超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究

李冬+王瑩

摘要：在我國當前的經(jīng)濟發(fā)展過程中，水污染和水資源短缺是當前面臨的重要問題。隨著市場經(jīng)濟的不斷壯大，人們對于水資源的需求在不斷地增加。其中超濾膜技術作為水處理的一種方式，有著比傳統(tǒng)水處理更為明顯的優(yōu)勢。本文主要從水處理的實際發(fā)展狀況出發(fā)，對超濾技術進行水處理優(yōu)化設計做出了更深層次的研究。文章僅供參考。

關鍵詞：超濾膜技術；水處理；優(yōu)化設計

中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0174-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.094

Abstract： Water pollution and water shortage are the most important problems in Chinas current economic development. With the growing market economy， peoples demand for water resources continues to increase. One of the ultrafiltration membrane technology as a way of water treatment， has a more obvious than the traditional water treatment advantages. In this paper， the water treatment from the actual development of the situation， the ultrafiltration technology for water treatment optimization design made a deeper level of research. The article is for reference only.

Key words： ultrafiltration membrane technology； water treatment； optimal design

1 引言

在我國經(jīng)濟不斷發(fā)展壯大的過程中，水作為一種不可替代的寶貴資源，在人們的日常生活和生產(chǎn)過程中扮演著重要的角色。隨著經(jīng)濟全球化的不斷發(fā)展，水資源匱乏已經(jīng)成為我國乃至世界中最主要的問題之一[1]。過度的開采和肆意的浪費現(xiàn)象隨處可見，更加加劇了水資源的缺乏。水資源匱乏已經(jīng)成為了一個重要的不容忽視的問題。當前的發(fā)展過程中，正在積極地為水資源問題的合理解決尋找出路。其中海水淡化和被污染水回用占據(jù)著主要方面。最常用的便是活性炭吸附法、去離子法、蒸餾法、硬水軟化法、反滲透法、超濾法等。其中超濾法是最為常見的一種新技術膜法[2]。從而有效地提高水的質量，進而滿足工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展需求和世界人口增長的需要。

2 關于超濾水處理技術的相關概述

2.1 超濾系統(tǒng)的主要內容

超濾系統(tǒng)涉及多個重要因素。大體上可以分為進料泵、超濾膜組件、進料液的預處理、系統(tǒng)后處理等方面。

（1）關于進料泵的相關概述。在進行超濾分離水的過程中，進料泵是最為關鍵的動力設備。由于超濾所需要的操作壓力不高，因此大多在生產(chǎn)過程中普遍采用離心泵。在進行離心泵的選擇過程中，最主要考慮的因素便是流量、材質等。關于材質要相應地選擇耐溶液腐蝕、有足夠的機械強度的材質[3]。對于流量而言，要選擇那些等于或大于系統(tǒng)設計的進料量。從而方便在操作過程中滿足相關參數(shù)變動的需求。最終使得以最經(jīng)濟的方式滿足實際的操作需求等。

（2）關于超濾膜組件的相關概述。超濾膜作為超濾系統(tǒng)的核心。對超濾系統(tǒng)是十分關鍵的。因此，對于超濾膜的選擇也是非常重要的。在進行選擇的過程中，要盡量選擇那些機械性能好、小分子物質和溶劑透過速率快、截留性能好、具有良好的化學和物理穩(wěn)定性能、易使膜再生、對截留物質的吸附性能小的超濾膜組件[4]。在超濾系統(tǒng)中，關于膜的組件數(shù)量是由相關的設計總的透水量所決定的。另外，由于超濾系統(tǒng)中膜組件的排列方式不盡相同。有串聯(lián)的也有并聯(lián)的。這是根據(jù)實際情況進行考慮的。在一般的情況下，對于管式結構的膜組件而言，大多用于高濃度進料液的濃縮分離。而對于板式結構的膜組件則是用于處理液的初級濃縮中。對于中空纖維和卷式的膜組件大多用于水處理工程中[5]。這是根據(jù)相應的具體情況進行選擇的。但就目前我國的水處理過程中，對于中空纖維和卷式的膜組件應用較為廣泛。

2.2 關于超濾水處理系統(tǒng)的流程原理

超濾水處理系統(tǒng)大體上包括原料液、取水泵、儲水裝置、進料泵、截留液、膜組件、濾液等組成。在取水泵不斷地加將原料液吸入到儲水裝置后，通過進料泵的壓力提供不斷地將壓力提高到超濾所需要的操作壓力。最終通過超濾系統(tǒng)的主要核心部分將膜組件進行分離。最終獲得截留液和濾液。這便是超濾水處理系統(tǒng)的相關流程過程。

3 超濾系統(tǒng)在水處理中需要注意的問題

3.1 關于超濾技術的膜污染方面

在進行超濾技術對水資源進行控制的過程中，膜污染是一種較為常見的一種污染因素。它最主要是通過未通過膜的可溶性物質和懸浮粒子在膜表面的沉積、以及通過膜的更小溶質在膜內的吸附。這便是超濾系統(tǒng)中的膜污染。膜污染會進一步導致頻繁的清洗工作最終造成膜污染；通量衰減進而導致操作費用和基建費用的進一步增加；由于膜對溶質的不可吸附而導致的產(chǎn)率大大降低等等。這對于超濾系統(tǒng)而言是非常不利的。除此之外，在進行超濾膜的選擇過程中，很有可能由于膜的選用不當，從而導致系統(tǒng)參數(shù)和工藝流程的設計不妥，嚴重地影響了生產(chǎn)效率，降低了經(jīng)濟效益。更多的，在超濾技術應用的過程中，由于膜的通透性差，進而使得進料液中的微生物、有機物、無機物、懸浮物等深入到超濾膜中，對超濾系統(tǒng)的水處理工作造成了一定程度上的污染。這對于水的處理工作造成了嚴重的影響。因此，在進行超濾系統(tǒng)的應用過程中，首先最重要的便是進行超濾膜的合理選擇。盡可能選擇那些吸附性能好、物理化學穩(wěn)定性強的超濾膜。從而保證其膜組件的物理化學性能得到最大限度的發(fā)揮。

3.2 關于超濾技術的膜控制方面

在進料液進入到超濾裝置之前，首先便會對進料液進行一定的處理工作。從而改變水質特性進而有效地控制膜污染。無論在超濾過程中對于預處理工藝處理做的多么完善，都不免或多或少存在一定的問題。其中由于膜組件的長期使用，便會在一定程度上造成不可恢復的損害。在進行膜的清洗過程中，大多使用物理化學方法對膜進行一定的清洗工作，從而進一步避免膜污染，起到對膜組件的合理控制。但仍舊存在一些吸附在膜表面的污染物無法全部清除，從而堵塞膜孔。這嚴重地影響了對膜的合理控制。因此，在進行膜的控制過程中，要相應地根據(jù)膜組件的污染程度來相應地配置相關的清洗配方。重點是要求有效、低廉、無毒副作用。特別是不能夠引起二次污染。另外，由于化學清洗對于超濾系統(tǒng)的費用和超濾膜的使用壽命是有重大關聯(lián)的。因此，對于化學物理清洗周期、最佳的清洗方法、清洗條件是非常必要的。對于有效地進行膜控制具有重大意義。

4 關于超濾水處理的系統(tǒng)優(yōu)化設計

4.1 關于超濾系統(tǒng)的膜組件污染模型

由于超濾系統(tǒng)進行水處理的過程中有效地進行膜組件的更換時機和膜組件清理工作是至關重要的。在膜組件開始工作時，可以保持良好的狀態(tài)，但工作一段時間之后，由于膜的性質在不斷地衰減。便會對超濾系統(tǒng)的水處理工作帶來一定的影響。因此，要對其進行相應的更換和定期的清洗工作。保證其最大程度地恢復。另外，為了保證其進料液的流量，相應地會增加壓力。因此，在對于水質、操作壓力、透水量等相關參數(shù)的變化限度要高度重視。

4.2 關于超濾系統(tǒng)中單元數(shù)學模型

在針對超濾系統(tǒng)的水處理問題上，國內外做了大量的研究調查。目前還沒有一個較為統(tǒng)一的模型來進一步描述超濾過程。在進行了相關的分析調查之后，從不可逆熱力學的現(xiàn)象出發(fā)，相應地建立了單元數(shù)學模型。對于超濾系統(tǒng)中的相關進料液和截留液、濾液之間的關系做了進一步分析。從而找出超濾系統(tǒng)進行水處理的內在聯(lián)系。達到合理優(yōu)化設計的最終目的。

5 結束語

面對我國當前水資源嚴重匱乏的問題，采用超濾技術對于水處理系統(tǒng)優(yōu)化是非常重要的。通過上述對超濾水處理系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究過程，在進行了對超濾系統(tǒng)的相關組成概述、超濾水處理系統(tǒng)的基本流程原理分析等環(huán)節(jié)之后。發(fā)現(xiàn)膜組件污染控制是超濾系統(tǒng)進行水處理過程中需要考慮的重要因素。其中對膜組件進行合理選擇和膜組件的清洗是解決此問題的關鍵措施。通過對超濾系統(tǒng)設計過程中多個因素的考察，同時相應地結合超濾系統(tǒng)的發(fā)展實際情況，從而針對性地對膜組件的清洗更換時間和相應的系統(tǒng)流程進行了研究。選用單元數(shù)學模型建立不同的系統(tǒng)模型、相應地給出超濾系統(tǒng)的單元模型，進行模擬超濾過程。對于相關的設備經(jīng)濟模型，將設計變量和系統(tǒng)費用進行關聯(lián)等等。有效地提升了超濾系統(tǒng)的水處理優(yōu)化效率，在保證其水資源質量的過程中，大大地提升了水資源的利用率。推動了經(jīng)濟的不斷向前發(fā)展。

參考文獻

[1]張曉飛，劉光全，張建華.利用超濾膜技術處理油田含鹽采用水研究[J].油氣田環(huán)境保護，2016，17（1）：4-7.

[2]劉利，方培輝.超濾技術用于飲用水處理領域案例分析[J].中國給水排水，2015，25（24）：72-75.

[3]華耀祖.超濾技術與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014.211-214.

[4]閆瑞軒主編.水處理劑應用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.55-62.

[5]徐佳.超濾作為海水淡化預處理工藝的應用研究[M].青島：中國海洋大學化學化工學院，2015，（08）.

[6]徐振良.污水處理膜分離技術的研究進展[J].凈化技術，2016，18（3）：3-6.

收稿日期：2017-05-18

作者簡介：李冬（1982-），男，碩士，助理研究員，研究方向為水處理及環(huán)境影響評價。