超濾膜組件技術復習過程

超濾膜組件講座北京(běijīnɡ)海德能科技有限公司第一頁，共68頁。1目錄超濾發(fā)展狀況超濾工作原理超濾膜與組件(zǔjiàn)工藝設計與計算超濾工藝流程超濾膜污染與再生超濾技術應用我們的服務第二頁，共68頁。2超濾發(fā)展(fāzhǎn)狀況1861年，Schmidt首次公開牛心胞膜截留阿拉伯膠實驗結果。1867年，Traube第一次制取人工(réngōng)超濾膜。（瓷板鐵青化銅）1907年，Bchhold定義“超濾”。1960年，Loeb與Sourirajan共同研制出CA超濾膜。1963年，Michaels創(chuàng)辦Amicon公司專門從事超濾膜生產與銷售。1965年以后已商業(yè)化、工業(yè)化70年代，首次研制出管式超濾膜與組件。80年代先后研制出中空纖維(xiānwéi)、板式、卷式超濾膜與組件。90年代已進入商業(yè)化與工業(yè)化的生產。第三頁，共68頁。3超濾工作(gōngzuò)原理超濾是一種能夠將溶液進行凈化、分離、濃縮的膜透過法分離技術。1、通量J=P（P1-P2）/LP為滲透系數；P1為液體靜壓差；P2為料液相與滲透相之間的滲透壓差；L為膜厚度。2、截留率R=1-C1/C2C1為滲透液的濃度；C2截留物側的值。3、切割分子量（MWCO）膜具有90%以上截留率的最小分子量物質。N=30/ln（2+1）4、濃度極化5、膜污染超濾膜性能(xìngnéng)1、孔隙率；2、結構形態(tài)；3、表面性能(xìngnéng)；4、機械強度；5、耐化學性操作參數----流速----壓力與壓力差----回收比與濃縮排放量----工作溫度定義(dìngyì):第四頁，共68頁。4超濾工作原理(yuánlǐ)示意在動力(dònglì)的驅使下，利用膜本身的篩分作用使物料得到凈化、濃縮。壓力(yālì)流速原料產品濃縮液第五頁，共68頁。5超濾膜與組件(zǔjiàn)1、材質：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。2、結構(jiégòu)：管式，中空纖維、平板式、卷式3、化學成分：有機，無機4、供應商：HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL第六頁，共68頁。6UF膜產品(chǎnpǐn)的概況膜材料種類：SPES，CTA，PES，PAN膜組件規(guī)格：12?組件（50或65m2）5?組件（10-12m2）3?組件（4m2）膜產地(chǎndì)：Hydecanme、德國Membrana、日本Daicel加拿大ZENONE公司、NITTO公司法國AQUAS第七頁，共68頁。7超濾膜污染(wūrǎn)與再生物理法高純水、熱水等反沖洗、正洗超聲清洗氣、水混合沖洗化學清洗法（循環(huán)(xúnhuán)、浸泡）酸洗堿洗消毒劑加酶洗第八頁，共68頁。8微孔(wēikǒnɡ)膜與超濾膜的區(qū)別微孔膜超濾膜孔徑范圍0.1～1.0μm0.001～0.1μm表征方式孔徑切割分子量反洗方式氣、水水膜材料通常為憎水材料通常分為親水和憎水材料使用范圍只要不易形成孔污染，均可使用膜表面可截留的范圍第九頁，共68頁。9超濾的截留(jiéliú)范圍截留率=0%水鹽可溶性固體截留率=部分BODCOD 小分子原料液滲透液非對稱膜懸浮固體膠體大分子物質截留率=100%原料流量壓力第十頁，共68頁。10超濾膜污染(wūrǎn)的成因表面吸附顆粒的堵塞——由于傳質過程(guòchéng)而形成的表面的附著——活性物質嵌入膜并生長聚集過程(guòchéng)透量堵塞(dǔsè)附著吸附操作時間制作工藝定期殺菌改變膜材料第十一頁，共68頁。優(yōu)質(yōuzhì)超濾膜的表征孔分布窄（如圖中紅線）沒有大孔缺陷（如圖中陰影部分）A：為質量好的超濾膜B：為質量差的超濾膜實際應用中的具體表現A：膜形成表面污染，透量易恢復(huīfù)B：膜易形成孔污染，透量不易恢復(huīfù)A：膜透量衰減的慢，B：膜衰減的快孔分布AB50,000150,0000.2μm

孔徑返回(fǎnhuí)第十二頁，共68頁。12親水性/非親水性膜的比較(bǐjiào)非親水性膜膠體(jiāotǐ)油蛋白(dànbái)膠體油蛋白雜質在膜表面狀態(tài):附著膠體油蛋白過濾反洗親水性膜膠體油蛋白膠體油蛋白雜質在膜表面狀態(tài):聚結成球狀反洗膠體油蛋白過濾第十三頁，共68頁。13常見(chánɡjiàn)膜材料的性能比較膜SPESCTACAPES*PAN*膜材料磺化聚醚砜醋酸纖維素聚醚砜聚丙烯腈切割分子量(kD)8015015030100內外徑(mm)0.7/1.00.8/1.30.8/1.30.8/1.3接觸角(deg)45～5050～5565～7052～58水膨脹率(%)7～84.7～6.50.4～0.62.5～3.6牛血清蛋白吸附量(mg/m2)0.40.53.51.3帶電性能(mV,PH7)-40-30-4.2-7.5PES*為沒有(méiyǒu)改性的PAN*為改性后的第十四頁，共68頁。14國內外產品性能(xìngnéng)比較0親水性非親水性永久親水性非永久親水性1膜材料磺化聚醚砜(SPES)三醋酸纖維(CTA)聚醚砜(PES)PS、PAN、PP、PE2親水性來源SO42-帶負電荷天然親水添加親水材料非親水性

3主要供應商德國membranaOKM日本DaicelOKM法國Aquas荷蘭X-Flow(Norit公司)海德能國外：美國高科，U.S.Filter國內：浙大，天紡、海洋所4操作壓力0.02～0.06MPa0.1～0.2MPa5化學清洗頻率低,2～3月/次頻率高第十五頁，共68頁。15典型(diǎnxíng)親水膜的操作特點0.02MPa0.12MPa1年2年3年操作(cāozuò)壓力(TMP)透量(FLUX)壽命(shòumìng)設計透量0.02MPa12030透量單位:L/m2·hr·25℃第十六頁，共68頁。16親水性膜與非親水性膜的

反洗及化學清洗(qīngxǐ)的比較操作(cāozuò)時間膜透量化學(huàxué)清洗化學清洗化學清洗化學清洗化學清洗化學清洗反洗后的透量接近100%恢復親水膜非親水膜反洗后的透量80～90%恢復返回第十七頁，共68頁。17臨界(línjiè)壓力或臨界(línjiè)流量的選擇純水切向流速(liúsù)高切向流速(liúsù)低死過濾△P△P3△P2△P1J3J2J1低于臨界壓力或臨界流量，可逆再生，采用反洗獲得穩(wěn)定流量；高于臨界壓力或臨界流量，不可逆再生，采用化學清洗J第十八頁，共68頁。18壓力壓力濃縮液錯流過濾(guòl(fā)ǜ)死過濾(guòl(fā)ǜ)錯流過濾(guòl(fā)ǜ)與死過濾(guòl(fā)ǜ)進料液透過液透過液進料液第十九頁，共68頁。19錯流過濾與死過濾的能耗(nénɡhào)比較備注：1、過濾介質為20℃水2、膜為內徑(nèijìnɡ)0.7mm的中空纖維3、回流比R=回流量/產水量透膜壓差(yāchà)，KPa第二十頁，共68頁。20UF膜的特點(tèdiǎn)強的親水性能低污染、易恢復、能長期維持穩(wěn)定的透量，特別是在原水水質較差的情況下較窄的孔分布(fēnbù)良好的截留性能和穩(wěn)定的出水水質較長的使用壽命實際運行中最長壽命可達6年膜組件的裝填面積(miànjī)大 獨特的“七芯”設計，裝填面積(miànjī)可達50～65平方米化學清洗的頻率低強的親水性，憑簡單的反沖洗便可恢復透量，大大降低了化學清洗的頻率良好的化學穩(wěn)定性允許廣泛的化學清洗第二十一頁，共68頁。21SPES膜橫截面電鏡照片(zhàopiàn)第二十二頁，共68頁。22CTA膜橫截面電鏡照片(zhàopiàn)CTA膜電鏡照片(zhàopiàn)第二十三頁，共68頁。23UF膜的主要(zhǔyào)性能指標膜型號HF-SPESHF-CTAHF-PANHF-PES膜材料磺化聚醚砜(SPES)三醋酸纖維素(CTA)聚丙烯腈(PAN)聚醚砜(PES)親水性永久親水天然親水憎水憎水切割分子量(Dalton)80K150K30K/150K6/10/30/500K纖維內外徑0.7/1.0mm0.8/1.3mm1.0/1.4mm0.8/1.3mm主要用途大規(guī)模水處理特殊分離反滲透預處理油水分離廢水處理反滲透預處理飲用水處理中水回收酶制劑濃縮除熱原發(fā)酵液的澄清果汁/果酒的澄清產地HYDECANMEHYDECANME日本Daicel日本Daicel第二十四頁，共68頁。24特殊(tèshū)超濾膜的性能膜型號HF/PANHF/PES膜材料聚丙烯腈聚醚砜切割分子量(KD)30150630150純水透量(L/m2·hr·0.1MPa·25℃)3006001000520800纖維內外徑(mm)1.0/1.51.4/2.00.5/1.00.8/1.30.8/1.3最高操作溫度45℃98℃膜組件的面積(5〞組件)主要應用領域酶制劑濃縮蛋白濃縮除熱原發(fā)酵液澄清果汁/果酒澄清第二十五頁，共68頁。25超濾膜組件(zǔjiàn)(12")第二十六頁，共68頁。26超濾膜組件(zǔjiàn)第二十七頁，共68頁。27UF膜組件(zǔjiàn)的性能指標用途大規(guī)模水處理一般用途組件規(guī)格12〞3〞5〞尺寸Φ310×1180Φ76×1100Φ100×1100膜面積(m2)65或504或8或10外殼材料環(huán)氧玻璃鋼ABS/PS粘接材料環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂端頭材料不銹鋼/FRPABS進口尺寸(mm)DN65DN20DN32出口尺寸(mm)DN65DN20DN25第二十八頁，共68頁。28UF的質量(zhìliàng)保證體系穩(wěn)定的膜材料及膜性能從膜材料制備到中空纖維的生產提供全程質量保證體系每根膜組件(zǔjiàn)都提供完整性檢測第二十九頁，共68頁。29中空膜組件(zǔjiàn)的完整性檢測觀察氣泡密封密封干凈空氣或氮氣0.1MPa原料側檢測(jiǎncè)方式滲透(shèntòu)側檢測方式觀察氣泡密封密封干凈空氣或氮氣0.1MPa第三十頁，共68頁。30油田(yóutián)回注水裝置第三十一頁，共68頁。31除熱源(rèyuán)裝置第三十二頁，共68頁。32第三十三頁，共68頁。3340噸/小時(xiǎoshí)反滲透預處理第三十四頁，共68頁。34工藝設計(shèjì)與計算1、超濾膜與組件的選用水與小分子物質透過速度快膜的機械強度好，經久耐用膜的截留(jiéliú)性能抗溶性與抗腐蝕截留(jiéliú)溶質的吸附性小膜組件的選用：板式：初級濃縮；管式：較高濃縮、廢水處理；卷式：水質凈化；中空纖維：水質凈化、預處理。第三十五頁，共68頁。35工藝(gōngyì)設計與計算2、工藝設計參數：----初始通量Q1----穩(wěn)定通量Qs----穩(wěn)定系數：Sm=Qs/Q1（0.6-0.8）----組裝系數Cm=Qr/Qm（Qr為單件實際透水量，Qm為系統(tǒng)透水量（0.9-0.96）3、主要影響因素溫度、壓力、料液濃度(nóngdù)、流速、膜材質等第三十六頁，共68頁。36溫度(wēndù)、壓力與通量的關系溫度(wēndù)與通量關系70050060080090010001100102030405011001000900800500600700壓力(yālì)與通量的關系0.020.040.060.08MPaL/h第三十七頁，共68頁。37UF膜組件(zǔjiàn)的工程設計參數系統(tǒng)的設計步驟典型的工藝流程圖設計的主要內容(nèiróng)系統(tǒng)的控制設計的主要參數流程圖第三十八頁，共68頁。38第一步第二步第三步確定最佳透量確定反洗頻率操作壓力選擇(xuǎnzé)合理的化學清洗確定控制系統(tǒng)設計(shèjì)清洗系統(tǒng)操作方式計算投資量和運行成本原水來源(自來水/地表水/地下水\廢水)操作方式(fāngshì)(錯流/死過濾)過濾通量操作壓力UF系統(tǒng)的設計小試中試實際設計第三十九頁，共68頁。39內循環(huán)式超濾工藝流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)運行化學(huàxué)反沖洗（水洗、氣洗）待機保護化學(huàxué)清洗第四十頁，共68頁。40典型(diǎnxíng)工藝流程圖成品(chéngpǐn)水箱NaClO加藥泵反洗泵原水泵(shuǐbèng)原水供水箱循環(huán)水反洗排污水恒流控制反洗排污水第四十一頁，共68頁。41超濾進水要求(yāoqiú)水中不溶解(róngjiě)固體含量<5wt%顆粒粒徑<140μm死過濾要求濁度<15NTU第四十二頁，共68頁。42超濾膜的操作(cāozuò)方式原料進口原料出口滲透液滲透液020壓力變化原料液30正常(zhèngcháng)操作反洗正洗原料進口原料出口滲透液020滲透液滲透液壓力變化原料液反洗出口(chūkǒu)10壓力變化反洗出口反洗進口反洗進口0滲透液原料液第四十三頁，共68頁。43膜及膜組件的選擇操作方式的確定(quèdìng)操作壓力的選擇設計透量的選擇膜面積的選擇反洗頻率/強度的選擇化學清洗的確定(quèdìng)操作程序的確定(quèdìng)超濾系統(tǒng)(xìtǒng)的設計第四十四頁，共68頁。44原料泵：變頻控制，實現恒流供水壓力：進水壓力/濃水壓力的控制流量：濃水流量/產水流量的控制溫度：進水溫度的控制流道控制：氣動(qìdònɡ)隔膜閥水質控制：進水/產水的濁度控制超濾系統(tǒng)(xìtǒng)的控制第四十五頁，共68頁。45UF膜的主要設計(shèjì)參數(一) 膜組件型號HUF10-90HUF10-90膜材料SPESCTA膜組件面積5m2、10m2、65m25m2、10m2、65m2操作方式死過濾/錯流操作/自動反洗/恒流控制使用條件設計壓力(TMP,MPa)0.02～0.06最大進口壓力(Mpa)0.4最高使用溫度(℃)98℃45℃PH范圍2～123～8設計透量60～100L/m2·hr·0.05MPa·25℃第四十六頁，共68頁。46UF膜的主要(zhǔyào)設計參數(二)膜組件型號HUF10-90HUF10-250反洗條件反洗壓力(Mpa)0.1～0.15最大不超過0.2反洗流量反洗流量是滲透流量的4倍反洗頻率1次/30～60min反洗時間30～90s/次化學清洗條件清洗頻率2～3月/次4～6月/次清洗劑的組成酸洗為檸檬酸(1%)堿洗為NaOHPH<12殺菌為NaClO(200ppm)酸洗為檸檬酸(1%)表面活性劑清洗殺菌為NaClO(200ppm)第四十七頁，共68頁。47典型(diǎnxíng)工藝流程圖第四十八頁，共68頁。48內循環(huán)式超濾運行(yùnxíng)工藝流程第四十九頁，共68頁。49內循環(huán)式超濾反洗工藝(gōngyì)第五十頁，共68頁。50內循環(huán)超濾待機(dàijī)消毒工藝第五十一頁，共68頁。51內循環(huán)(xúnhuán)超濾化學清洗工藝第五十二頁，共68頁。52UF膜的主要(zhǔyào)應用UF膜用于反滲透預處理(chǔlǐ)主要性能指標UF預處理(chǔlǐ)與傳統(tǒng)預處理(chǔlǐ)的比較成本分析UF膜用于油水分離油田回注水處理(chǔlǐ)凝結水處理(chǔlǐ)中水回用廢水處理(chǔlǐ)飲用水處理(chǔlǐ)第五十三頁，共68頁。53反滲透預處理膜種類HUF10-250出水水質SDI＜1～2出水濁度(zhuódù)≤0.1NTU對膠體去除率≥99%對懸浮固體去除率≥99%對TOC去除率≥30%操作壓力0.03～0.06MPa設計透量60～80L/m2·hr·0.05MPa·25℃第五十四頁，共68頁。54

UF預處理與傳統(tǒng)預處理方法(fāngfǎ)比較(一)UF預處理傳統(tǒng)預處理進水水質要求(濁度)3500NTU以下(yǐxià)200NTU 出水水質濁度（NTU）≤0.1≤3～5SDI(15mins)≤1.0≤3～5水的回收率90～95%耗水量大,85-90%自動化程度高 通常為半自動占地面積0.21第五十五頁，共68頁。55UF預處理傳統(tǒng)預處理對于反滲透系統(tǒng)的影響RO膜的使用壽命 5-6年 ≤3年RO膜不可逆污染 沒有 經常出現RO運行壓力 降低(jiàngdī)20%——RO清洗頻率 8-12月 3-4月RO產水量 增加20% ——反滲透的回收率75-80%70-75%UF預處理與傳統(tǒng)(chuántǒng)預處理方法比較(二)第五十六頁，共68頁。56預處理對海水淡化(dànhuà)RO系統(tǒng)的影響傳統(tǒng)預處理UF/MF做預處理1.設備投資1.0減少15%2.對RO系統(tǒng)的影響(yǐngxiǎng)2.1.回收率45%55%2.2.RO膜透量13L/m2·h18L/m2·h3.膜更換費用1.0減少26%4.總操作費用1.0減少10%注：以進水為38000mg/L，處理量為22700m3/day規(guī)模，操作壓力50~70bar條件下第五十七頁，共68頁。57油田(yóutián)回注水的處理膜種類HF-SPES對乳化油去除率≥99%對懸浮固體去除率≥99%對顆粒去除率 0.1-0.5μm顆?！?0% 0.5-1.0μm顆?！?0% 1.0-10μm顆?！?9.8%膜透量400L/m2·hr·0.1MPa·50℃操作(cāozuò)壓力0.08MPa第五十八頁，共68頁。58含油廢水(fèishuǐ)膜法處理工藝流程圖含油<5mg/l懸浮物含量(hánliàng)<1mg/l超濾組件(zǔjiàn)超濾體系油去除率>95%增壓泵注水站砂濾罐脫水站來水含油5000mg/l藥箱加藥泵效率80%~95%含量<1000mg/l除油罐沉降罐加絮凝劑排水口含量30～50mg/l懸浮物<20mg/l第五十九頁，共68頁。59廢油水分離(fēnlí)方法懸浮固體浮油乳化液已溶解固體濾芯過濾隔網重心沉淀凝聚過濾器API分離器繩帶撇油器撇油器超濾化學物理法加溫運走反滲透活性炭吸附生物處理分離(fēnlí)效益第六十頁，共68頁。60標準(biāozhǔn)超濾工藝圖解廢油水(yóushui)撇油器平衡(pínghéng)槽1至2天存儲表面活性劑添加(如需要)濃縮液收集槽液位控制流量計算器處理槽半天存儲UF低液位開關PH調節(jié)(如需要)PH調節(jié)(如需要)透過液透過液平衡槽平衡槽RO碳吸收透過液重用/排放or*200微米過濾器(只適用于中空纖維和卷式)**流量計算器為可選件.亦可安裝在超濾透過液線上如需要可