摘要：由剛性的高分子燒結(jié)微孔過濾管組成的微孔精密水過濾機(jī)具有一系列其他固液分離裝置達(dá)不到的優(yōu)異性能，能解決工業(yè)生產(chǎn)上許多難濾物料的過濾難題。十幾年來，在我國工業(yè)生產(chǎn)上獲得普遍推廣。在工業(yè)水處理領(lǐng)域，無論生產(chǎn)用水處理，或工業(yè)廢水處理，也獲得廣泛應(yīng)用，成為一類新型工業(yè)水處理的微孔精密水過濾機(jī)。本文系統(tǒng)介紹工業(yè)生產(chǎn)用水處理與工業(yè)廢水處理的流程，并介紹一些典型應(yīng)用實例。
由剛性高分子燒結(jié)微孔過濾管為過濾介質(zhì)組裝成的不同結(jié)構(gòu)的微孔精密過濾機(jī)屬表面過濾，過濾介質(zhì)是剛性，機(jī)械強(qiáng)度較好，耐化學(xué)腐蝕性能又相當(dāng)理想，這諸特性組合一起，使它具備一系列其它過濾分離裝置達(dá)不到的綜合優(yōu)異性能，能解決工業(yè)生產(chǎn)上許多難濾物料的過濾難題。十幾年來，這類新型過濾裝置在我國各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得普遍推廣。在工業(yè)水處理領(lǐng)域，無論生產(chǎn)用水，或工業(yè)廢水處理，也獲得廣泛應(yīng)用，成為一類性能突出的工業(yè)水處理的微孔精密水過濾機(jī)。
1． 微孔精密過濾機(jī)的特點(diǎn)：
1.1過濾精度高：1微米以上的微粒均可濾住，1至0.5微米的微粒也大部分濾住。過濾后水質(zhì)清澈透明。多數(shù)生產(chǎn)用水，經(jīng)過濾后的濁度達(dá)到1ppm左右。許多工業(yè)廢水，如重金屬廢水，一次過濾就可達(dá)到排放要求。
1.2排渣操作簡便：采用壓縮氣體快速反吹法，可很簡便地迅速地排除微孔過濾管上所形成的濾渣，這類渣既可是濕漿狀，也可是干度達(dá)30~40%的干渣。
1.3微孔過濾管可以長期使用：以氣液混合流的快速反吹法，可將堵塞在微孔管內(nèi)的微粒大部分反吹出來，每次反吹再生效率達(dá)95%以上，再加上定時的化學(xué)再生，就可使微孔管長期使用。凡不能采用化學(xué)再生的物料可用。凡不能采用化學(xué)再生的物料，可用一年多，一般的可用三年多，最多者可用八年以上。
1.4操作機(jī)械化：過濾機(jī)具有氣動快開卸渣的底蓋，卸渣與再生時，不需人工裝拆設(shè)備，操作可完全機(jī)械化。
1.5占地面積?。阂慌_100米2的微孔精密水過濾機(jī)占地面積僅3米2左右，占地面積相對較小。
1.6動力消耗?。哼^濾壓力一般在0.2Mpa左右，動力較省。
1.7易裝組成自控操作。
2．微孔精密過濾機(jī)制備工業(yè)生產(chǎn)用水
對工業(yè)生產(chǎn)用水的要求有兩類。一類只要求水的濁度符合要求，另一類除了濁度，對水中其它組份（如氯離子、納離子等）也要達(dá)到特定指標(biāo)。微孔精密水過濾機(jī)是一種去除濁度比較理想的裝置。江、湖、地下水以及自來水等通過這種過濾機(jī)一般可達(dá)到1ppm，這水或直接作為工業(yè)生產(chǎn)用水，或作為其它凈化裝備（如離子交換、電滲析、超濾、反滲透等）的預(yù)處理，以提高這些凈化裝置的操作性能，或延長使用周期。
江、湖、地表水及地下水的原濁度有高有低。低的不超過5~10ppm，高的達(dá)到100~200ppm，低濁度的原水一般只需一級微孔精密水過濾機(jī)即可，對稍高或高濁度的原水必須有前級處理，否則再生操作太頻繁，單位過濾面積的處理能力太低。即使是低濁度的水，如要制作超純凈水，為了減小再生次數(shù)，最好在精密微孔過濾機(jī)之前加一級深層的機(jī)械過濾器，這樣整個系統(tǒng)操作更簡單，也更經(jīng)濟(jì)些。
2.1低濁度原水的精密微孔過濾的流程：
對深井水、水質(zhì)穩(wěn)定的自來水、非山洪暴發(fā)期間的水庫水可采用如下處理流程：

如要制作超純水，一般需如下處理流程：
 
2.2高濁度原水的微孔精密過濾流程：
多數(shù)江、湖、地表水的濁度較高，季節(jié)不同，濁度變化較大，處理這類水，應(yīng)先進(jìn)行絮凝，使水中的膠體物絮凝成較粗的粒團(tuán)。
通過深層機(jī)械過濾器，使?jié)岫冉档?ppm以下，然后進(jìn)行微孔精密過濾，經(jīng)過濾的水或直接作生產(chǎn)用水，或繼續(xù)進(jìn)入電滲析等凈化裝置，制作超純凈水。即：
 
或



上述流程只是一般流程，隨原水條件及水質(zhì)要求不同，流程會有變動。離子交換器往往不是一只裝置，通常有陽離子交換器，陰離子交換器，甚至還有混合床交換器。
高濁度水，經(jīng)絮凝所形成的絮狀物。壓縮性很大，不宜采用表面過濾，不然處理能力太低。應(yīng)先進(jìn)行深層機(jī)械過濾。
深層過濾對絮狀物處理能力大，流量下降慢，但過濾精度低。微孔精密水過濾機(jī)的過濾精度高，但屬表面過濾，流量下降快。如將兩級串聯(lián)，先深層，后微孔精密過濾，可互相取長補(bǔ)短，既可得到高精度的水，流量下降又較慢，整個操作系統(tǒng)相對比較平穩(wěn)。
目前工業(yè)生產(chǎn)上普遍使用的深層過濾器主要使用石英砂、塑料微球或纖維球等分散介質(zhì)。由于水中細(xì)菌與腐植質(zhì)等作用，經(jīng)一定時間運(yùn)行后，很容易將分散介質(zhì)粘結(jié)塊狀，再生時用水反吹，或用水和空氣一起反沖洗，也難以完全分散，分散介質(zhì)層中的局部結(jié)塊會使整個濾層有局部溝流，導(dǎo)致過濾效率愈來愈低，出水濁度愈來愈高。
作者開發(fā)了可防止深層機(jī)械過濾器中結(jié)塊的弊病，完全適宜高濁度的江、湖、地表水凈化處理，它不僅可用于工業(yè)用水處理，也可用于制取民用生活飲用水。
3．微孔精密水過濾機(jī)處理工業(yè)廢水：
微孔精密水過濾機(jī)的特異性能使它非常適宜處理含細(xì)顆粒的工業(yè)廢水，一次過濾就可使廢水清澈透明，不需其它更精密更復(fù)雜的裝置，又可在微孔精密水過濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行污泥脫水。其它一系列處理裝置，如自然沉淀、氣浮、斜管（或斜板）及深層機(jī)械過濾器等不可能具備這種過濾性能。
3.1微孔精密過濾機(jī)處理重金屬廢水：
重金屬廢水對人類危害最嚴(yán)重，因為重金屬離子在自然界不僅不會自行凈化，還會通過生物鏈不斷富集，對人類健康與環(huán)境安全構(gòu)成愈來愈大的損害。重金屬廢水有三大類：一是不溶的中性的重金屬離子廢水或重金屬微粒的廢水；二是酸性微溶的重金屬鹽廢水；三是酸性重金屬離子廢水。三類廢水，其處理工藝流程不完全相同。
3.1.1廢水處理工藝流程
3.1.1.1不溶中性的重金屬廢水處理流程：

                                                  渣
含Pb3O4、CuO、Fe2O3、MnO2及各種重金屬粉末的廢水均屬此類廢水。由于在水中不溶，只要將這些懸浮物通過微孔精密過濾機(jī)濾住，其排放水就可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，這水完全可以回用，從過濾機(jī)還可定時排出較干的濾渣。其流程較簡單，如下：
 
化學(xué)藥劑                          渣
3.1.1.2酸性重金屬離子廢水處理流程：
含Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+、Ni2+、Al+3及Cd2+等離子的水屬酸性重金屬廢水。
對這些酸性廢水，需先進(jìn)行化學(xué)處理，使之形成溶度積最低的化合物，然后通過微孔精密水過濾機(jī)進(jìn)行精密過濾與濾渣脫水，排出的水均可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并能定時排出干渣。
3.1.1.3酸性微溶重金屬鹽廢水的處理工藝：
化工等生產(chǎn)上此類廢水不少，如硫酸鉛、草酸鉛、醋酸鉛等。此類廢水中既有大量不溶性重金屬鹽，又有一定量可溶性重金屬鹽，應(yīng)先用微孔精密水過濾機(jī)將不溶性重金屬鹽濾住，然后按酸性重金屬離子水的工藝進(jìn)行化學(xué)處理與精密過濾。
 
渣                  化學(xué)藥劑              渣       （回用或排放）清水
3.1.2酸性重金屬離子廢水的化學(xué)處理：
對酸性重金屬離子廢水，化學(xué)沉淀法比吸附法簡單、可靠，成本低。國內(nèi)外絕大多數(shù)采用化學(xué)沉淀法。該法通過化學(xué)藥劑使重金屬利息轉(zhuǎn)化成溶度積最低的不溶中性化學(xué)沉淀。通過過濾精度很高的微孔精密水過濾機(jī)將這些沉淀微粒濾出來，該水就符合排放要求。
化學(xué)沉淀法目前國內(nèi)外主要有中和法、硫化法與碳酸鹽法三種。中和法是用NaOH或Ca(OH)2，作中和劑，使重金屬離子形成重金屬氫氧化物沉淀；硫化法是用可溶性硫化物(Na2S)，也可用微孔硫化物(FeS)作硫化劑，使重金屬離子形成重金屬硫化物沉淀物；碳酸鹽法是用碳酸鈉或碳酸氫鈉，使金屬離子形成正碳酸鹽、堿式碳酸鹽或氫氧化物。
三種化學(xué)處理法各有優(yōu)缺點(diǎn)。
中和法的優(yōu)點(diǎn)：（1）效果可靠。（2）成本低。（3）不產(chǎn)生污染廢氣。缺點(diǎn)：（1）PH控制范圍小，操作要求高。（2）如廢水中有絡(luò)合劑，應(yīng)先作破絡(luò)處理。（3）對Cr6+廢水，應(yīng)先還原成Cr+3，方可進(jìn)行中和反應(yīng)。（4）反應(yīng)所形成的氫氧化物，顆粒細(xì)而粘，壓縮性大，過濾分離較困難。
碳酸鹽法與中和法基本類似，但以往應(yīng)用不多，因為碳酸鈉與氫氧化鈉比，碳酸鈉貴得多，操作成本因而也高得多。如果兩者操作成本相當(dāng)，碳酸鹽法還是有使用前景的。
硫化法的優(yōu)點(diǎn)：（1）硫離子對重金屬離子結(jié)合力強(qiáng)，即使廢水中有氰與氨等絡(luò)合劑，也不會干擾其硫化反應(yīng)，不必預(yù)先進(jìn)行破絡(luò)。（2）硫離子有強(qiáng)還原作用，對Cr6+不必先進(jìn)行還原反應(yīng)。（3）形成的重金屬硫化物顆粒粗，粘性與壓縮性小，脫水容易，其缺點(diǎn)：（1）處理過程中易產(chǎn)生H2S氣體，必須使反應(yīng)池密閉，防止氣體外逸而污染環(huán)境。（2）反應(yīng)后廢水中還有少量可溶性H2S，過濾水應(yīng)通過活性炭吸附去除H2S后方可排放。
目前國內(nèi)基本以中和法為主，美國大部分采用硫化法。
3.2微孔精密水過濾機(jī)處理非金屬有害廢水：
許多工業(yè)廢水中含有害的非金屬元素，如氟、硫等。對這些廢水也先進(jìn)行化學(xué)處理，使之形成溶性的沉淀物，然后進(jìn)行微孔精密水過濾。采用吸附法，性能不穩(wěn)定，很容易超標(biāo)。
對含氟廢水，一般投加Ca(OH)2、CaCl2或磷酸鈣及硫酸鋁等。
對含硫廢水，應(yīng)先進(jìn)行氧化，使硫化物氧化成單體硫，然后過濾。為了提高氧化效率，最好往廢水中投加一定量的催化劑。
以上處理方法已在生產(chǎn)上成功應(yīng)用。
同樣原理，本方法也適用于去除廢水中磷與砷等有害元素。只要對每一種廢水選擇好處理藥劑與處理工藝，使有害元素反應(yīng)成不溶性沉淀物，通過微孔精密水過濾機(jī)，就可使廢水中該元素達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.3精密微孔過濾機(jī)用于處理化工生產(chǎn)廢水：
化工生產(chǎn)上有大量懸浮物廢水。不少懸浮物本身就是化工產(chǎn)品，如細(xì)結(jié)晶體，細(xì)聚合物及其它超細(xì)產(chǎn)品。只是目前許多廠雖已經(jīng)采用一些沉淀池或旋液分離器進(jìn)行回收，由于分離效率的限制，細(xì)小產(chǎn)品仍有許多收不回來。有的化工產(chǎn)品，價格很貴（如催化劑等），如不能濾住回收，則使大量寶貴財富不僅白白損失，反而變成污染環(huán)境的有害物。如采用微孔精密水過濾機(jī)則可把0.5~1微米以上的細(xì)粒完全濾住，既及時回收了化工產(chǎn)品，又防止環(huán)境污染。用該過濾機(jī)回收時應(yīng)直接在其它分離設(shè)備的排放口，這樣回收的產(chǎn)品不必重新處理。該技術(shù)已成功用于V2O5，對硝基苯酚鈉、硫酸錳及碳黑等產(chǎn)品。也有企業(yè)打算用于回收聚苯乙烯與碳酸鈉等。
3.4微孔精密過濾機(jī)在其它廢水處理上的應(yīng)用：
3.4.1在煤礦礦井中有大量細(xì)煤粉、細(xì)泥與腐植質(zhì)，濁度50~100ppm，采用其它設(shè)備分離，如斜板、自然沉淀、無閥砂濾池，很難使出水水質(zhì)能長期穩(wěn)定地維持。采用微孔精密過濾機(jī)，則使過濾后的水的濁度一直維持1ppm，并可使過濾機(jī)的處理能力一直保持在設(shè)計值附近。國內(nèi)已有多家煤礦采用這技術(shù)。
3.4.2在乳膠漆廢水處理上的應(yīng)用：
國內(nèi)大多數(shù)采用“化學(xué)絮凝—沉淀—氣浮—過濾”的處理工藝，這路線較復(fù)雜，操作不簡便。采用“電化學(xué)絮凝—微孔精密水過濾”，則工藝簡單，操作方便，濾后水質(zhì)很清，COD去除率大于85%，過濾水可回用，或進(jìn)一步處理（如曝氣等）后直接排放。用微孔精密水過濾機(jī)還可進(jìn)行污泥脫水，定時排出干的濾渣。
3.4.3在酒槽廢水處理上的應(yīng)用：
以玉米和地瓜等為原料的酒精廠。蒸餾了酒精后，其廢水中還含有3~5%的殘渣。殘渣中含有大量玉米蛋白（以玉米為原料）或纖維質(zhì)（地瓜為原料）。對這種廢水如采用其它分離裝置，液體中一般還含有0.8~1%的懸浮物，難以達(dá)到清澈透明。采用微孔精密過濾機(jī)，可使液體的含固量小于5ppm，水質(zhì)透明，可回用或進(jìn)一步作生化處理后排放。從微孔精密水過濾機(jī)排出的濾渣均較干，濕含量70%左右，COD去除率可達(dá)55%，電單耗0.75度/米3。
3.4.4除塵洗滌廢水處理上的應(yīng)用：
目前多數(shù)工廠的氣體除塵采用濕法噴淋，使懸浮微塵與可溶性有害成份，均進(jìn)入洗滌水中，這水需要處理方可復(fù)用，一般先用“化學(xué)處理法”去除水中可溶性有害成份，然后進(jìn)行過濾分離，去除懸浮物。現(xiàn)在許多廠采用沉淀池或斜板分離。占地面積大，或設(shè)備龐大、分離效率不高，細(xì)微粒塵來不及沉淀又帶近循環(huán)噴淋水中，易導(dǎo)致噴淋器堵塞。此外還另需污泥脫水裝置（如壓濾機(jī)等）。微孔精密水過濾機(jī)內(nèi)可定時排出較干的污泥，不另配污泥脫水裝置。這方法也可用于含硫氣體的濕法處理。
3.4.5在陶瓷廢水處理上的應(yīng)用：
微孔精密水過濾機(jī)很成功地用于含陶瓷粉、玻璃粉等無機(jī)粉末的廢水，從微孔過濾機(jī)內(nèi)同時得到清澈透明的水與較干濾渣。如果廢水中粉末粒度小于0.5微米，形成的濾渣層比阻很大，單位面積處理能力太小。為了提高處理能力，可先用斜板沉降，再將大量上清水（含固量大為減少）進(jìn)入微孔精密過濾機(jī)進(jìn)行過濾，此時的水由于含固量小，過濾速率相對較快。然后將斜板沉降器下部沉降的濃漿水（其體積已相當(dāng)小）進(jìn)入微孔精密水過濾機(jī)進(jìn)行過濾，這種組合方法既保證得到很清澈的水，又使過濾機(jī)的處理能力不致下降太多。如果對陶瓷微粉不考慮回用，可考慮加一些無機(jī)絮凝劑，以增加顆粒粒度，提高處理能力。
4典型應(yīng)用實例：
4.1制取工業(yè)生產(chǎn)用水的應(yīng)用實例：
4.1.1已有不少廠采用微孔精密過濾機(jī)直接過濾深井水以制取生產(chǎn)用水，原水濁度5~10ppm，過濾后1ppm。
4.1.2一廠從一河流上游支流的水制取工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的洗滌水。原水濁度50~200ppm（隨季節(jié)而變化）。以Al2(SO4)3進(jìn)行管道絮凝與簡易砂濾，將濁度降至10ppm，再經(jīng)塑料微球的深層過濾，將濁度降至5ppm，然后經(jīng)微孔精密水過濾機(jī)，可將濁度降至1ppm。四臺微孔過濾機(jī)，過濾面積為150米3，每小時過濾60~70米3的水。
4.1.3一化工廠將自來水的濁度應(yīng)降到小于1ppm的水方可進(jìn)入電滲析，制取氯離子小于10ppm的低氯水。原水濁度5~10ppm，經(jīng)機(jī)械砂濾器，濁度降至3ppm，經(jīng)微孔精密過濾機(jī)就可達(dá)到小于1ppm。
4.1.4國內(nèi)有許多礦泉水生產(chǎn)廠采用微孔精密過濾機(jī)過濾水中0.5微米以上懸浮微粒與部分細(xì)菌，然后再進(jìn)入精度更高的微孔膜或超濾膜過濾器，繼續(xù)過濾殘余的細(xì)菌與部分病毒。微孔過濾機(jī)可以明顯減少微孔膜或超濾膜過濾器的負(fù)荷，延長使用壽命，使操作成本大幅度下降。
4.2處理工業(yè)廢水的應(yīng)用實例：
微孔精密水過濾機(jī)用于處理重金屬廢水在國內(nèi)的用戶已超過1000家，廢水或含中性氧化物或重金屬粉末或酸性重金屬離子及微溶的酸性金屬鹽等，包括各種重金屬元素；生產(chǎn)規(guī)模從每天處理幾米3至每天幾千米3，最早的用至今已十八年。不管原水中Cu2+濃度多少，過濾后的Cu2+均不超過0.2ppm，遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的1ppm的標(biāo)準(zhǔn)。
4.2.2一化工廠采用一臺微孔過濾機(jī)，過濾面積為100米2，過濾碳黑廢水，每小時25米3，每天500米3，原水碳黑濃度300~350ppm，過濾后小于1ppm。每天可回收150~170公斤碳黑，渣含水量約62%，微孔管已連續(xù)應(yīng)用四年。
4.2.3一煤礦采用微孔過濾機(jī)，總過濾面積為300米2，過濾礦井廢水，原水濁度70~100ppm，過濾后為1ppm，供生產(chǎn)回用（注射水槍用水）和煤礦工人飲用水。每小時處理150米3，每天3600米3。已連續(xù)應(yīng)用六年。國內(nèi)已有多家煤礦采用。
微孔精密過濾機(jī)早已成功用于含氟、硫廢水、酒精廢水、陶瓷廢水及洗塵廢水等，限于篇幅，不一一細(xì)敘。
五．設(shè)計計算：
微孔精密水過濾機(jī)能否成功用于工業(yè)生產(chǎn)用水與工業(yè)廢水，重要一環(huán)是作好選型前的試驗，計算以及工程設(shè)計。首先是微孔過濾管的毛細(xì)孔徑選型與過濾面積的計算，毛細(xì)孔徑需通過實驗確定，確定原則是既要保證過濾精度，又要保證不易堵塞，每次反吹再生有較高的再生效率。
毛細(xì)孔徑確定后，需計算過濾面積，計算過濾面積，計算前，必須測定原料液中固體微粒的濃度C與形成的濾渣層的平均比阻α。
如果α*t*c>Rm
則平均速度v可似按下式計算：
 
以上式中符號意義如下：
v——微孔精密過濾機(jī)的平均過濾速度 米3/米2秒
t——總過濾時間 秒
μ——水的粘度 公斤/米秒
Dp——過濾壓差 Mpa
Rm——微孔過濾管的阻力 1/米
α——濾渣層的平均比阻 1/米2
由平均過濾速度，根據(jù)每批處理量，就可很方便計算出所需的過濾面積。
關(guān)于平均比阻的測定比較復(fù)雜，最佳過濾壓差的確定也需計算，限于篇幅，這里不序介紹。
微孔過濾機(jī)
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幾種過濾方法能耗分析；
幾種金屬顆粒和化合物粒徑分布；
顆粒尺寸和對應(yīng)的過濾分離方式;