超滤技术手册-inge

超滤技术手册版权归inge AG公司所有Flurstraße 1786926 Greifenberg (德国)Tel.: +49 (0) 8192 / 997 700Fax: +49 (0) 8192 / 997 999E-Mail: info@inge.ag目录1.超滤技术基本原理(UF) (3)1.1. 工艺 (3)1.1.1. 死端过滤模式 (4)1.1.2. 错流过滤模式 (4)1.1.3. 反向清洗模式清洗 (5)1.1.4. 正向冲洗模式清洗 (6)1.2. 化学清洗 (7)1.3. 隔除能力 (7)2.滤膜组合系统 (15)2.1. 滤膜组合技术 (16)2.1.1. 超滤和絮凝作用 (16)2.1.2. 超滤和活性碳 (16)2.1.3. 超滤和纳滤 (17)2.1.4. 超滤和反渗透 (17)2.2. 与传统的处理工艺相比较 (17)3.inge标准：最好的UF 技术 (18)3.1. 滤膜概念 (19)3.1.1. 模件示意图 (19)3.2. Dizzer的隔除能力 (21)3.2.1. 减少MS2噬菌体 (21)3.2.2. 减少隐子囊孢子 (21)3.2.3. 减少混浊度 (22)3.2.4. 减少SDI (23)3.2.5. 减少TOC (23)4.声明 (24)5.现场帮助和服务 (24)1超滤技术基本原理1.1工艺超滤，它属于滤膜过滤工艺，是一种压力驱动的过滤技术。

基本滤膜过滤工艺的示意图如图1所示。

图1: 基本滤膜过滤工艺示意图用泵将水压入膜件，由于滤膜的膜压差（TMP）,进水得到过滤。

水中杂质由滤膜剔除（与其细孔尺寸有关），并留在进水中。

当被剔除杂质的浓度（它可以包括分子、原子或离子及胶体）变得太高时，一部分进水作为浓缩物被定期从系统中去除。

当杂质浓度太高时，胶体开始产生堵塞，或系统可在滤膜上产生结垢。

在滤膜表面产生的沉积层会改变其过滤性质和所需的过滤压力。

1.1.1 死端过滤操作模式微滤或超滤薄膜可以两种基本方式工作: 或者以“错流过滤”模式（它以浓缩物的连续流通过系统）工作，或者以“死端”过滤模式（其中所有进水都加压通过滤膜，浓缩物只在反洗顺序期间被去除）工作。

在任一种场合，出水和进水的比称为“回收率”，并由下式计算:Feed Filtrate Flow Flow R超滤薄膜，它可应用于饮用水的处理工艺，通常以死端模式工作（如下面的图2所示），因为系统的工作效益较高。

图2: 死端过滤工艺示意图工艺详细情况:水在死端过滤模式中并不重新循环，全部的进水被压入系统通过滤膜。

这种模式主要用于高质量和混浊度较低的未经处理的水（例如用于饮用水预处理的超滤）。

在较高混浊度的场合，取决于所采的过滤方式，系统工作可从死端模式转换成横流过滤模式。

死端模式由于系统的效益较高，是较好的工作模式，较高的效益是由于较低的工作成本（泵所需的能量较少）和较高的回收率产生的。

1.1.2错流过滤模式在错流过滤模式中，浓缩物以较高的流速跨过滤膜循环，在膜丝中振荡. 这样可以防止沉淀和沉积层的建立。

为了控制与浓缩物流量无关的错流过滤速度，只有部分浓缩物（也称为“净化”）被重新循环。

inge 公司设计的专门的超滤工艺，只要滤膜被定期反洗（参见图3），甚至全部浓缩物也可重新循环。

图3: 带净化工艺的重新循环示意图1.1.3以反洗模式清洗通常，应用于脱盐工艺中的膜丝由于它们独特的结构不能被反洗。

在这些系统中，浓缩物被不断从系统中去除，以避免低可溶盐物的沉积。

然而，具有毛细管纤维的超滤薄膜可以用反洗模式清洗，其中滤过的水从出水口向浓缩口冲洗，以便很有效地去除沉积层。

为避免厚污垢层的形成，系统需要定期反洗。

在反洗模式中，滤过的水被加压从过滤出口到浓缩物口“反向”通过系统，从而去除了滤膜浓缩物侧的污垢表面。

反洗用的滤过的水或者储存在储水箱中，或者由其他过滤单元供应。

图4: 反洗工艺示意图取决于使用滤膜系统的类型，浓缩物由定期的反洗程序不断去除。

图4示出了反洗工艺的基本示意图。

而且取决于所应用的滤膜系统，包含少量化学物质，如氯或过氧化物的反洗水可改进清洗的有效性。

但是，用于清洗的化学添加物并不用于每次反洗周期中，而是以频度不大的时间间隔使用。

系统被清洗（而且是否采用反洗模式）的频率取决于进水的质量。

1.1.4以正向冲洗模式清洗在反洗顺序之前立即进行正向冲洗可显著增强反洗性能是一个已得到证明的事实。

图5为正向冲洗的示意图。

因为这个工艺不用过滤水完成而通常使用进水，所以它对系统的整个可利用率影响不大。

图5: 正向冲洗工艺示意图1.2化学清洗取决于水中污染的类型，单用反洗可能不能完全去除污垢层，这可能造成性能随时间而降低。

为恢复系统原先的过滤性能，可用3到18个月的间隔进行化学清洗。

根据想要清除的污垢的类型，可选择适当的化学物质（如酸、苛性氢氧化钠或各种其他消毒和清洗溶液）进行清洗。

1.3剔除能力剔除机理随滤膜技术而变。

例如，被确定为无孔滤膜的反渗透膜甚至能剔除溶解性的物质。

通过这些滤膜的传送依靠采用扩散模型描述。

图6说明各种滤膜技术的剔除能力。

图6: 各种类型滤膜的剔除能力与反渗透滤膜对比，微滤和超滤薄膜是多孔滤膜。

基于这一事实，靠位阻效应完成隔离的过程。

与微滤相比，超滤更小的孔径不仅可剔除细菌和其他微粒，甚至能剔除更小的污染物，如病毒和宏分子有机物质。

图7对超滤（UF）的孔径尺寸和微滤（MF）的孔径尺寸作了比较，而且进一步说明与饮用水处理工艺有关的微生物的一般尺寸。

图7: UF和MF孔尺寸的比较纳滤基于其多孔性质，可归类为超滤与反渗透中间的某个地方。

纳滤薄膜的平均孔径尺寸约1 nm（纳米）。

由于这种孔径的尺寸，中性（不带电）污染物的剔除被认为主要来自位阻效应。

已证明双价带电离子比单价带电离子更易剔除，这是因为纳米过滤薄膜的电荷之故。

为此，纳滤常被应用于去除硬度和硫酸盐。

也有应用纳滤剔除腐殖质和农药的许多例子。

1.4 计算公式1.1.1.剔除比剔除比（R ）是留在滤膜进水侧的水的各种成分浓度的百分比。

%100)c c 1(R ZulaufFiltrat⋅-= R = 剔除比[%]c = 浓度 [z.B. mg/l, mol/l]由于超滤薄膜很高的剔除能力，病毒和细菌的剔除可用“对数位相”（ log-phases ）表示。

例如，99,999%的剔除比等于5对数位相的剔除性能。

采用下面的公式，对数位相表示可转换为百分比值：[%] 1001011R Stufenlog ⋅⎪⎭⎫⎝⎛-=- 1.1.2. 过滤容积流量另外的名称：渗透容积流量过滤容积流量被定义为每个时间单位内的被过滤容积。

tV V FiltratFiltrat= V = 过滤容积流量 [z.B. l/s, m³/h]V = 过滤容积 [z.B. l, m³] t = 时间[z.B. s, h]1.1.3. 膜通量另外的名称: 过滤流量, 渗透流量过滤容积流量与水处理所需滤膜表面面积之比被定义为膜通量。

超滤工艺取决于某一水质和在某一滤膜上可能稳定产生的（而且通常在预试验中确定）的渗透流量是最重要的参数之一。

采用这一流量，可确定所要求饮用水量处理所需的滤膜表面积。

F V J FiltratFiltrat =J = 过滤流量 [z.B. l/m²/h]V = 过滤容积流量 [z.B. l/s, m³/h, l/h]F = 滤膜表面积 [z.B. m²]1.1.4. 膜压差膜压差 (Δp) 是滤膜进水或浓缩物口与渗透出口之间的压力差。

尤其是在错流过滤模式中工作时，则必须考虑压力下降。

为简化计算，将假定进水与浓缩物间有线性的压降。

Filtrat Konzentrat Zulauf p p p p -+=∆2)(Δ p = 膜压差 [bar, Pa]p Zulauf = 进水口处压力[bar, Pa]p Konzentrat = 浓缩口处压力[bar, Pa]p Filtrat = 渗透出口侧压力[bar, Pa]1.1.5. 渗透率另外的名称: 特定过滤流量, 特定渗透流量对一个滤膜或一个滤膜过滤工艺性能的鉴定，以及特定过滤量所需的膜压差的确定，将采用渗透率（A ）。

渗透率的计算是将渗透流量除以所需的膜压差。

pJ A ∆= A = 渗透率 [z.B. l/m²/h/bar, l/m²/h/MPa]J = 过滤流量[z.B. l/m²/h]Δp = 跨滤膜压力[bar, Pa]1.1.6. 按温度标准化的渗透率因为渗透率取决于温度，为了比较目的，它可借助于一个温度修正因子进行标准化。

)(20,20T T AA C K C ︒︒=A 20°C = 20°C 温度下的标准化渗透率 [例如l/m²/h/bar, l/m²/h/MPa]T K,20°C = 温度修正因子 [-]在超滤和微滤工艺中，渗透率的变化可以是由于水黏度的变化引起的。

因为已知黏度的特定变化取决于温度，而且当假定通过细孔的为“哈根-泊肃叶”流时，温度因子也可确定。

)()20(20,T C T C K ηη︒=︒T K, 20°C = 用于进行20°C 渗透率标准化的温度修正因子[-]∆ = 动态黏度 [Pa s]43210)00013,0013,060,091,17(-⋅⋅-⋅+⋅-=T T T η(Weast, R.C. et al. …Handbook Chemistry and Physics“, CRC Press, BocaRaton (USA), 1990)当测量渗透率对温度的依赖时，与对水黏度的测量结果比较，可发生某些少量的异常。

这个事实可能是由于温度变化同时使滤膜结构发生变化而产生的。

对于Dizzer 滴泽模件，规定下面的计算:)20T (019,0C 20,K e T -⋅︒= (T in °C)温度修正因子的变化趋势如图8所示。

0,60,70,80,911,11,21,31,41,51,60 5 10 15 20 25 30 35 40Temperatur in °CK图1: 温度修正因子1.1.7. 可利用率超滤工艺的可利用率是可用过滤渗透水量与进入的未经处理水量之比。

在计算出水量和进水量时，必须考虑反洗和正向冲洗的水消耗。

%100V V ZulaufFiltrat⋅=φ%100t V t V t V t V FFFF F F R R F F ⋅⋅+⋅⋅-⋅=φ如果超滤装置不用正向冲洗清洗，则计算将 简化如下:%100t V tV 1FF RR ⋅⋅⋅-=φφ = 恢复比[%]F V = 过滤流量 [例如 m³/h]R V = 反洗流量[例如 m³/h]FF V = 正向冲洗流量[例如 m³/h]tF = 过滤顺序持续时间[例如 h]tR = 反洗顺序持续时间[例如 h]tF = 正向冲洗顺序持续时间 [例如 h]2滤膜集成系统2.1膜技术的组合应用如图8所示，超滤（可作为单个处理步骤或与其他滤膜过滤工艺组合）为去除未经处理水中所有种类的污染提供了一个强有力的工具。