摘要：由刚性的高分子烧结微孔过滤管组成的微孔精密水过滤机具有一系列其他固液分离装置达不到的优异性能，能解决工业生产上许多难滤物料的过滤难题。十几年来，在我国工业生产上获得普遍推广。在工业水处理领域，无论生产用水处理，或工业废水处理，也获得广泛应用，成为一类新型工业水处理的微孔精密水过滤机。本文系统介绍工业生产用水处理与工业废水处理的流程，并介绍一些典型应用实例。
由刚性高分子烧结微孔过滤管为过滤介质组装成的不同结构的微孔精密过滤机属表面过滤，过滤介质是刚性，机械强度较好，耐化学腐蚀性能又相当理想，这诸特性组合一起，使它具备一系列其它过滤分离装置达不到的综合优异性能，能解决工业生产上许多难滤物料的过滤难题。十几年来，这类新型过滤装置在我国各种工业生产领域获得普遍推广。在工业水处理领域，无论生产用水，或工业废水处理，也获得广泛应用，成为一类性能突出的工业水处理的微孔精密水过滤机。
1． 微孔精密过滤机的特点：
1.1过滤精度高：1微米以上的微粒均可滤住，1至0.5微米的微粒也大部分滤住。过滤后水质清澈透明。多数生产用水，经过滤后的浊度达到1ppm左右。许多工业废水，如重金属废水，一次过滤就可达到排放要求。
1.2排渣操作简便：采用压缩气体快速反吹法，可很简便地迅速地排除微孔过滤管上所形成的滤渣，这类渣既可是湿浆状，也可是干度达30~40%的干渣。
1.3微孔过滤管可以长期使用：以气液混合流的快速反吹法，可将堵塞在微孔管内的微粒大部分反吹出来，每次反吹再生效率达95%以上，再加上定时的化学再生，就可使微孔管长期使用。凡不能采用化学再生的物料可用。凡不能采用化学再生的物料，可用一年多，一般的可用三年多，最多者可用八年以上。
1.4操作机械化：过滤机具有气动快开卸渣的底盖，卸渣与再生时，不需人工装拆设备，操作可完全机械化。
1.5占地面积小：一台100米2的微孔精密水过滤机占地面积仅3米2左右，占地面积相对较小。
1.6动力消耗省：过滤压力一般在0.2Mpa左右，动力较省。
1.7易装组成自控操作。
2．微孔精密过滤机制备工业生产用水
对工业生产用水的要求有两类。一类只要求水的浊度符合要求，另一类除了浊度，对水中其它组份（如氯离子、纳离子等）也要达到特定指标。微孔精密水过滤机是一种去除浊度比较理想的装置。江、湖、地下水以及自来水等通过这种过滤机一般可达到1ppm，这水或直接作为工业生产用水，或作为其它净化装备（如离子交换、电渗析、超滤、反渗透等）的预处理，以提高这些净化装置的操作性能，或延长使用周期。
江、湖、地表水及地下水的原浊度有高有低。低的不超过5~10ppm，高的达到100~200ppm，低浊度的原水一般只需一级微孔精密水过滤机即可，对稍高或高浊度的原水必须有前级处理，否则再生操作太频繁，单位过滤面积的处理能力太低。即使是低浊度的水，如要制作超纯净水，为了减小再生次数，最好在精密微孔过滤机之前加一级深层的机械过滤器，这样整个系统操作更简单，也更经济些。
2.1低浊度原水的精密微孔过滤的流程：
对深井水、水质稳定的自来水、非山洪暴发期间的水库水可采用如下处理流程：

如要制作超纯水，一般需如下处理流程：
 
2.2高浊度原水的微孔精密过滤流程：
多数江、湖、地表水的浊度较高，季节不同，浊度变化较大，处理这类水，应先进行絮凝，使水中的胶体物絮凝成较粗的粒团。
通过深层机械过滤器，使浊度降到5ppm以下，然后进行微孔精密过滤，经过滤的水或直接作生产用水，或继续进入电渗析等净化装置，制作超纯净水。即：
 
或



上述流程只是一般流程，随原水条件及水质要求不同，流程会有变动。离子交换器往往不是一只装置，通常有阳离子交换器，阴离子交换器，甚至还有混合床交换器。
高浊度水，经絮凝所形成的絮状物。压缩性很大，不宜采用表面过滤，不然处理能力太低。应先进行深层机械过滤。
深层过滤对絮状物处理能力大，流量下降慢，但过滤精度低。微孔精密水过滤机的过滤精度高，但属表面过滤，流量下降快。如将两级串联，先深层，后微孔精密过滤，可互相取长补短，既可得到高精度的水，流量下降又较慢，整个操作系统相对比较平稳。
目前工业生产上普遍使用的深层过滤器主要使用石英砂、塑料微球或纤维球等分散介质。由于水中细菌与腐植质等作用，经一定时间运行后，很容易将分散介质粘结块状，再生时用水反吹，或用水和空气一起反冲洗，也难以完全分散，分散介质层中的局部结块会使整个滤层有局部沟流，导致过滤效率愈来愈低，出水浊度愈来愈高。
作者开发了可防止深层机械过滤器中结块的弊病，完全适宜高浊度的江、湖、地表水净化处理，它不仅可用于工业用水处理，也可用于制取民用生活饮用水。
3．微孔精密水过滤机处理工业废水：
微孔精密水过滤机的特异性能使它非常适宜处理含细颗粒的工业废水，一次过滤就可使废水清澈透明，不需其它更精密更复杂的装置，又可在微孔精密水过滤机内进行污泥脱水。其它一系列处理装置，如自然沉淀、气浮、斜管（或斜板）及深层机械过滤器等不可能具备这种过滤性能。
3.1微孔精密过滤机处理重金属废水：
重金属废水对人类危害最严重，因为重金属离子在自然界不仅不会自行净化，还会通过生物链不断富集，对人类健康与环境安全构成愈来愈大的损害。重金属废水有三大类：一是不溶的中性的重金属离子废水或重金属微粒的废水；二是酸性微溶的重金属盐废水；三是酸性重金属离子废水。三类废水，其处理工艺流程不完全相同。
3.1.1废水处理工艺流程
3.1.1.1不溶中性的重金属废水处理流程：

                                                  渣
含Pb3O4、CuO、Fe2O3、MnO2及各种重金属粉末的废水均属此类废水。由于在水中不溶，只要将这些悬浮物通过微孔精密过滤机滤住，其排放水就可达到排放标准，这水完全可以回用，从过滤机还可定时排出较干的滤渣。其流程较简单，如下：
 
化学药剂                          渣
3.1.1.2酸性重金属离子废水处理流程：
含Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cr6+、Ni2+、Al+3及Cd2+等离子的水属酸性重金属废水。
对这些酸性废水，需先进行化学处理，使之形成溶度积最低的化合物，然后通过微孔精密水过滤机进行精密过滤与滤渣脱水，排出的水均可达到排放标准，并能定时排出干渣。
3.1.1.3酸性微溶重金属盐废水的处理工艺：
化工等生产上此类废水不少，如硫酸铅、草酸铅、醋酸铅等。此类废水中既有大量不溶性重金属盐，又有一定量可溶性重金属盐，应先用微孔精密水过滤机将不溶性重金属盐滤住，然后按酸性重金属离子水的工艺进行化学处理与精密过滤。
 
渣                  化学药剂              渣       （回用或排放）清水
3.1.2酸性重金属离子废水的化学处理：
对酸性重金属离子废水，化学沉淀法比吸附法简单、可靠，成本低。国内外绝大多数采用化学沉淀法。该法通过化学药剂使重金属利息转化成溶度积最低的不溶中性化学沉淀。通过过滤精度很高的微孔精密水过滤机将这些沉淀微粒滤出来，该水就符合排放要求。
化学沉淀法目前国内外主要有中和法、硫化法与碳酸盐法三种。中和法是用NaOH或Ca(OH)2，作中和剂，使重金属离子形成重金属氢氧化物沉淀；硫化法是用可溶性硫化物(Na2S)，也可用微孔硫化物(FeS)作硫化剂，使重金属离子形成重金属硫化物沉淀物；碳酸盐法是用碳酸钠或碳酸氢钠，使金属离子形成正碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物。
三种化学处理法各有优缺点。
中和法的优点：（1）效果可靠。（2）成本低。（3）不产生污染废气。缺点：（1）PH控制范围小，操作要求高。（2）如废水中有络合剂，应先作破络处理。（3）对Cr6+废水，应先还原成Cr+3，方可进行中和反应。（4）反应所形成的氢氧化物，颗粒细而粘，压缩性大，过滤分离较困难。
碳酸盐法与中和法基本类似，但以往应用不多，因为碳酸钠与氢氧化钠比，碳酸钠贵得多，操作成本因而也高得多。如果两者操作成本相当，碳酸盐法还是有使用前景的。
硫化法的优点：（1）硫离子对重金属离子结合力强，即使废水中有氰与氨等络合剂，也不会干扰其硫化反应，不必预先进行破络。（2）硫离子有强还原作用，对Cr6+不必先进行还原反应。（3）形成的重金属硫化物颗粒粗，粘性与压缩性小，脱水容易，其缺点：（1）处理过程中易产生H2S气体，必须使反应池密闭，防止气体外逸而污染环境。（2）反应后废水中还有少量可溶性H2S，过滤水应通过活性炭吸附去除H2S后方可排放。
目前国内基本以中和法为主，美国大部分采用硫化法。
3.2微孔精密水过滤机处理非金属有害废水：
许多工业废水中含有害的非金属元素，如氟、硫等。对这些废水也先进行化学处理，使之形成溶性的沉淀物，然后进行微孔精密水过滤。采用吸附法，性能不稳定，很容易超标。
对含氟废水，一般投加Ca(OH)2、CaCl2或磷酸钙及硫酸铝等。
对含硫废水，应先进行氧化，使硫化物氧化成单体硫，然后过滤。为了提高氧化效率，最好往废水中投加一定量的催化剂。
以上处理方法已在生产上成功应用。
同样原理，本方法也适用于去除废水中磷与砷等有害元素。只要对每一种废水选择好处理药剂与处理工艺，使有害元素反应成不溶性沉淀物，通过微孔精密水过滤机，就可使废水中该元素达到排放标准。
3.3精密微孔过滤机用于处理化工生产废水：
化工生产上有大量悬浮物废水。不少悬浮物本身就是化工产品，如细结晶体，细聚合物及其它超细产品。只是目前许多厂虽已经采用一些沉淀池或旋液分离器进行回收，由于分离效率的限制，细小产品仍有许多收不回来。有的化工产品，价格很贵（如催化剂等），如不能滤住回收，则使大量宝贵财富不仅白白损失，反而变成污染环境的有害物。如采用微孔精密水过滤机则可把0.5~1微米以上的细粒完全滤住，既及时回收了化工产品，又防止环境污染。用该过滤机回收时应直接在其它分离设备的排放口，这样回收的产品不必重新处理。该技术已成功用于V2O5，对硝基苯酚钠、硫酸锰及碳黑等产品。也有企业打算用于回收聚苯乙烯与碳酸钠等。
3.4微孔精密过滤机在其它废水处理上的应用：
3.4.1在煤矿矿井中有大量细煤粉、细泥与腐植质，浊度50~100ppm，采用其它设备分离，如斜板、自然沉淀、无阀砂滤池，很难使出水水质能长期稳定地维持。采用微孔精密过滤机，则使过滤后的水的浊度一直维持1ppm，并可使过滤机的处理能力一直保持在设计值附近。国内已有多家煤矿采用这技术。
3.4.2在乳胶漆废水处理上的应用：
国内大多数采用“化学絮凝—沉淀—气浮—过滤”的处理工艺，这路线较复杂，操作不简便。采用“电化学絮凝—微孔精密水过滤”，则工艺简单，操作方便，滤后水质很清，COD去除率大于85%，过滤水可回用，或进一步处理（如曝气等）后直接排放。用微孔精密水过滤机还可进行污泥脱水，定时排出干的滤渣。
3.4.3在酒槽废水处理上的应用：
以玉米和地瓜等为原料的酒精厂。蒸馏了酒精后，其废水中还含有3~5%的残渣。残渣中含有大量玉米蛋白（以玉米为原料）或纤维质（地瓜为原料）。对这种废水如采用其它分离装置，液体中一般还含有0.8~1%的悬浮物，难以达到清澈透明。采用微孔精密过滤机，可使液体的含固量小于5ppm，水质透明，可回用或进一步作生化处理后排放。从微孔精密水过滤机排出的滤渣均较干，湿含量70%左右，COD去除率可达55%，电单耗0.75度/米3。
3.4.4除尘洗涤废水处理上的应用：
目前多数工厂的气体除尘采用湿法喷淋，使悬浮微尘与可溶性有害成份，均进入洗涤水中，这水需要处理方可复用，一般先用“化学处理法”去除水中可溶性有害成份，然后进行过滤分离，去除悬浮物。现在许多厂采用沉淀池或斜板分离。占地面积大，或设备庞大、分离效率不高，细微粒尘来不及沉淀又带近循环喷淋水中，易导致喷淋器堵塞。此外还另需污泥脱水装置（如压滤机等）。微孔精密水过滤机内可定时排出较干的污泥，不另配污泥脱水装置。这方法也可用于含硫气体的湿法处理。
3.4.5在陶瓷废水处理上的应用：
微孔精密水过滤机很成功地用于含陶瓷粉、玻璃粉等无机粉末的废水，从微孔过滤机内同时得到清澈透明的水与较干滤渣。如果废水中粉末粒度小于0.5微米，形成的滤渣层比阻很大，单位面积处理能力太小。为了提高处理能力，可先用斜板沉降，再将大量上清水（含固量大为减少）进入微孔精密过滤机进行过滤，此时的水由于含固量小，过滤速率相对较快。然后将斜板沉降器下部沉降的浓浆水（其体积已相当小）进入微孔精密水过滤机进行过滤，这种组合方法既保证得到很清澈的水，又使过滤机的处理能力不致下降太多。如果对陶瓷微粉不考虑回用，可考虑加一些无机絮凝剂，以增加颗粒粒度，提高处理能力。
4典型应用实例：
4.1制取工业生产用水的应用实例：
4.1.1已有不少厂采用微孔精密过滤机直接过滤深井水以制取生产用水，原水浊度5~10ppm，过滤后1ppm。
4.1.2一厂从一河流上游支流的水制取工业生产产品的洗涤水。原水浊度50~200ppm（随季节而变化）。以Al2(SO4)3进行管道絮凝与简易砂滤，将浊度降至10ppm，再经塑料微球的深层过滤，将浊度降至5ppm，然后经微孔精密水过滤机，可将浊度降至1ppm。四台微孔过滤机，过滤面积为150米3，每小时过滤60~70米3的水。
4.1.3一化工厂将自来水的浊度应降到小于1ppm的水方可进入电渗析，制取氯离子小于10ppm的低氯水。原水浊度5~10ppm，经机械砂滤器，浊度降至3ppm，经微孔精密过滤机就可达到小于1ppm。
4.1.4国内有许多矿泉水生产厂采用微孔精密过滤机过滤水中0.5微米以上悬浮微粒与部分细菌，然后再进入精度更高的微孔膜或超滤膜过滤器，继续过滤残余的细菌与部分病毒。微孔过滤机可以明显减少微孔膜或超滤膜过滤器的负荷，延长使用寿命，使操作成本大幅度下降。
4.2处理工业废水的应用实例：
微孔精密水过滤机用于处理重金属废水在国内的用户已超过1000家，废水或含中性氧化物或重金属粉末或酸性重金属离子及微溶的酸性金属盐等，包括各种重金属元素；生产规模从每天处理几米3至每天几千米3，最早的用至今已十八年。不管原水中Cu2+浓度多少，过滤后的Cu2+均不超过0.2ppm，远低于国家规定的1ppm的标准。
4.2.2一化工厂采用一台微孔过滤机，过滤面积为100米2，过滤碳黑废水，每小时25米3，每天500米3，原水碳黑浓度300~350ppm，过滤后小于1ppm。每天可回收150~170公斤碳黑，渣含水量约62%，微孔管已连续应用四年。
4.2.3一煤矿采用微孔过滤机，总过滤面积为300米2，过滤矿井废水，原水浊度70~100ppm，过滤后为1ppm，供生产回用（注射水枪用水）和煤矿工人饮用水。每小时处理150米3，每天3600米3。已连续应用六年。国内已有多家煤矿采用。
微孔精密过滤机早已成功用于含氟、硫废水、酒精废水、陶瓷废水及洗尘废水等，限于篇幅，不一一细叙。
五．设计计算：
微孔精密水过滤机能否成功用于工业生产用水与工业废水，重要一环是作好选型前的试验，计算以及工程设计。首先是微孔过滤管的毛细孔径选型与过滤面积的计算，毛细孔径需通过实验确定，确定原则是既要保证过滤精度，又要保证不易堵塞，每次反吹再生有较高的再生效率。
毛细孔径确定后，需计算过滤面积，计算过滤面积，计算前，必须测定原料液中固体微粒的浓度C与形成的滤渣层的平均比阻α。
如果α*t*c>Rm
则平均速度v可似按下式计算：
 
以上式中符号意义如下：
v——微孔精密过滤机的平均过滤速度 米3/米2秒
t——总过滤时间 秒
μ——水的粘度 公斤/米秒
Dp——过滤压差 Mpa
Rm——微孔过滤管的阻力 1/米
α——滤渣层的平均比阻 1/米2
由平均过滤速度，根据每批处理量，就可很方便计算出所需的过滤面积。
关于平均比阻的测定比较复杂，最佳过滤压差的确定也需计算，限于篇幅，这里不序介绍。
微孔过滤机
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