4.4　超微滤膜系统运行

超微滤系统的运行具有其特有性质，即不同进水水质、不同膜组件与不同运行参数下的系统产水指标特性，掌握该性质是进行超微滤系统设计的基础。

4.4.1　膜组件运行模型

反渗透膜元件与超微滤膜元件的工作动力均为进浓水侧的平均压力，但反渗透膜过程中主要克服的是进浓水的渗透压，故反渗透膜元件的工作动力表征为涉及给浓水压力、产水压力、给浓水渗透压及产水渗透压的纯驱动压。超微滤膜过程中不存在渗透压问题，故超微滤膜元件的工作动力从纯驱动压NDP蜕化为仅涉及进浓水压力与产水压力的跨膜压差TMP：

　　 （4.1） 　　

式中，Pf为元件进水压力；Pc为元件浓水压力；Pp为元件产水压力。

在跨膜压差作用之下，超微滤膜的产水指标包括产水水质与产水通量两大内容。产水水质主要决定于膜丝的截留分子量，基本不随跨膜压差等运行参数变化，甚至随膜污堵的加重产水水质还有向好趋势。产水通量Fp或产水流量Qp主要决定于跨膜压差TMP与透水系数A：

Qp=SFp=A×S×TMP=A×S×［（Pf+Pc）/2-Pp］　　（4.2）

式中，S为膜元件中的膜面积。

由于超微滤膜为有机高分子材料制成，其透水系数与进水温度密切相关；且因超微滤膜有孔，其透水系数与膜孔的污堵状况密切相关，即与进水浊度及运行时间密切相关。

4.4.2　洁净膜组件特性

图4.7～图4.10示出洁净超微滤膜组件在不同进水温度及不同进水浊度条件下的通量压力特性示意性曲线。图示膜通量特性曲线表明：

①在特定进水温度与进水浊度条件下，超微滤膜通量随跨膜压差增长而上升；

②对于相同跨膜压差工况，高进水温度或低进水浊度将产生更高的膜通量；

③较高进水浊度条件工况下，膜通量随跨膜压差增长的上升速度趋于饱和；

④进水浊度为零时的通量压力关系基本成线性。

正是由于高浊度进水条件下超微滤系统的工作效率受到严重影响，该系统应尽量工作在较低的浊度范围之内。对于较高进水浊度工况则需采用纤维式过滤器等前处理工艺，以改善超微滤进水水质。

4.4.3　污染膜组件特性

图4.11～图4.14示出恒定进水压力控制的污染超微滤膜组件，在不同进水温度及不同进水浊度条件下的通量衰减特性示意性曲线。图示膜通量特性曲线表明：

①特定进水温度、浊度及工作压力条件下，随运行时间的延续，超微滤膜通量持续衰减；

②较高温度、较低浊度及较低跨膜压差条件下，超微滤膜通量下降的速度减缓；

③运行初期的膜通量衰减速度较快，而污染达到一定程度后，通量衰减速度逐步放缓。

对于恒定产水通量控制的污染超微滤膜组件，在不同进水温度及不同进水浊度条件下的进水压力特性表现为：①进水温度越高，进水压力越低；②进水浊度越高，压力增长越快；③产水通量越高，压力增长越快。

4.4.4　膜通量清洗特性

超微滤膜组件在运行过程中不断受到污染，恒定进水压力系统中，膜通量将随运行时间逐步下降。当通量降至特定水平时需进行膜组件的水力正反向冲洗，以期膜通量的恢复。每次冲洗过程均不能使通量全部恢复，从而形成了如图4.15所示通量污染特性曲线的上端包络线，即通量冲洗特性曲线。经多次冲洗后的膜通量依然降至特定水平时需进行膜的化学药剂清洗，以恢复膜通量。

尽管化学清洗较水力清洗能够更有效地恢复膜通量，但由于化学清洗的不彻底以及膜材料自然老化等原因，每次化学清洗后，膜通量总不会全部恢复，从而形成通量冲洗特性曲线的上端包络线，即通量清洗特性曲线。膜通量清洗特性曲线的延伸过程，就是膜通量的不可逆衰减过程。当该过程达到特定水平时，则需要进行膜组件的更换，从而结束了膜组件的生命周期。

对于恒定产水通量系统，随着运行时间的延续，进水压力不断上升，进行水力冲洗的判据是特定的进水压力上限。水力冲洗的结果是进水压力较前次冲洗后的进水压力值有所上升。当冲洗后进水压力过高时，需要进行化学清洗。化学清洗的结果是进水压力较前次清洗后的进水压力略有上升。当采用各种化学清洗方法均不能使清洗后的进水压力降至足够低的水平时，则需要进行膜组件的更换。