在20世紀(jì)的最后10年，世界范圍內(nèi)水處理設(shè)施的擁有者開始出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變,。（可飲用）供水開始逐漸由大規(guī)模的,，政府控制運(yùn)營的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗饺藫碛械模鄠€國家共同參與的事業(yè),，并且也被視為本世紀(jì)的下一個商業(yè)機(jī)會,。由此，出現(xiàn)了對新的水處理技術(shù)以及降低水處理成本的需求,。此種需求必然導(dǎo)致膜技術(shù)的興起,。從60年代開始，膜技術(shù)最早起源于海水淡化的反滲透膜,。而后膜技術(shù)得到了非常迅速的發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域,。既脫鹽反滲透后,，一系列更疏松的滲透膜被開發(fā)出來，包括從納濾（疏松反滲透）,，到超濾（去除細(xì)菌和病毒）,，到微濾（去除懸浮固體）,。并且任何一種應(yīng)用都有其獨(dú)特的，可以特殊設(shè)計(jì)的膜來滿足要求,。在早期大部分膜過濾采用錯流過濾的形式,，即液體沿與膜面水平的方向流動，這樣的過濾形式可以防止“膜垢”的產(chǎn)生,，但卻僅有一小部分的液體真正能夠過濾出來,。因此這種過濾形式導(dǎo)致非常高的能耗，從而阻礙了膜在大規(guī)模水處理設(shè)施上的應(yīng)用,。
1 綜述
于水處理,，尤其是大規(guī)模的水處理設(shè)施，能耗已經(jīng)成為一個非常明顯的重要指標(biāo),。如果膜技術(shù)要成為大規(guī)模的水處理設(shè)施的主要技術(shù)之一,，就一定要降低能耗。因此,，許多膜制造商開始開發(fā)低能耗的膜過濾系統(tǒng),，即所謂的死端過濾或半死端過濾。
此系統(tǒng)的工作原理類似咖啡過濾機(jī),，水中的固體懸浮物沉降在膜的表面,。這部分固體通常被成為“污垢”，只要水中含有固體懸浮物,，就必然會有“污垢”產(chǎn)生,。為保證膜的產(chǎn)水量保持不變，膜過濾壓力必然不斷增加,，因此運(yùn)行一段時間后需要從與過濾相反的方向?qū)δみM(jìn)行清洗,，因此有時我們也稱為“半死端過濾”。沉積在膜表面的固體被清洗排出,，從而膜又恢復(fù)了最初設(shè)計(jì)的性能,。雖然反沖洗能夠去除系統(tǒng)中大部分的膜污染，但有時仍然需要更有效的辦法對膜進(jìn)行徹底清洗,。因?yàn)樵S多物質(zhì)黏附在膜表面,，僅通過機(jī)械力無法將其去除。這部分物質(zhì)通常為有機(jī)物或微生物有機(jī)物,，經(jīng)過較長時間的運(yùn)行,，這部分物質(zhì)會堵塞膜孔。膜的堵塞問題應(yīng)該被稱為“污垢”,，它是運(yùn)行過程不希望發(fā)生的情況,。堵塞物可以溶解（對于一些小分子有機(jī)物）并通過膜，如果其對膜表面的黏附不是非常強(qiáng)的情況下,；或者被膜截留,，對于一些微生物有機(jī)物,，當(dāng)它們附著在膜表面后，還會進(jìn)一步繁殖,。這種膜污染的主要通過化學(xué)清洗去除,，也是一種可逆污染。膜污染真正的問題是那些無法去除的不可逆的污染,。
2 半死端超濾技術(shù)
近幾年發(fā)展的發(fā)展的半死端過濾技術(shù)是XIGATM的核心技術(shù),，它是根據(jù)8寸半死端過濾超濾膜組件發(fā)展起來的。XIGATM的核心技術(shù)采用8寸壓力容器,，這是通常反滲透的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),。在每個壓力容器中，可以放入多個膜組件,。每個膜組件為1.5米長,，毛細(xì)管式膜，膜絲內(nèi)徑0.8或1.5mm,，每個膜組的膜面積為22或35m2,。膜過濾的過程分為過濾、反洗,、和化學(xué)加強(qiáng)反洗三個步驟,。
成功應(yīng)用半死端過濾技術(shù)的關(guān)鍵，是將過濾,、反洗,、化學(xué)加強(qiáng)反洗三個過程合理設(shè)計(jì)，從而使最終用戶獲得最低的運(yùn)行費(fèi)用,。因此沒有必要將單位膜面積的出水率總是保持在盡可能大的水平上,。因?yàn)榉礇_洗不必加入任何化學(xué)藥劑，并且進(jìn)行時間很短（通常為20～60秒）因此反沖洗的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化學(xué)加強(qiáng)反洗,，我們認(rèn)為反沖洗是去除膜表面沉積污垢的首選方法,。
為了更清楚的解釋這個問題，下圖表示系統(tǒng)運(yùn)行過程中膜兩端壓力的變化,。圖中A段表示過濾過程,，B段表示反洗過程，C短表示化學(xué)加強(qiáng)反洗過程（CEB）,。
A過程進(jìn)行中,，對于特定的水質(zhì)，需要保證的關(guān)鍵指標(biāo)是膜通量和膜過濾壓力,。因此若降低反洗和化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率,，就將影響膜的通量。同時就將使系統(tǒng)的投資增加。另外一個方法是改善入水的水質(zhì),，通過加藥或進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理。這同樣要增加投資和運(yùn)行費(fèi)用,，因此通常要根據(jù)實(shí)際在這兩種辦法中進(jìn)行權(quán)衡,。
對于B過程，膜過濾壓降取決于膜表面垢層的厚度,，和反洗時的機(jī)械壓力,。反洗應(yīng)盡可能充分，保證能夠被反洗掉的污垢充分去除,，這是推遲化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率的一種有效方法,。另外這個過程中也存在反洗的機(jī)械壓力（如反洗水的流量）和改變垢層厚度（加入預(yù)處理）這兩種方案之間的權(quán)衡的問題。
C過程,，化學(xué)加強(qiáng)反洗（CEB）,，僅在進(jìn)行了反沖洗后膜兩端的過濾壓降仍然達(dá)到了預(yù)定值后，或者在預(yù)先設(shè)定的較長的反洗次數(shù)以后,。所使用的化學(xué)清洗劑是一些常規(guī)化學(xué)藥劑的混合物,，包括次氯酸鈉、雙氧水,、次氯酸等,，可以非常地容易的處理掉污垢層。
3． 超濾技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用
雖然超濾可以有很多的應(yīng)用領(lǐng)域,，但大規(guī)模的水處理通常集中在以下方面：
( 飲用水供水終端
( 地表水處理
( 海水處理
( 流體的回用
3．1飲用水處理
由于對飲用水的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格,，水處理公司投入越來越大的精力來控制供水管網(wǎng)中存在的微生物的量。為了做到這一點(diǎn),，因此一種方法是進(jìn)行昂貴,、頻繁的水質(zhì)檢驗(yàn)，或者在供水終端設(shè)置防止細(xì)菌和病毒進(jìn)入的屏障,。
采用UF系統(tǒng),，可以非常方便的建成這樣的屏障。超濾膜對細(xì)菌的去除率可以達(dá)到6log,，對于病毒的去除率達(dá)到4log,，因此水廠和用水者都不必在擔(dān)心細(xì)菌和病毒的問題。由于飲用水的質(zhì)量本身就很高（濁度和懸浮固體都非常低）,，因此此時的膜系統(tǒng)可以可以采用很高的膜通量,，可以達(dá)到135升/平米.小時。同時較高的入水條件,，因此反沖頻率和化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率都可以非常低,，產(chǎn)水量可以達(dá)到99％。如果需要還可以設(shè)立二級超濾系統(tǒng)，將第一級的反洗水進(jìn)一步回用,。
3．2地表水處理
UF系統(tǒng)非常多的應(yīng)用在地表水處理上,，處理后的水用于灌溉或作為反滲透的入水，來制備工業(yè)用水,。
在荷蘭,，出現(xiàn)了越來越多的這類工廠。這種技術(shù)提供了一種新型的工業(yè)用水的方式,，即不必在購買越來越貴的飲用水,，而是就近取用地表水處理后使用。
3．3海水淡化
中東地區(qū)是水資源缺乏最嚴(yán)重的地方,。為了解決這個問題,，最早人們通常采用蒸餾技術(shù)。從十九世紀(jì)60年代,，膜技術(shù)被用于解決這些國家的缺水問題,。但是，許多反滲透海水淡化系統(tǒng)面臨著膜污染嚴(yán)重的問題,。主要因?yàn)榉礉B透系統(tǒng)的傳統(tǒng)的預(yù)處理方法無法提供可靠的入水水質(zhì),。因此絕大多數(shù)淡化工廠，在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)出水量的情況下工作,，甚至有些工廠的出水量達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的30％,。
小型淡化裝置的研究非常清楚的表明，超濾系統(tǒng)可以非常有把握的控制海水的水質(zhì),，為反滲透系統(tǒng)提供高質(zhì)量的入水,。長期試驗(yàn)也表明，超濾系統(tǒng)的出水SDI值可以非常好的控制在2以下,。這些測試在超濾系統(tǒng)前不必用任何預(yù)處理,，并且適用各種海水水質(zhì)。
3．4污水回用
西方國家費(fèi)了很大的精力處理廢水,，處理后確僅僅是將其通過排水管網(wǎng)排到地表水源中,，這種作為非常不合理。再一次,，超濾因?yàn)槠鋬r(jià)格方面的優(yōu)勢為污水的回用提供了一種有吸引力的解決辦法,。
其實(shí)，從城市污水處理廠和工廠中排出的廢水,，是作為工業(yè)用水,，甚至是飲用水的一種非常好的水資源。這在技術(shù)上是完全可以實(shí)現(xiàn)的,，但西方用戶確非常難以相信這種做法,。與其說這是技術(shù)上的難題，不如說是一個心理的難題。但是,，目前在納米比亞的Windhoek,，已經(jīng)在建設(shè)一個850噸/小時的水廠，就是采用膜技術(shù)將污水處理廠的出水回用為飲用水,。
4．結(jié)論
半死端超濾是一種絲毫不必懷疑的技術(shù),。它具有廣泛的應(yīng)用，有些用于小型的項(xiàng)目,，但另外一些，象我們上面提到的一些項(xiàng)目規(guī)模很大,，甚至非常大,。這種技術(shù)關(guān)系到人類必須面臨的一個問題，如果世界仍然按目前的速度發(fā)展的話,。即可飲用水資源,，它是每個人的生活的一個重要部分。發(fā)展一種技術(shù)保持飲用水資源,，是維持人類生活的唯一辦法,，也是保證下個世紀(jì)水不會像油一樣的唯一方法。