超滤膜水通量的设计

超滤膜的水通量直接决定了装置的设计总膜面积、装置规模及投资额。影响超滤 膜透过通量的主要因素有操作压力、料液浓度、膜表面流速、料液温度、膜清洗 周期。上述参数的最佳组合是保证超滤系统产水通量、装置稳定运行的重要条件。 对每一种废水，膜水通量与上述参数的关系须通过小试及放大试验取得和确定。(1) 料液浓度随着超滤过程的进行，渗透液不断排出系统，浓缩液一侧浓度不断提高，溶液粘 度增加，膜的产水量不断降低。因而需通过试验，绘制在一定温度和压力下，膜 的水通量随料液浓度增加的变化曲线。绘制该曲线可取得两个参数：一个是在工 艺要求的进料液浓度范围内膜的水通量和平均水通量；另一个是超滤过程中该料 液的极限浓度，也就是最高允许浓度。同时，应分析该过程膜的透过液水质，从 而计算出膜对所分离物质的分离率。(2) 膜表面流速膜的水通量随膜表面流速的提高而增加。提高膜表面流速，可以防止和改善膜表 面浓差极化，使膜的产水量增加，提高设备的处理能力。但提高膜表面流速使工 艺过程泵的能耗加大，增加了运转费用。对某种废水的设计流速，要在所选用膜 组件类型允许的流速控制范围内，通过试验，绘制在一定浓度和压力下不同膜表 面流速与膜产水量的关系曲线，对提高膜表面流速增加的水通量和能耗进行技术 经济比较，最终确定工艺采用的膜表面流速。(3) 料液温度通过试验，绘制膜水通量与温度的变化关系曲线。运行温度的制定主要取决于两 点。一是所处理料液性质所能允许的合理的温度范围。例如，洗毛废水中羊毛脂 熔点为3542C，水温超过42C，溶液粘度显著降低，水通量增加，因而，运转 温度应控制在羊毛脂熔点之上，一般控制在4550C；般电泳漆运转温度为 30C；酶制剂25C；蛋白质55C；生活污水为常温等。二是通过试验绘制曲 线，得到膜水通量随温度增长的变化系数，以确定系统实际运转温度范围内的膜 水通量。(4) 运转压力超滤膜水通量与运转压力的关系取决于溶液的特性，而溶液的性质又决定了膜和 边界层的性质。当溶液的性质符合渗透压模型时，膜的水通量与压力成正比关系。 当处理介质为高浓度有机废水或废液时，溶液的透过量用凝胶极化模型表示，膜 透过通量与压力无关，此时的透过通量称为临界透过通量，相对应的圧力称为临 界压力。对于每一项设计，都需要根据实际处理对象，通过小试，绘制设计进料 和浓缩液浓度范围内运行压力与膜水通量的关系曲线，在曲线上找到膜水通量不 再随压力的提高而增加的临界透过通量和临界压力。超滤设计运行压力应低于临 界压力值，设计运行压力确定后，可确定相应条件下的超滤水通量。(5) 操作时间随着超滤过程的进行，逐渐在膜面形成凝胶极化层，膜的水通量逐渐降低。其透 过通量随时间的衰减速率，与膜组件的水力特性、料液的性质和膜的特性有关。 当超滤运行一段时间，膜的水通量下降到一定水平后，需要进行膜清洗。这段时 间为一个运行周期，运行周期应通过实验确定。通过上述试验，取得在设计料液浓度范围内的运行压力、温度、膜表面流速和操 作周期等设计参数，并得到设计进料浓度范围内膜水通量随浓度的变化数据和平 均水通量。