质的检查，重点是检查浊度，当浊度在系统现定值范围内方可将其输入超滤设备，其次是检查水中余氯、pH值。
2）系统检查
按工艺路线图，检查设备及连接是否正确，同时还要检查阀门的开启状态是否正确，清洗系统的连接是否正确。对于手动操作的系统要特别注意，开机时进水阀门不能全开，浓水阀门和产水阀门应全开，以避免开机时，压力过大，造成对超滤膜的冲击，而损坏设备。在确认设备完好，系统内空气几乎排尽的情况下，让设备进行程序运行。
3）仪表的检查
检验各仪表是否正常，尤其是压力表是否完好。
3.2 启动
当做好开机前的准备工作后，可试启动系统，即打开电源，启动泵后，立即停止，检查泵的叶轮转向是否正确，泵的运转有无异常噪音。当确认正常后，方可正式启动，启动后，应检查接口、管线有无渗漏。在自控程序运转的第一个周期内，应检验阀门的启闭是否正常，各种仪表是否运转正常。
3.3 运行
在运行时，应定时检查仪表是否正常，水泵有无异常噪音，产水水质是否符合要求，尤其要注意压力表和产水流量，当出现异常时，应立即停机检查。一般全自动控制设计时，均考虑到了系统的自我保护，一般出现异常会自动停车并报警。
运行过程中要按设计要求做好设备监控和记录工作。
运行过程中按设计要求定期对设备进行清洗和灭菌、消毒。
运行过程中应定期对设备进行排气或检查自动排气阀的工作状态。
3.4 停机
1) 先降低系统压力和跨膜压差，然后停机。
当系统靠增压泵作为过滤动力源时，若准备停机，先开启浓水阀和超滤水阀门使系统压力和跨膜压差降到最低，然后切断电源关闭水泵。停泵后，将系统所有阀门关闭，使超滤膜保持湿润状态。
当系统采用管网本身的水压作为阀门过滤动力时，同样先降压，然后关闭进水阀，再关闭其他阀门，保持膜湿润。
2) 当停机时间不超过7天时，可每天对设备进行20－60分钟（时间以一个过滤，顺冲，反洗，顺冲周
期为准）的保护性运行，以使新鲜的水臵换出设备内的存水。
3) 当设备长期停用时，应先对设备进行彻底的清洗和消毒，然后将膜保护剂和抑菌剂注入设备中，封闭
好设备所有接口以保持膜的湿润，防止设备内滋生细菌和藻类。常用的保护剂配方是水：甘油：亚硫酸氢钠= 79.1 ：20 ：0.9，保护剂的有效期一般为一年。
4) 当设备中的超滤膜脱水后会产生不可逆的通量衰减。
切记保持膜的湿润，并注意膜的抑菌和防霉。
制作超滤系统时，应先清洗好管道，在正式运行时再装膜组件，这样可以避免对膜组件的损伤。4．超滤系统工作流程
超滤系统的工艺流程和设备运行程序的设计是否完善、合理是一个系统能否正常、稳定运行的前提。故在系统设计时应根据原水水质及用户要求作出简洁、完善的工艺流程，再根据流程和水处理量的大小设计超滤系统的结构。
下面提供了两份超滤系统的设计简图及超滤部分的结构装配图。其中一个系统采用了一个超滤模块（如图四），另一个系统采用了两个超滤模块（如图五）。
超滤机的工作流程为：正常过滤－顺冲－反洗－等压冲洗－定期的化学清洗。
现就图四中超滤部分工作时泵和阀门的启闭列表如下：
A 清洗水箱P-3
清洗水泵
（续上表）
当进行化学清洗时，往往需要对组件进行浸泡，此时应停止化学清洗泵的运行，并关闭所有与正在进行化学清洗的膜组件直接相连的阀门。
图四 单模块超滤系统