在20世纪的最后10年(nian)，世界范围内(nei)水处理设(she)施的(de)拥有(you)(you)者开始出现了转(zhuan)变(bian)。（可饮用）供水开始逐渐由大规模的(de)，政府控(kong)制(zhi)运营(ying)的(de)方式转(zhuan)变(bian)为私(si)人拥有(you)(you)的(de)，多个(ge)国(guo)家共同参与的(de)事业，并且(qie)也(ye)被(bei)视为本世纪(ji)的(de)下一个(ge)商业机会。由此，出现了对新(xin)的(de)水处理技术以及降低水处理成本的(de)需(xu)求。此种需(xu)求必然导(dao)致膜技术的(de)兴起。从60年(nian)代开始，膜(mo)(mo)技术最早起源于海水淡(dan)化的反渗透膜(mo)(mo)。而后(hou)膜(mo)(mo)技术得到了(le)非常迅速(su)的发展，并且被广泛应用于越来越多的领域。既脱盐反渗透后，一系列更疏松的渗透膜被开发出来，包括从纳滤（疏松反渗透），到超滤（去除细菌和病毒），到微滤（去除悬浮固体）。并且任何一种应用都有其独特的，可以特殊设计的膜来满足要求。在早期大部分膜过滤采用错流过滤的形式，即液体沿与膜面水平的方向流动，这样的过滤形式可以防止“膜垢”的(de)产生，但却仅(jin)有一小(xiao)部分的(de)液(ye)体真正能够(gou)过滤出来。因此这(zhei)种过滤形式导致非常(chang)高的(de)能耗(hao)，从而阻碍了膜(mo)在大规模水(shui)处理设(she)施上的(de)应用。

1 综述

于水处理，尤其是大规模的水处理设施，能耗已经成为一个非常明显的重要指标。如果膜技术要成为大规模的水处理设施的主要技术之一，就一定要降低能耗。因此，许多膜制造商开始开发低能耗的膜过滤系统，即所谓的死端过滤或半死端过滤。

此系统的工作原理类似咖啡过滤机，水中的固体悬浮物沉降在膜的表面。这部分固体通常被成为“污垢”，只要(yao)水(shui)中(zhong)含(han)有固(gu)体悬浮(fu)物(wu)，就(jiu)必(bi)然会(hui)有“污垢”产生。为(wei)保证膜(mo)的(de)产水量保持不变，膜(mo)过滤(lv)压(ya)力必然(ran)不断增加(jia)，因(yin)此运(yun)行一段时间后需(xu)要(yao)从与过滤(lv)相反的(de)方向对膜(mo)进(jin)行清洗，因(yin)此有时我们(men)也称为(wei)“半(ban)死端过(guo)滤”。沉(chen)积在(zai)膜(mo)表(biao)面的固体被(bei)清洗(xi)排出，从而膜(mo)又恢(hui)复了最初设计的性能(neng)。虽然(ran)反冲洗(xi)能(neng)够(gou)去除系(xi)统中(zhong)大部分(fen)的膜(mo)污染(ran)，但有(you)时仍然(ran)需要更有(you)效的办(ban)法对膜(mo)进行(xing)彻底清洗(xi)。因为许多物(wu)质(zhi)黏附在(zai)膜(mo)表(biao)面，仅通过(guo)机械力无法将(jiang)其去除。这部分(fen)物(wu)质(zhi)通常为有(you)机物(wu)或(huo)微(wei)生物(wu)有(you)机物(wu)，经过(guo)较长时间(jian)的运行(xing)，这部分(fen)物(wu)质(zhi)会堵(du)塞(sai)膜(mo)孔。膜(mo)的堵(du)塞(sai)问题(ti)应该(gai)被(bei)称(cheng)为“污(wu)垢”，它是(shi)(shi)运行过程不(bu)希望发生(sheng)的(de)(de)(de)情(qing)况。堵塞物(wu)可(ke)(ke)以溶解(jie)（对于一(yi)(yi)些小分子有机(ji)物(wu)）并通过膜(mo)，如(ru)果其对膜(mo)表面的(de)(de)(de)黏附不(bu)是(shi)(shi)非(fei)常强的(de)(de)(de)情(qing)况下；或者(zhe)被膜(mo)截留(liu)，对于一(yi)(yi)些微生(sheng)物(wu)有机(ji)物(wu)，当它们附着在膜(mo)表面后，还会进一(yi)(yi)步繁殖。这种膜(mo)污染(ran)(ran)的(de)(de)(de)主要通过化(hua)学(xue)清洗去除，也(ye)是(shi)(shi)一(yi)(yi)种可(ke)(ke)逆(ni)污染(ran)(ran)。膜(mo)污染(ran)(ran)真正(zheng)的(de)(de)(de)问题(ti)是(shi)(shi)那些无法去除的(de)(de)(de)不(bu)可(ke)(ke)逆(ni)的(de)(de)(de)污染(ran)(ran)。

2 半死端超滤技术

近几年发展的发展的半死端过滤技术是XIGATM的(de)核心技术，它是根据(ju)8寸半(ban)死端过滤(lv)超滤(lv)膜组件发展起(qi)来(lai)的。XIGATM的核心(xin)技术采用8寸压(ya)力(li)容器，这是通常反渗(shen)透的标准设计。在每(mei)个(ge)压(ya)力(li)容器中，可以放入多个(ge)膜组(zu)(zu)件。每(mei)个(ge)膜组(zu)(zu)件为1.5米长，毛细管(guan)式膜(mo)，膜(mo)丝内径0.8或1.5mm，每个(ge)膜组的膜面积为(wei)22或35m2。膜过(guo)滤的过(guo)程分为过(guo)滤、反(fan)洗(xi)、和化学加强反(fan)洗(xi)三个步骤(zhou)。

成功应用半死端过滤技术的关键，是将过滤、反洗、化学加强反洗三个过程合理设计，从而使最终用户获得最低的运行费用。因此没有必要将单位膜面积的出水率总是保持在尽可能大的水平上。因为反冲洗不必加入任何化学药剂，并且进行时间很短（通常为20～60秒）因此(ci)反(fan)冲洗(xi)的(de)费(fei)用(yong)远(yuan)远(yuan)低于化学加强反(fan)洗(xi)，我(wo)们认为反(fan)冲洗(xi)是去除膜表面沉(chen)积污(wu)垢(gou)的(de)首选方法(fa)。

为了更清楚的解释这个问题，下图表示系统运行过程中膜两端压力的变化。图中A段表示过滤过程，B段(duan)表(biao)示反(fan)洗过程，C短表示化学加强反洗(xi)过程(cheng)（CEB）。

A过程进行(xing)中(zhong)，对于特定的水质(zhi)，需要(yao)保证(zheng)的关键指标是膜(mo)通量(liang)和膜(mo)过滤压力。因此若降低反洗和化学加(jia)(jia)强反洗的频(pin)率，就将影响膜(mo)的通量(liang)。同(tong)时就将使(shi)系统的投资(zi)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。另(ling)外一(yi)个方法是改(gai)善入水的水质(zhi)，通过加(jia)(jia)药或进行(xing)化学预处(chu)理(li)。这同(tong)样要(yao)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)投资(zi)和运行(xing)费用(yong)，因此通常要(yao)根据实际(ji)在这两(liang)种办法中(zhong)进行(xing)权(quan)衡。

对于B过(guo)(guo)程，膜过(guo)(guo)滤压降取决于膜表面垢(gou)(gou)层(ceng)的(de)(de)(de)厚度(du)(du)，和反(fan)(fan)(fan)洗时的(de)(de)(de)机械(xie)(xie)压力。反(fan)(fan)(fan)洗应尽可能充(chong)分(fen)，保证能够被反(fan)(fan)(fan)洗掉的(de)(de)(de)污垢(gou)(gou)充(chong)分(fen)去(qu)除，这是推(tui)迟(chi)化学加强(qiang)反(fan)(fan)(fan)洗的(de)(de)(de)频率(lv)的(de)(de)(de)一(yi)种有效方(fang)法。另外这个过(guo)(guo)程中也存在(zai)反(fan)(fan)(fan)洗的(de)(de)(de)机械(xie)(xie)压力（如反(fan)(fan)(fan)洗水的(de)(de)(de)流量）和改变垢(gou)(gou)层(ceng)厚度(du)(du)（加入预处理）这两种方(fang)案之(zhi)间的(de)(de)(de)权衡的(de)(de)(de)问题。

C过程，化学加强(qiang)反洗（CEB），仅(jin)在进行了反冲洗(xi)后(hou)膜(mo)两端的过滤压降仍然(ran)达到了预(yu)定值后(hou)，或者在预(yu)先(xian)设(she)定的较长的反洗(xi)次(ci)(ci)数(shu)以后(hou)。所使用的化学(xue)(xue)清(qing)洗(xi)剂(ji)是一些常规化学(xue)(xue)药剂(ji)的混合物，包括次(ci)(ci)氯酸(suan)钠(na)、双氧(yang)水、次(ci)(ci)氯酸(suan)等，可以非(fei)常地(di)容易的处理(li)掉污垢层。

3． 超滤技(ji)术在水处理领(ling)域中的应用

虽然超滤可以有很多的应用领域，但大规模的水处理通常集中在以下方面：

( 饮用水(shui)供水(shui)终端

( 地表(biao)水处理(li)

( 海(hai)水处(chu)理

( 流体的回用

3．1饮用水处理

由于对饮用水的质量要求越来越严格，水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。为了做到这一点，因此一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验，或者在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。

采用UF系统，可(ke)以非(fei)常方便的(de)建成这样的(de)屏障。超滤(lv)膜对细菌的(de)去除率(lv)可(ke)以达到6log，对(dui)于(yu)病毒的去除(chu)率(lv)达(da)到4log，因(yin)此(ci)(ci)水厂和(he)(he)用(yong)(yong)水者(zhe)都不必在担(dan)心细(xi)菌和(he)(he)病(bing)毒的问题。由(you)于饮(yin)用(yong)(yong)水的质(zhi)量本身就(jiu)很(hen)高（浊度和(he)(he)悬(xuan)浮固体都非(fei)常低(di)），因(yin)此(ci)(ci)此(ci)(ci)时的膜系统可以可以采用(yong)(yong)很(hen)高的膜通量，可以达到135升/平米(mi).小时(shi)。同时(shi)较高(gao)的入水(shui)条件(jian)，因(yin)此(ci)反(fan)冲频率(lv)(lv)和化学(xue)加强(qiang)反(fan)洗的频率(lv)(lv)都可以(yi)非常低，产(chan)水(shui)量可以(yi)达到99％。如果需要还可以(yi)设立二级(ji)超滤系统，将第一级(ji)的反洗水进一步回(hui)用。

3．2地(di)表水处理

UF系统非常(chang)多的(de)应用(yong)在地表(biao)水(shui)处理上(shang)，处理后的(de)水(shui)用(yong)于灌溉或作为反渗透的(de)入水(shui)，来制(zhi)备工业用水。

在荷兰，出现了越来越多的这类工厂。这种技术提供了一种新型的工业用水的方式，即不必在购买越来越贵的饮用水，而是就近取用地表水处理后使用。

3．3海水淡化

中东地区是水资源缺乏最严重的地方。为了解决这个问题，最早人们通常采用蒸馏技术。从十九世纪60年代(dai)，膜技术被用于(yu)(yu)解(jie)决这些国家的(de)(de)缺(que)水问题(ti)。但(dan)是，许多反渗(shen)透(tou)海(hai)水淡(dan)化系统面临着(zhe)膜污染严重的(de)(de)问题(ti)。主要因为反渗(shen)透(tou)系统的(de)(de)传(chuan)统的(de)(de)预(yu)处理方法(fa)无法(fa)提供可(ke)靠(kao)的(de)(de)入(ru)水水质(zhi)。因此绝大多数淡(dan)化工厂，在(zai)远远低于(yu)(yu)其设计(ji)(ji)出水量(liang)的(de)(de)情况下工作，甚至有些工厂的(de)(de)出水量(liang)达不到最初设计(ji)(ji)的(de)(de)30％。

小型淡化装置的研究非常清楚的表明，超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质，为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明，超滤系统的出水SDI值可以非常好的(de)控制在2以下。这些测试(shi)在超滤系统前(qian)不(bu)必(bi)用任(ren)何预处(chu)理，并(bing)且适用各种海(hai)水水质。

3．4污水回(hui)用

西方国家费了很大的精力处理废水，处理后确仅仅是将其通过排水管网排到地表水源中，这种作为非常不合理。再一次，超滤因为其价格方面的优势为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。

其实，从城市污水处理厂和工厂中排出的废水，是作为工业用水，甚至是饮用水的一种非常好的水资源。这在技术上是完全可以实现的，但西方用户确非常难以相信这种做法。与其说这是技术上的难题，不如说是一个心理的难题。但是，目前在纳米比亚的Windhoek，已经在建设(she)一(yi)个850吨/小时的水(shui)厂，就是采(cai)用(yong)膜技术将(jiang)污水(shui)处(chu)理(li)厂的出(chu)水(shui)回用(yong)为饮(yin)用(yong)水(shui)。

4．结论

半死端超滤是一种丝毫不必怀疑的技术。它具有广泛的应用，有些用于小型的项目，但另外一些，象我们上面提到的一些项目规模很大，甚至非常大。这种技术关系到人类必须面临的一个问题，如果世界仍然按目前的速度发展的话。即可饮用水资源，它是每个人的生活的一个重要部分。发展一种技术保持饮用水资源，是维持人类生活的唯一办法，也是保证下个世纪水不会像油一样的唯一方法。