膜分離技術(shù)是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，半透膜又稱分離膜或濾膜；如今膜分離技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，前景廣闊，為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。

　　本文分為兩大部分，第一部分是膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)的梳理，第二部分是對膜分離的問題的深入探究。

　　一、基礎(chǔ)夯實

　　膜是具有選擇性分離功能的材料，利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。

　　膜的孔徑一般為微米級，依據(jù)其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。根據(jù)材料的不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是陶瓷膜和金屬膜，其過濾精度較低，選擇性較小。有機膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

　　膜分離圖譜

　　膜法液體分離技術(shù)一般在精度上可以分為四類：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）?？蓞⒖枷旅娴姆蛛x圖譜。

　　膜結(jié)構(gòu)的分類

　　膜根據(jù)結(jié)構(gòu)主要分為四大類：管式、中空纖維、卷式和平板式。

（流道變化示意圖）

　　（不同種膜構(gòu)成形式的優(yōu)缺點）

　　錯流過濾與全流過濾

　　全流過濾：原液中的水分子全部滲透過超濾膜，沒有濃縮液流出，當(dāng)原液中被分離物質(zhì)濃度很低時，為了降低能耗，通常采用死端過濾，或全量過濾。

　　錯流過濾：在過濾時有一部分的濃縮液體從超濾膜的另一端排掉，當(dāng)原液中能被膜截留的物質(zhì)濃度很高時，膜的過濾阻力增長很快，此時多采用錯流過濾。

　　內(nèi)壓式與外壓式

　　外壓式超濾膜元件的進水是在中空膜絲的外相走，也就是說壓力在膜的外側(cè)，過濾液在壓力的作用下從中空超濾膜絲的中間滲透出來 ；內(nèi)壓式的進水是從中空膜的內(nèi)相走，也是在壓力的作用下透過液滲出中空膜絲的外側(cè)來。在選用外壓式、還是選用內(nèi)式？一要看膜的種類。二要看被處理的對象。

　　針對原水水質(zhì)較好的情況下，內(nèi)壓膜的優(yōu)勢就來了，一方面，材料成本低一些，相對外壓膜 二方面，運行通量可以很大 綜合以上總成本都會比外壓式更有優(yōu)勢

（內(nèi)壓式與外壓式示意圖）

　　膜的構(gòu)造示意圖

（超濾膜構(gòu)造示意圖）

　　二、重要參數(shù)

　　進水水質(zhì)是關(guān)鍵

　　今年以來，很多的耗材更換項目，更換反滲透膜的尤為多，由于系統(tǒng)不是我們做的，只要你換膜，其實不是那么簡單的事情，雖只是更換反滲透膜，現(xiàn)場的預(yù)處理工藝與你是息息相關(guān)的，像這樣的項目，希望大家務(wù)必要提高警惕，要盡可能將現(xiàn)場的各種運行參數(shù)了解清楚，這樣才好評估反滲透膜更換后的效果，否則，膜安裝了達(dá)不到效果，極難驗收。水質(zhì)是源頭，源頭抓不準(zhǔn)，早晚會出問題。

　　不同水質(zhì)，通量等參數(shù)千差萬別

　　針對不同的進水水質(zhì)，我們設(shè)計反滲透時要選擇的通量等參數(shù)可能千差萬別 大家務(wù)必要注意。隨便舉兩個例子，表1是是針對原水是自來水的水質(zhì)要求，COD僅小于1.5?，F(xiàn)在對于反滲透進水的COD要求已經(jīng)沒有特定的數(shù)據(jù)要求了，我們目前正在運行的一套中水回用系統(tǒng)，反滲透進水COD有80多。

　　設(shè)計通量與寬流道

　　設(shè)計通量是指：在標(biāo)準(zhǔn)溫度及標(biāo)準(zhǔn)液下膜的最大平均通水量。這個參數(shù)是超濾、RO及MBR共有的。設(shè)計通量的確定對于最終的設(shè)計尤為重要。不同種膜，參數(shù)差別很大，像設(shè)計通量 ，一般超濾的設(shè)計通量都在50以上 而大部分的MBR設(shè)計通量僅是10-20。

　　寬流道：反滲透膜在卷制的過程中，滲透側(cè)有較細(xì)的格網(wǎng)防止膜片粘粘，濃水側(cè)有較粗的格網(wǎng)，這個格網(wǎng)的厚度就是進水流道的厚度，如400ft2的膜，其進水流道厚度在28mil（約合0.7mm），而365ft2的膜，其進水流道厚度在31mil（約合0.8mm）；目前的反滲透膜，34mil當(dāng)是最寬流道。原則上流道厚度較大的膜具有較好的抗污染性能，抗污染膜一般為31密耳或34密耳；選購時要根據(jù)水質(zhì)、水型選擇膜，如果水質(zhì)不是太好的話，則盡量選擇寬流道的膜，水質(zhì)比較好的話，則選擇窄流道的膜。

　　四、故障與診斷

（反滲透故障診斷一覽表）

　　背壓及危害

　　反滲透水處理領(lǐng)域，背壓指的是產(chǎn)品水側(cè)的壓力大于給水側(cè)的壓力的情況。 卷式膜元件類似一個長信封狀的膜口袋，開口的一邊粘接在含有開孔的產(chǎn)品水中心管上。將多個膜口袋卷繞到同一個產(chǎn)品中心管上，使給水水流從膜的外側(cè)流過，在給水壓力下，使淡水通過膜進入膜口袋后匯流人產(chǎn)品水中心管內(nèi)。 為了便于產(chǎn)品水在膜袋內(nèi)流動，在信封狀的膜袋內(nèi)夾有一層產(chǎn)品水導(dǎo)流的織物支撐層；為了使給水均勻流過膜袋表面并給水流以擾動，在膜袋與膜袋之間的給水通道中夾有隔網(wǎng)層。 膜口袋的三面是用粘結(jié)劑粘接在一起的，如果產(chǎn)品水側(cè)的壓力大于給水側(cè)的壓力，那么這些粘接線就會破裂而導(dǎo)致膜元件脫鹽率的喪失或者明顯降低，因此從安全的角度考慮，反滲透系統(tǒng)不能夠存在背壓。 由于反滲透膜過濾是通過壓力驅(qū)動的，在正常運行時是不會存在背壓的，但是如果系統(tǒng)正常或者故障停機，閥門設(shè)置或者開閉不當(dāng)，那么就有可能存在背壓，因此必須妥善處理解決背壓的問題。

　　產(chǎn)水背壓

　　任何時刻，產(chǎn)水壓力高于進水或濃水0.3bar，復(fù)合膜就可能發(fā)生復(fù)合層間的剝離，可通過產(chǎn)水探測法來確定這類損壞， 當(dāng)打開受到產(chǎn)水背壓嚴(yán)重?fù)p壞的膜葉時，通常還會看到平行于產(chǎn)水管的膜最外邊出現(xiàn)拆痕，常常靠近最外側(cè)的膜袋粘接線處。膜的破裂最有可能出現(xiàn)在進水側(cè)、最外側(cè)和濃水側(cè)這三處粘接密封線附近，其他位置受到進水網(wǎng)絡(luò)地支撐，很多網(wǎng)格的小格內(nèi)就會出現(xiàn)很多氣泡狀剝離，使得膜脫鹽層受到強烈拉伸，元件的脫鹽率降低。

　　五、清洗的必要性

　　給水進入反滲透系統(tǒng)后分成兩路，一路透過反滲透膜表面變成產(chǎn)水，另一路沿反滲透膜表面平行移動并逐漸濃縮，在這些濃縮的水流中，包含了大量的鹽分，甚至還有有機物、膠體、微生物和細(xì)菌、病毒等。在反滲透系統(tǒng)正常運行時，給水/濃水流沿著反滲透膜表面以一定的流速流動，這些污染物很難沉積下來，但是如果反滲透系統(tǒng)停止運行，這些污染物就會立即沉積在膜的表面，對膜元件造成污染。所以要在反滲透系統(tǒng)中設(shè)置自動沖洗系統(tǒng)，利用干凈的水源對膜元件表面進行停運沖洗，以防止這些污染物的沉積。

　　二、高手對答

　　①關(guān)于TMP

　　Q1：問個問題，我們uf規(guī)格寫的是tmp為2.1bar，應(yīng)該指的是單支膜吧，我們uf是16支，可設(shè)計的tmp也是2.1bar，看nf的是單支膜最大壓降是1bar，每組膜最大不超過3.4bar，有點不懂，uf的16支膜tmp應(yīng)該比2.1大吧，還是因為nf每組膜里面有4支膜，所以不一樣？

　　A1：平均跨模壓差=（P進+P濃）/2-P產(chǎn)水 壓差=P進-P濃 P進：進水壓力 P濃：濃水壓力 P產(chǎn)水：產(chǎn)水壓力。

　　Q2：追問，就是說uf不管幾支膜，只要計算平均壓差就可以？ 有點難以理解，假設(shè)我進水壓力5bar，濃水壓力為4bar，產(chǎn)水壓力為2.5把進水分成10份進入每支膜，那么每支膜的進水壓力肯定小于5，每支膜的濃水壓力肯定會小于4，每支膜的產(chǎn)水壓力也小于2.5，假設(shè)其中一支膜的壓力都取1/5，，則進水為1bar，濃水為0.8，產(chǎn)水為0.5，則單支膜的tmp為0.4，不知道我這樣說是否正確？

　　A2：超濾裝置一般是同一根母管，然后在分水到各超濾膜元件 我們一般都以整套裝置為準(zhǔn)計算跨模壓差的

　　這樣給他解釋可能更清楚一些，超濾大多數(shù)情況下是并聯(lián)的。

　　②關(guān)于最高操作壓力

　　Q1：看dow說明書，nf90—400的，最高操作壓力是41bar，但是我們在運行的時候壓力才5bar左右，差這么遠(yuǎn)？還有就是這最高壓降指的什么，難道是跨膜壓差？

　　A1：41是該款膜元件的最大承受壓力 你可以看看該款膜元件的測試條件。運行壓力常規(guī)就是這樣，大多在8公斤以內(nèi) 1bar是單支膜的最大壓降。

　　A2：最高操作壓力指的是膜能承受的最高壓力，實際操作壓力不能高于這個，否則膜就廢了，但低于和遠(yuǎn)低于這個數(shù)值都是沒有問題的。 除了家用膜（300psi）和海淡膜（1200psi），其他系列的膜最高操作壓力大部分都是600psi，因為它要適應(yīng)不同的水質(zhì)。

　?、坳P(guān)于拉伸強度

　　Q1：紅版給解釋一下超濾膜的拉伸強度和爆膜強度這些參數(shù)應(yīng)用的意義吧，現(xiàn)在看看超濾膜(包括MBR)都很少提這此參數(shù)。

　　A1：拉伸強度應(yīng)是膜絲斷裂為止所能承受的最大拉力 爆膜強度應(yīng)屬于非主流叫法，意義應(yīng)該相當(dāng) 不過目前膜技術(shù)發(fā)展已經(jīng)日新月異 強度問題已經(jīng)不是什么難題了 故而，廠家可能也就很少宣傳這方面的參數(shù)了；目前拉伸強度最好的當(dāng)屬PVDF材質(zhì) 不過同樣PVDF材質(zhì)，不同廠家的產(chǎn)品也存在較大差異。

　　④關(guān)于斷絲

　　Q1：紅版，講講斷絲神馬的唄。 比如，斷絲的原因、現(xiàn)象、危害等等。

　　A1：除去質(zhì)量問題，由于單個膜組件就含萬根膜絲，由于長期運行過程中膜絲反復(fù)受拉擠作用，不可避免會出現(xiàn)少量斷絲。膜絲斷絲后出水水質(zhì)將受到嚴(yán)重危害，水質(zhì)將下降。這個回答不知對否？

　　A2：斷絲主要應(yīng)該是來自兩個方面 1、操作導(dǎo)致 2、本身強度不夠?qū)е?。強度主要體現(xiàn)在材質(zhì)方面，當(dāng)屬PVDF較好。

　?、蓐P(guān)于無機膜

　　Q1：無機膜使用壽命和耗材、強度都很好，好像很少用在MBR。不知什么原因？

　　A1：與有機膜相比，無機膜具有以下優(yōu)點： 1、熱穩(wěn)定性好，耐高溫，一般可以在400℃下使用，最高可達(dá)800℃ 以上，不老化、壽命長。 2、化學(xué)穩(wěn)定性好，耐有機溶劑，耐酸堿，抗微生物侵蝕。3、機械強度大，擔(dān)載無機膜可承受幾十個大氣壓的外壓，并可反 向沖洗。 4、凈化操作簡單、迅速，價格便宜，保存方便。 5、孔徑分布窄，分離效率高。

　　目前，從技術(shù)上看，無機膜還存在如下缺點： 1、生產(chǎn)成本高，制造技術(shù)難度大。 2、無機膜易發(fā)脆，給膜的成型加工及組件裝備帶來一定的困難。 3、膜器安裝因密封的緣故，使其性能不能得到充分利用。

　　Q2：那么是否PVDF比PES強度更高，所以更不容易斷絲呢？

　　A2：是的 PVDF化學(xué)穩(wěn)定性好，物理強度高 也是現(xiàn)在MBR膜的主流材質(zhì)。

　　⑥關(guān)于內(nèi)壓膜

　　Q1：內(nèi)壓膜的優(yōu)勢在哪里呢？

　　A1：針對原水水質(zhì)較好的情況下，內(nèi)壓膜的優(yōu)勢就來了 一方面，材料成本低一些，相對外壓膜 二方面，運行通量可以很大，綜合以上總成本都會比外壓式更有優(yōu)勢。

　　⑦關(guān)于膜通量一

　　Q1：污水回用，如果一級RO的膜通量為18 L/m2.h（回收率75%），那么濃水RO膜通量選取多少？（回收率60%） 麻煩紅版解答一下？

　　A1：參照下海淡系統(tǒng)，通量做到14LMH以下。 另，濃水的TDS是多少？主要是哪種鹽？濃水RO的濃水量有多少？如何處理？

　　Q2：濃水電導(dǎo)8000，鹽不知，濃水62.5噸每小時。原水250噸每小時。

　　A2：不知是哪個行業(yè)的回用系統(tǒng)，針對濃水的處理，通量、最小濃水量是一定要能保證的，通量14左右可以，不過我們也有系統(tǒng)是做到16的 最小濃水量格外重要的，要不然再低的通量也會很快堵塞。

　　A3：常規(guī)8寸膜的單支膜面積是37.2，照這么算下來，通量是13.44LMH

　　Q3：數(shù)據(jù)是怎么算出來的？

　　A4：就是 單只膜的產(chǎn)水量0.5T/H即500L/H 除以單只膜面積37.2m2 最終單位LMH。計算：500/37.2=13.44

　?、嚓P(guān)于膜通量二

　　Q1：石油化工企業(yè)。通量最小可取到多少？

　　A1：通量建議不要低于0.5噸水每只膜 更要關(guān)注最小濃水量 當(dāng)原水流經(jīng)膜元件時，本身水源的水質(zhì)就較差，如果最小濃水量得不到保證，那就會造成膜表面很低的流速，這樣污染物更容易在膜表面沉積，也就很容易造成堵塞。

　　⑨關(guān)于最小濃水量

　　Q1：紅版還要問一下最小濃水量怎么確定的？

　　A1：你用RO的計算軟件模擬一下。 如果低于最小濃水量，軟件會有報警提示的?？梢圆捎脻馑亓鞯姆绞秸{(diào)整。

　　A2：針對一般水源，最小濃水量是2.95T 水源水質(zhì)較差的話（有機物含量高），最小濃水量可能要到9T（這個數(shù)據(jù)是小試做出來的）。

　　⑩關(guān)于流速問題

　　Q1：管道不變的情況下，我如何增加流速（cfv），增加一臺泵肯定沒問題是吧，那么泵出口的壓力應(yīng)該是增加的吧 有本資料介紹說：“流速過大時反而會導(dǎo)致膜組件的產(chǎn)水量下降，這主要是因為由于流速加快增加了組件壓力損失而造成的，有效壓力降低“ 比如說進口壓力是5bar，出口是4bar， 增加流速后假設(shè)進口是6bar，出口是4bar，這樣也會降低通量嗎？（壓力都在中壓范圍內(nèi)，既不考慮壓力過大使膜致密從而導(dǎo)致膜通量下降） 或者在不增加進口壓力的情況下，如何能提高流速，能一一解答最好。

　　A1：管徑≈18.8倍根號（流量/流速） 反之，流速≈流量/(管徑/18.8)的平方 通常，低壓管道流速控制在2m/s以內(nèi)，高壓3m/s左右 泵的揚程是為了克服阻力損失和滲透壓而選定的 不明白為什么要通過提高泵的揚程來提高流速。

　　關(guān)于溫度

　　Q1：請教紅版，關(guān)于水溫對UF膜和RO膜的影響。 1、最主要受影響的是哪些方面？產(chǎn)水量、產(chǎn)水水質(zhì)，還是能耗神馬的？ 2、影響的趨勢和程度？尤其程度，有沒有經(jīng)過測試的確切數(shù)值，或者僅僅是經(jīng)驗值？ 3、不同品牌的膜受影響的趨勢是否相似？

　　A1：水溫對超濾及反滲透的影響主要表現(xiàn)就是產(chǎn)水量的變化 對超濾的產(chǎn)水水質(zhì)影響不大 下面這組數(shù)據(jù)供你參考，是之前檢測出來的。

　　對反滲透來講，溫度下降1度，水量衰減3%，在操作壓力不變的情況下。

　　A2：當(dāng)水溫太低時可能更困難！

　　嗯，是的 溫度控制應(yīng)遵循反滲透的進水指標(biāo)要求。

　　關(guān)于納濾

　　Q1：紅版，要不給咱講講納濾唄。，我對NF一直云里霧里的。

　　A1：傳統(tǒng)的NF使用與反滲透類似 不過NF的優(yōu)勢在于 1、操作壓力低，能耗低 2、對高價離子去除率高，尤其是硬度離子 3、綜合脫鹽率適中，針對有些場合較為核實，比如說食品飲料行業(yè)。

　　Q2：貌似垃圾滲濾液處理中也常用NF，是因為滲濾液中二價離子較多的緣故么？

　　A2：在垃圾滲濾液中采用納濾工藝主要有三方面的考慮 1、納濾對一價離子去除率很低，可確保相當(dāng)一部分鹽分透過去，進而排掉，濃縮液如回灌填埋場或預(yù)處理后回調(diào)節(jié)池均不會引起鹽份在填埋場和滲濾液處理系統(tǒng)中的富集 2、運行成本低，操作壓力低能耗就低 3、產(chǎn)水率高。目前垃圾滲濾液的處理中，主要有兩種工藝 1、傳統(tǒng)工藝：外置式MBR+NF2、兩級DTRO。

　　Q3：目前的確如此，比較過沒，那個工藝優(yōu)越一些？

　　A3：納濾相比反滲透可以做出更高的回收率這兩種工藝，第一種工藝，工藝路線廠，完善，穩(wěn)定性較好，運行條件較為苛刻，維護繁瑣；第二種工藝，穩(wěn)定性差，工藝路線短，維護方便，比較適合開開停停……

　　Q4：完全理解，1、3有點兒不明白。 1、相當(dāng)一部分的一價鹽跟著產(chǎn)水排掉，大部分的二價鹽跟著濃水回灌。

　　這樣理解不曉得對不對？ 3、產(chǎn)水率高何解？是因為NF通量可以選得比RO大么？還是回收率可以適當(dāng)高一些呢？

　　A4：垃圾滲濾液項目的濃縮液處理是一個世界性的難題 目前大部分國家都是采用回灌 而回灌要盡可能降低鹽分的累計 如此，納濾就登場了 若是用反滲透，所有的鹽分都會截留在濃縮液中，若是這樣回灌就會造成鹽分成倍的累計，很有可能就不能滿足回灌的要求。

　　Q5：關(guān)于第2條，追問一句：結(jié)垢傾向如何？ 另外，NF系統(tǒng)的回收率一般怎么取？

　　A5：都得投加阻垢劑。

　　關(guān)于通量三

　　Q1：請教紅版，最小的規(guī)格反滲透膜，是多少通量的，假如一天20m3水量，如何進行設(shè)備匹配，選型？

　　A1：通量的單位是LMH（即L/m2*h），是根據(jù)水質(zhì)選擇的，設(shè)計導(dǎo)則上有不同水質(zhì)的通量推薦范圍。 比較常用的小規(guī)格RO膜是2540的，即直徑2.5英寸長度40英寸。 當(dāng)然還有更小的2521、2514等，常用于實驗裝置?；㈡ぴ?jīng)做過一個產(chǎn)水量4噸每天的海淡裝置，用了3支2540的膜，通量在21LMH左右（其實是偏高了）。 傳個設(shè)計導(dǎo)則的截圖供你參考。

　　小結(jié)

　　膜分離與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域。