4.5　超微滤系统前处理

2000年以来国内电力、化工、冶金行业中冷却循环水、工业废水、生活与市政二级污水的资源化处理等大型工程项目剧增，膜技术也正处于发展阶段，超微滤工艺目前面临如下基本问题：

①由于处理水源的多样性及水质成分的复杂性，在传统污水处理工艺中超微滤最佳的工艺位置在哪里，或称进入超微滤系统尚需何种生化前处理工艺。

②针对特定处理水源，超滤与微滤哪种膜类型更适合，分置与浸没哪种膜工艺更有效。

③针对特定处理水源、膜类型及膜工艺，PVC、PVDF、PAN等哪种膜材料更实用。

④针对特定工艺环境，超微滤工艺应采用何种有效的前处理工艺形式。

这些困扰超微滤工艺设计及运行的重要问题，尚需一段时间的实践摸索，在大量实际工程中总结经验。

4.5.1　前处理必要性

超微滤工艺面对的进水水质条件十分宽泛，恶劣水质对超微滤系统将形成严重污染。图4.16示出以浊度为代表的进水水质对超微滤通量衰减速度的影响。解决超微滤系统污染问题有加强膜清洗与增加前处理两种基本方式。过多强化前处理工艺的功能，将增加系统工艺成本，降低了整个系统的经济性。过弱的前处理工艺，将增加超微滤膜清洗的频率与强度，一是降低了系统工作效率，二是增加了清洗剂耗量并增加了环境污染，三是降低了超微滤膜的运行寿命，同样降低了整个系统的经济性。

图4.16　超滤系统产水通量衰减特性曲线

根据第2章关于分级优化工艺配置的概念，针对各种水源条件采用不同的超微滤前处理工艺，合理分配各工艺截留负荷，以达到投资与运行费用最低，即成为预处理工艺设计追求的目标。为配合超微滤工艺的运行，前处理应具有成本低廉、容污量大、便于清洗、产水质好等工艺特征。目前广泛应用的超微滤前处理工艺包括叠片式过滤器与纤维过滤器等多种设备形式。

4.5.2　叠片式过滤器

典型的叠片式过滤器为以色列Arkal公司的产品，国内外还有其他类似产品。叠片式过滤器中的过滤部件是以颜色划分的具有不同沟槽精度的环形叠片。叠片的蓝、黄、红、黑、绿、灰等六个颜色分别代表聚丙烯材质叠片的400μm、200μm、130μm、100μm、55μm、20μm等6个过滤精度。当多片相同精度的叠片叠放在一起并被弹簧压紧时，叠片之间的沟槽交叉形成具有多个过滤沟道的深层过滤单元，将该单元装入滤筒内即可形成叠片式过滤器。

过滤器运行过程中，叠片被弹簧和水压压紧，过滤单元内外压差越大，压紧力越强，从而形成自锁式压紧方式。过滤器进水由叠片单元外缘通过沟槽流向叠片单元内缘，水体流经由过滤沟道形成的每层18～32个过滤点，形成深层过滤。

当过滤器运行一定时间后因污染物的截留而使叠片单元内外缘压差达到较高水平时，过滤器转换为反冲洗工序。反冲洗时，控制器控制阀门组的开闭组合，改变水流方向，由反冲洗的水压拉开弹簧使叠片间形成间距。滤筒壁上的三组喷嘴沿切线方向喷水可使叠片旋转并摩擦，从而冲洗掉截留在叠片上的污染物。反冲洗结束后，靠弹簧的压力可自动恢复叠片的压紧状态，并重新进入过滤工序。图4.17示出了Arkal公司叠片式过滤器的工作示意图。图示叠片式过滤器仅有两个进出水口，为有效实现运行与冲洗功能，在进出水口上应各加装一个三通阀，并进行相应控制。

图4.17　以色列Arkal公司叠片式过滤器工作示意图

将多个滤器组合成一个完整的叠片滤器组时，可以在多数滤器处于运行状态时，对某一滤器进行反冲洗。因各滤器交替完成反冲洗，系统可实现滤器组的连续运行。一个滤器的反冲洗仅需7～20s时间，反冲洗水流量仅为10m3/h，故可以用滤器组的滤过水进行特定滤器的反洗，而无须专用反洗水箱。

叠片式滤器直径具有2in、3in、4in三种规格，每一规格滤器具有最高设计产水量，系统设计时可根据要求选择滤器直径及滤器组合个数，并多设一台滤器用于清洗。表4.8示出Arkal公司2～4in直径的Spin klin型自动反冲洗叠片式过滤器的设计参数。

表4.8　Spin klin型叠片过滤器设计参数

叠片式过滤器因其特定的机械结构，对大于过滤孔径的悬浮物具有较好的截留效果，但对于小于截留孔径悬浮物造成的浊度几无作用，对于COD、色度则全无效果。因此叠片式过滤器更适用于高悬浮物且低COD浓度水体的超微滤前处理工艺。