前言
膜分離技術由于其分離效率高，節能，高效，無二次污染，在能源供應緊張、資源日益短缺、生態環境惡化的今天，顯得尤為重要。但是膜污染引起的膜通量衰減問題已成為阻礙其工業化進程的一個關鍵問題。在工業應用中一般采用錯流過濾的方式來減少膜污染和控制濃差極化。但常規的錯流過濾，回收率較低，而且對于處理高濁水和高粘度溶液，為了減少膜污染，往往需要提高膜面流速來提高膜面的剪切力，但是這種剪切力增加有限，同時他也需要大功率的回流泵，從而導致消耗大量的能源。
超頻振動膜系統作為一項新型的膜分離技術，可以有效地提高膜面的剪切速度，抵抗膜污染，提高回收利用率，同時能夠節省大量的能源，在國外得到充足的開發和運用。而在國內對其研究較少，少數幾家公司通過引進超頻振動膜技術取得了良好的經濟和社會效益。
1超頻振動膜和常規錯流過濾比較
在錯流過濾中，原料以一定的組成進入膜器并平行流過膜表面，沿膜器的不同位置，原料組成逐漸變化。原料液分成兩股：滲透物流和濃縮物流，如圖1。超頻振動膜系統通過在膜面產生正弦切力波，如圖2。有效地阻止顆粒物質在膜面的沉積，而且強剪切力能夠使沉積在膜面的物質返回到料液中去。由圖1可以看出，錯流過濾膜膜面附近阻留物的濃度較高，而且產生了沉積層(凝膠層)，兩者都使膜過濾通量減少。而圖2則顯示，超頻振動膜表面無沉積物，膜過濾阻力小，從而保持較高的過濾通量。

                                                 進一步研究發現，相比較于傳統錯流過濾，超頻振動膜過濾具有的強抗阻特性在于他們
膜面的流速分布不同。傳統的錯流過濾雖然可以保持較高的膜面流速，但是由于粘性力的存在，使得膜面附近切向流速不大。而超頻振動膜的膜面切向速度決定于膜片的振動頻率和振幅，使得膜面流速大，中間流速小，從而獲得較大的剪切應力。
2超頻振動膜構造和特點
2.1組成及工作原理
   超頻振動膜可以簡單的分為由一個有著自有振動頻率的扭力桿連接的兩部分，如圖3。

 
一部分是在扭力桿上方的膜包組件，膜片在其中以較大的振幅振動。另一部分是振動裝置，以與膜包組件成比例的較小振幅振動。振動由變頻交流電動機引發，經由電動機軸承和偏心砝碼共同作用傳入振動裝置。由于偏心砝碼的擺動，振動裝置開始隨著發動機的轉速提升而振動。然后由扭力桿引起膜包組件的振動，但有180°的相變。當發動機的轉速達到共振頻率后，膜包組件的振幅達到*大，轉速繼續增大只會降低振幅。超頻振動膜要工作在不影響扭力桿壽命而能引起*大振幅的運行狀態下。
2.2超頻振動膜優點
(1)抗堵塞能力強
通過在膜面處引入高剪切力，使得凝膠層懸浮于膜表面，提高了過濾通量。研究表明：超頻振動膜的過濾通量是常規過濾的3倍~10倍。
(2)能量利用率高
常規過濾為了減少膜表面顆粒沉積，一般采用提高膜面流速來實現，但是由速度分布圖可以看出，其能量大部分消耗在膜內，能量利用率只有10%。超頻振動膜能夠在膜內特定的區域產生剪切力，能量利用率達到99%。
(3)占地面積少
由于膜片層疊而起，在豎直方向上可以層疊幾百片，在較小的平面內可以提供更大的膜面積。*新開發的一種超頻振動膜裝置占地1.8 m²，但它可以提供180 m²的膜面積。而且由于超頻振動膜裝置是模塊化的設計，可以簡單的擴大處理能力。
(4)應用范圍廣
可以用于處理含油廢水，洗衣廢水及垃圾滲濾液等高濁度和粘性較大，難以處理的料液。
(5)運行費用低
一個超頻振動膜組件系統只需要大約7.35 kW的振動動力電動機和3.65 kW的料液泵，膜組件不易受到污染。無論是資本投資還是運行維護都具有比較明顯的經濟優勢。
3超頻振動膜的運用
超頻振動膜系統是一項比較先進的技術，國內的運用相對較少，而國外已運用在很多領域，并取得良好的處理效果。
3.1在水處理方面的運用
在水處理方面，振動膜系統可以用來處理較大濃度的污廢水，并可以較大程度的循環利用水資源。給水工程中，常規的膜分離技術水回收率低和成本較高，超頻振動膜技術的出現使得這一問題得到解決，Greg Johnson等采用振動反滲透膜處理苦咸水，小試試驗表明：采用振動膜技術，大大減少了需要處理的濃縮液的體積，減少了處理的費用，而且使苦咸水的回收率達到98%。汽車制造業廢水的主要問題是COD含量遠遠大于排放標準。傳統的處理方法是經過預處理后再化學處理，*后進行反滲透。這種處理方法占用大量空間并且需要較高的操作費用。上海某公司將超頻振動膜系統和納濾系統聯合使用處理汽車制造廢水[7]，將COD值由300000 mg/l-降至300 mg/l，節省了空間同時也提高了經濟效益。洗衣廢水中主要的物質是固體懸浮物、油脂和陰離子表面活性劑(LAS)。若采用常規膜分離技術，由于膜污染嚴重，導致膜通量較小。美國加州西雅圖洗衣廠采用超頻振動膜過濾系統，使清水用于干洗的用量由常規膜分離時的17 L/kg~ 42 L/kg下降至2.5 L/kg~ 4.2 L/kg。相對于其他系統只能循環再用40%~50%的用水，振動膜過濾系統水回收再利用率達到90%以上。
3.2在食品加工業中的運用
珠江啤酒股份有限公司釀造廠運用超頻振動膜系統處理酵母溶液，發現該系統能節約能
耗，提高效率和產品質量。避免了大量未經處理的酵母排至污水，更加方便和節能；每年未計提折舊的稅前利潤達200多萬元，經濟上較合理。
3.3垃圾滲濾液的處理
滲濾液的處理在我國尚處于研究探索階段。由于缺乏必要的基礎研究和技術開發，加之滲濾液水質水量的復雜多變性，處理難度較大。傳統的生物處理法和物化方法，不是難以達標就是運行費用高。膜分離技術由于膜污染的問題阻礙了其發展。振動膜技術由于能夠阻礙膜污染的發生所以可以用于處理垃圾滲濾液。由垃圾滲濾液不同特性，振動膜可以以113.6 L/m的濾速去除85%~90%的一般污染物。流出的滲透液可以直接排放或者循環利用，濃縮液經脫水和化學處理等進一步處理。
3.4在廢油再生中的運用
潤滑油在使用一段時間后，由于受到污染或者自身變性，而導致報廢。但是廢潤滑油中的變質成分只占1%~25%，若不處理將會嚴重污染水體、土壤。制約膜分離運用于廢油再生的關鍵問題是廢油黏度高，膜污染嚴重。
超頻振動膜系統能夠處理粘性流體和有效的防止阻滯膜污染，解決了廢油膜法處理的技術瓶頸。香港正昌集團采用偉思(VSEP)振動膜處理裝置，開發出VMAT廢油再生系統。該系統能夠長時間穩定運行經VMAT過濾出的產品，產品質量優良，從化驗報告得知，磷、鋅、鈣大幅降低。
此外，超頻振動膜技術還可以應用于處理造紙廢水、印染廢水、PVC乳膠濃縮、產品脫水、固體分離、金屬氫氧化物的回收利用等方面。
4結語
超頻振動膜系統是膜處理技術的一項新的發展，它可以有效地阻礙膜污染的發生，即使雜質成分復雜、料液濃度較高也可以在不經預處理的情況下保持膜組件的高效連續運行。并且運行能耗較低，降低了運行成本，可以取得好的經濟效益。另外，超頻振動膜系統由于高度模塊化設計，便于組裝及擴大生產規模。目前國外有關超頻振動膜的研究和應用較多，國內這方面的研究還比較少，具有較好的研究前景。