前言：今天是連載專欄【污水處理一千零一問】更新的第87篇內容。污水博物館致力于為您提供國內外有價值、有趣的污水處理資訊。去年7月初，污水博物館發布了“污水處理1001問計劃”，我們希望通過“一千零一問”的形式為大家分享國內外最新專業、有趣的“污水（廢水）處理”相關內容和資訊，期待你的關注哦！

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超濾膜的過濾原理是什么？

一般認為，超濾是一種篩分過程。在一定的壓力作用下，含有大、小分子溶質的溶液流過超濾膜表面時，溶劑和小分子物質（如無機鹽類）透過膜，作為透過液被收集起來；而大分子溶質（如有機膠體）則被膜截留而作為濃縮液被回收。

在超濾中，超濾膜對溶質的分離過程主要有：

（1）在膜表面及微孔內吸附（一次吸附）；

（2）在孔內停留而被去除（阻塞）；

（3）在膜面的機械截留（篩分）。

超濾膜選擇性表面層的主要作用是形成具有一定大小和形狀的孔，它的分離機理主要是靠物理篩分作用。原料液中的溶劑和小的溶質粒子從高壓料液側透過膜到低壓側，一般稱濾液，而大分子及微粒組分被膜截留。實際應用中發現，膜表面的化學特性對大分子溶質的截留有著重要的影響，因此在考慮超濾膜的截留性能時，必須兼顧膜表面的化學特性。

超濾膜有哪些分類？

按形態結構可分為對稱膜和非對稱膜，對稱膜內外均有致密的皮層，中間為支撐層；而非對稱膜具有單皮層結構，即在中空纖維的內表面或外表面只有一層致密層。

商品化的超濾膜多為非對稱膜，物理結構具有不對稱性。膜實際上可分為兩層，一層是超薄活化層，通常厚度為0.1～1μm，孔徑為5～20nm，對溶液的分離起主要作用；另一層是多孔層，約75～125μm厚，孔徑約0.4μm，具有很高的透水性，它只起支撐作用。

制作超濾膜的材料有哪些？

1．有機高分子材料

用于制備超濾膜的有機高分子材料主要來源于天然高分子和合成高分子材料。

（1）纖維素衍生物

纖維素是資源豐富的天然高分子材料，由于材料本身分子量較大，不易加工，因此必須對其進行化學改性。其中最常用的纖維素衍生物有醋酸纖維素、三醋酸纖維素等，此類材料具有親水性強、成孔性好、來源廣泛、價格低廉等優點。醋酸纖維素超濾膜的孔徑分布和孔隙率大小可通過改變鑄膜液組成、凝固條件以及膜的后處理加以控制。

（2）聚砜類

聚砜是在醋酸纖維素之后發展較快的一類超濾膜材料，分子主鏈中含有砜基結構，結構中的硫原子處于最高價態，醚鍵改善了聚砜的韌性，苯環結構提高了聚合物的機械強度，因此聚合物具有良好的抗氧化性、化學穩定性和機械性能，不易水解，可耐酸、堿的腐蝕。應用于超濾膜的主要有雙酚A型聚砜（PSF）及其磺化產物（SPSF）、聚芳醚砜（PES）和聚砜酰胺（PSA）等。

（3）乙烯類聚合物

乙烯類聚合物的主鏈上包含了Ec-c子結構，用于超濾膜的材料主要有聚丙烯腈、聚H2 R2氯乙烯、聚丙烯等。其中，聚丙烯腈作為超濾膜材料，僅次于醋酸纖維素和聚砜。

（4）含氟類聚合物

含氟材料主要是指由含有氟原子的單體經過共聚或均聚得到的有機高分子材料，用于膜材料的主要是聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE），其中聚偏氟乙烯由于氟原子的分布不對稱使其可溶于多種溶劑，有利于制備非對稱多孔超濾膜。聚偏氟乙烯機械性能優良、沖擊強度高、韌性好，抗紫外線和耐老化性能優異，化學穩定性好，不易被酸、堿、強氧化劑和鹵素等腐蝕，是一種優良的膜材料。

2．無機材料

（1）多孔金屬

多孔金屬膜主要采用Ag、Ni、Ti及不銹鋼等材料，其孔徑范圍一般為200～500nm，厚度為50～70μm，孔隙率達60％。

（2）多孔陶瓷

常用的多孔陶瓷材料主要有氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、二氧化鈦等。它們的突出優點是耐高溫、耐腐蝕。

（3）分子篩

分子篩具有與分子大小相當且分布均勻的孔徑、離子交換能、高溫穩定性、優良的擇優催化性，是理想的膜分離和膜催化材料。

超濾膜進水方式與運行方式有哪些？

1．進水方式

按進水方式的不同，超濾膜又分為內壓式和外壓式兩種。

（1）內壓式

即原液先進入中空絲內部，經壓力差驅動，沿徑向由內向外滲透過中空纖維成為透過液，濃縮液則留在中空絲的內部，由另一端流出。

（2）外壓式

中空纖維超濾膜是原液經壓力差沿徑向由外向內滲透過中空纖維成為透過液，而截留的物質則匯集在中空絲的外部。

2．運行方式

超濾系統的運行方式可分為循環模式和死端模式兩種，根據原水的水質情況選擇不同的運行方式。

（1）死端過濾

當原水懸浮物和膠體含量較低時選用死端過濾方式，例如水源為井水、自來水等，工業水系統很多按死端過濾模式設計。

（2）循環過濾

當原水中懸浮物含量較高時，就需要通過減少回收率來保持纖維內部的高流速，這樣就會造成大量的污水。為了避免浪費，排出的濃水就會被重新加壓后回到膜管內，這就稱為循環模式。這會降低膜管的回收率但整個系統的回收率仍然很高。在循環模式中，進水連續地在膜表面循環，循環水的高流速阻止了微粒在膜表面的堆積，并增強了通量。當原水懸浮物和膠體含量較高時選用循環過濾方式，例如水源為地表水。

超濾膜污染主要因素有哪些？

超濾膜的污染是被分離物質中某些成分吸附、留存在膜的表面和膜孔中造成的。在超濾過程中，由于濃差極化的產生，尤其是在低流速、高溶質濃度情況下，在超濾膜表面達到或超過溶質的飽和濃度時，便會形成凝膠層，導致膜的透過通量不再依賴于超濾操作壓力。污染后的膜透液通量下降，超濾效果惡化，膜壽命縮短，清洗難度大，會嚴重影響超濾過程的工作效率。

超濾膜污染的防治措施有哪些？

超濾膜污染的主要原因是濃差極化形成凝膠層和膜孔的堵塞，因而污染的防治就應從減小濃差極化、消除凝膠層和防止膜孔堵塞開始。

（1）改變膜結構和組件結構，可有效地將顆粒截留在膜表面，避免了顆粒進入膜孔內部，從而減少了膜孔的堵器。

（2）采用系水性超濾膜可減少蛋白質顆粒在膜表面的吸附，從而減少對膜的污染。另外，由于待分離的料液多帶有負電荷，采用負電荷的超濾膜可有效地減少顆粒在膜表面的沉積，有利于降低膜的污染。

（3）采用絮凝沉淀、熱處理、pH值調節、加氯處理、活性炭吸附等手段對料液進行預處理，可降低膜的污染程度。

（4）提高料液流速可防止濃差極化，一般湍流體系中流速為1～3m／s，在層流體系中通常流速小于1m／s。卷式組件體系中，常在層流區操作，可在液流通道上設湍流促進材料，或采用振動的膜支撐物，在流道上產生壓力波等方法，以改善流動狀態，控制濃差極化，從而保證超濾組件的正常運行。

（5）操作溫度主要取決于所處理料液的化學、物理性質和生物穩定性，應在膜設備和處理物質允許的最高溫度下進行操作，可以降低料液的黏度，從而增加傳質效率，提高透過通量。

（6）隨著超濾過程的進行，料液的濃度在增高，邊界層厚度擴大，對超濾極為不利，因此對超濾過程主體液流的濃度應有一個限制，即最高允許濃度。

超濾裝置有哪些類型？

超濾裝置和反滲透裝置相類似，主要膜組件有：板框式、管式、螺旋卷式、毛細管式、條槽式及中空纖維式等。

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