超濾膜組件技術(shù)[內(nèi)容充實(shí)]

1、超濾膜組件講座 北京海德能科技有限公司,1,醫(yī)學(xué)精制,目 錄,超濾發(fā)展?fàn)顩r 超濾工作原理 超濾膜與組件 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 超濾工藝流程 超濾膜污染與再生 超濾技術(shù)應(yīng)用 我們的服務(wù),2,醫(yī)學(xué)精制,超濾發(fā)展?fàn)顩r,1861年，Schmidt首次公開牛心胞膜截留阿拉伯膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 1867年，Traube第一次制取人工超濾膜。（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(chǎn)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

2、代先后研制出中空纖維、板式、卷式超濾膜與組件。 90年代已進(jìn)入商業(yè)化與工業(yè)化的生產(chǎn)。,3,醫(yī)學(xué)精制,超濾工作原理,超濾是一種能夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜透過法分離技術(shù)。 1、通量 J=P（P1-P2）/L P為滲透系數(shù)；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/C2 C1為滲透液的濃度；C2截留物側(cè)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(zhì)。N=30/ln（2+1） 4、濃度極化 5、膜污染 超濾膜性能 1、孔隙率；2、結(jié)構(gòu)形態(tài)；3、表面性能；4、機(jī)械強(qiáng)度；5、耐化學(xué)性 操作參數(shù) -流速 -壓力與壓力差

3、-回收比與濃縮排放量 -工作溫度,定義:,4,醫(yī)學(xué)精制,超濾工作原理示意,在動力的驅(qū)使下，利用膜本身的篩分作用使物料得到凈化、濃縮。,膜,壓力,流速,原料,產(chǎn)品,濃縮液,5,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜與組件,1、材質(zhì)：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。 2、結(jié)構(gòu)：管式，中空纖維、平板式、卷式 3、化學(xué)成分：有機(jī)，無機(jī) 4、供應(yīng)商： HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL,6,醫(yī)學(xué)精制,UF膜產(chǎn)品的概況,膜材料種類：SPES，CTA，PES，PAN 膜組件規(guī)格：12組件（50或65

4、m2） 5組件（10-12m2） 3組件（4m2） 膜產(chǎn)地： Hydecanme、德國Membrana、 日本 Daicel 加拿大ZENONE公司、 NITTO 公司 法國AQUAS,7,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜污染與再生,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(xué)清洗法（循環(huán)、浸泡） 酸洗 堿洗 消毒劑 加酶洗,8,醫(yī)學(xué)精制,微孔膜與超濾膜的區(qū)別,9,醫(yī)學(xué)精制,超濾的截留范圍,非對稱膜,10,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜污染的成因,表面吸附 顆粒的堵塞由于傳質(zhì)過程而形成的 表面的附著活性物質(zhì)嵌入膜并生長聚集過程,透量,堵塞,附著,吸附,操作時間,制作工藝,定期殺菌,改變膜材料,11,醫(yī)

5、學(xué)精制,優(yōu)質(zhì)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(zhì)量好的超濾膜 B：為質(zhì)量差的超濾膜實(shí)際應(yīng)用中的 具體表現(xiàn) A：膜形成表面污染，透量易恢復(fù) B：膜易形成孔污染，透量不易恢復(fù) A：膜透量衰減的慢， B：膜衰減的快,返回,12,醫(yī)學(xué)精制,親水性/非親水性膜的比較,非親水性膜,膠體,油,蛋白,膠體,油,蛋白,雜質(zhì)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(zhì)在膜表面狀態(tài):聚結(jié)成球狀,反洗,膠體,油,蛋白,過濾,13,醫(yī)學(xué)精制,常見膜材料的性能比較,PES*為沒有改性的 PAN*為改性后的,14,醫(yī)學(xué)精制,國內(nèi)外產(chǎn)

6、品性能比較,15,醫(yī)學(xué)精制,典型親水膜的操作特點(diǎn),0.02MPa,0.12MPa,1年,2年,3年,操作壓力 (TMP),透量 (FLUX),壽命,設(shè)計(jì)透量,120,30,透量單位:L/m2hr25,16,醫(yī)學(xué)精制,親水性膜與非親水性膜的反洗及化學(xué)清洗的比較,操作時間,膜透量,化學(xué)清洗,化學(xué)清洗,化學(xué)清洗,化學(xué)清洗,化學(xué)清洗,化學(xué)清洗,反洗后的透量接近100%恢復(fù),親水膜,非親水膜,反洗后的透量8090%恢復(fù),返回,17,醫(yī)學(xué)精制,臨界壓力或臨界流量的選擇,純水,切向流速高,切向流速低,死過濾,P,P3,P2,P1,J3,J2,J1,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

7、于臨界壓力或臨界流量，不可逆再生，采用化學(xué)清洗,J,18,醫(yī)學(xué)精制,錯流過濾,死過濾,錯流過濾與死過濾,19,醫(yī)學(xué)精制,錯流過濾與死過濾的能耗比較,備注： 1、過濾介質(zhì)為20水 2、膜為內(nèi)徑0.7mm的中空纖維 3、回流比R=回流量/產(chǎn)水量,透膜壓差，KPa,20,醫(yī)學(xué)精制,UF膜的特點(diǎn),強(qiáng)的親水性能 低污染、易恢復(fù)、能長期維持 穩(wěn)定的透量， 特別是在原水水質(zhì) 較差的情況下 較窄的孔分布 良好的截留性能和穩(wěn)定的出水水質(zhì) 較長的使用壽命 實(shí)際運(yùn)行中最長壽命可達(dá)6年,膜組件的裝填面積大 獨(dú)特的“七芯”設(shè)計(jì)，裝填面積可達(dá)5065平方米 化學(xué)清洗的頻率低 強(qiáng)的親水性，憑簡單的反沖洗便可恢復(fù)透量，大大降

8、低了化學(xué)清洗的頻率 良好的化學(xué)穩(wěn)定性 允許廣泛的化學(xué)清洗,21,醫(yī)學(xué)精制,SPES膜橫截面電鏡照片,22,醫(yī)學(xué)精制,CTA膜橫截面電鏡照片,CTA膜電鏡照片,23,醫(yī)學(xué)精制,UF膜的主要性能指標(biāo),24,醫(yī)學(xué)精制,特殊超濾膜的性能,25,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜組件(12),26,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜組件,27,醫(yī)學(xué)精制,UF膜組件的性能指標(biāo),28,醫(yī)學(xué)精制,UF的質(zhì)量保證體系,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(chǎn) 提供全程質(zhì)量保證體系 每根膜組件都提供完整性檢測,29,醫(yī)學(xué)精制,中空膜組件的完整性檢測,原料側(cè)檢測方式,滲透側(cè)檢測方式,30,醫(yī)學(xué)精制,油田回注水裝置,31,醫(yī)學(xué)精制,除熱源裝置

9、,32,醫(yī)學(xué)精制,33,醫(yī)學(xué)精制,40噸/小時反滲透預(yù)處理,34,醫(yī)學(xué)精制,工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算,1、超濾膜與組件的選用 水與小分子物質(zhì)透過速度快 膜的機(jī)械強(qiáng)度好，經(jīng)久耐用 膜的截留性能 抗溶性與抗腐蝕 截留溶質(zhì)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(zhì)凈化；中空纖維：水質(zhì)凈化、預(yù)處理。,35,醫(yī)學(xué)精制,工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算,2、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)： -初始通量Q1 -穩(wěn)定通量Qs -穩(wěn)定系數(shù)：Sm=Qs/Q1 （0.6-0.8） -組裝系數(shù)Cm=Qr/Qm（Qr為單件實(shí)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、流速、膜材質(zhì)等

10、,36,醫(yī)學(xué)精制,溫度、壓力與通量的關(guān)系,溫度與通量關(guān)系,700,500,600,800,900,1000,1100,10,20,30,40,50,1100,1000,900,800,500,600,700,壓力與通量的關(guān)系,0.02,0.04,0.06,0.08,MPa,L/h,37,醫(yī)學(xué)精制,UF膜組件的工程設(shè)計(jì)參數(shù),系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 典型的工藝流程圖 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 系統(tǒng)的控制 設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 流程圖,38,醫(yī)學(xué)精制,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 合理的化學(xué)清洗,確定控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)清洗系統(tǒng) 操作方式 計(jì)算投資量和 運(yùn)行成本,原水來源 (自來水/地表水/地

11、下水廢水) 操作方式 (錯流/死過濾) 過濾通量 操作壓力,UF系統(tǒng)的設(shè)計(jì),小試 中試 實(shí)際設(shè)計(jì),39,醫(yī)學(xué)精制,內(nèi)循環(huán)式超濾工藝流程,運(yùn)行 化學(xué)反沖洗（水洗、氣洗） 待機(jī)保護(hù) 化學(xué)清洗,40,醫(yī)學(xué)精制,典型工藝流程圖,成品水箱,NaClO,加藥泵,反洗泵,原水泵,原水,供水箱,循環(huán)水,反洗排污水,恒流控制,反洗排污水,41,醫(yī)學(xué)精制,超濾進(jìn)水要求,水中不溶解固體含量5wt% 顆粒粒徑140m 死過濾要求濁度15NTU,42,醫(yī)學(xué)精制,超濾膜的操作方式,正常操作,反洗,正洗,反洗出口,43,醫(yī)學(xué)精制,膜及膜組件的選擇 操作方式的確定 操作壓力的選擇 設(shè)計(jì)透量的選擇 膜面積的選擇 反洗頻率/強(qiáng)度

12、的選擇 化學(xué)清洗的確定 操作程序的確定,超濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì),44,醫(yī)學(xué)精制,原 料 泵： 變頻控制，實(shí)現(xiàn)恒流供水 壓 力： 進(jìn)水壓力/濃水壓力的控制 流 量： 濃水流量/產(chǎn)水流量的控制 溫 度： 進(jìn)水溫度的控制 流道控制： 氣動隔膜閥 水質(zhì)控制： 進(jìn)水/產(chǎn)水的濁度控制,超濾系統(tǒng)的控制,45,醫(yī)學(xué)精制,UF膜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)(一),46,醫(yī)學(xué)精制,UF膜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)(二),47,醫(yī)學(xué)精制,典型工藝流程圖,48,醫(yī)學(xué)精制,內(nèi)循環(huán)式超濾運(yùn)行工藝流程,49,醫(yī)學(xué)精制,內(nèi)循環(huán)式超濾反洗工藝,50,醫(yī)學(xué)精制,內(nèi)循環(huán)超濾待機(jī)消毒工藝,51,醫(yī)學(xué)精制,內(nèi)循環(huán)超濾化學(xué)清洗工藝,52,醫(yī)學(xué)精制,UF膜的主要應(yīng)用,UF

13、膜用于反滲透預(yù)處理 主要性能指標(biāo) UF預(yù)處理與傳統(tǒng)預(yù)處理的比較 成本分析 UF膜用于油水分離 油田回注水處理 凝結(jié)水處理 中水回用 廢水處理 飲用水處理,53,醫(yī)學(xué)精制,反滲透預(yù)處理,膜種類 HUF10-250 出水水質(zhì) SDI12 出水濁度 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 0.030.06MPa 設(shè)計(jì)透量 6080L/m2hr0.05MPa25,54,醫(yī)學(xué)精制,UF預(yù)處理與傳統(tǒng)預(yù)處理方法比較(一),UF預(yù)處理 傳統(tǒng)預(yù)處理 進(jìn)水水質(zhì)要求(濁度) 3500NTU以下 200NTU 出水水質(zhì) 濁度（NTU） 0.1 35 SDI(15

14、mins) 1.0 35 水的回收率 9095% 耗水量大,85-90% 自動化程度 高 通常為半自動 占地面積 0.2 1,55,醫(yī)學(xué)精制,UF預(yù)處理 傳統(tǒng)預(yù)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(jīng)常出現(xiàn) RO運(yùn)行壓力 降低20% RO清洗頻率 8-12月 3-4月 RO產(chǎn)水量 增加20% 反滲透的回收率 75-80% 70-75%,UF預(yù)處理與傳統(tǒng)預(yù)處理方法比較(二),56,醫(yī)學(xué)精制,預(yù)處理對海水淡化RO系統(tǒng)的影響,傳統(tǒng)預(yù)處理 UF/MF做預(yù)處理 1. 設(shè)備投資 1.0 減少15% 2. 對RO系統(tǒng)的影響 2.1. 回收率 45% 55% 2.

15、2. RO膜透量 13L/m2h 18L/m2h 3. 膜更換費(fèi)用 1.0 減少26% 4. 總操作費(fèi)用 1.0 減少10% 注：以進(jìn)水為38000mg/L，處理量為22700m3/day規(guī)模，操作壓力5070bar條件下,57,醫(yī)學(xué)精制,油田回注水的處理,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 0.1-0.5 m 顆粒 80% 0.5-1.0 m 顆粒 90% 1.0-10 m 顆粒 99.8% 膜透量 400L/m2hr0.1MPa50 操作壓力 0.08MPa,58,醫(yī)學(xué)精制,含油廢水膜法處理工藝流程圖,含油5mg/l 懸浮物含量 1mg/

16、l,超濾組件,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3050mg/l 懸浮物20mg/l,59,醫(yī)學(xué)精制,廢油水分離方法,分離效益,60,醫(yī)學(xué)精制,標(biāo)準(zhǔn)超濾工藝圖解,廢油水,撇油器,平衡槽,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(jì)算器,處理槽,半天 存儲,UF,低液位開關(guān),PH調(diào)節(jié) (如需要),PH調(diào)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

17、于中空纖維和卷式),*流量計(jì)算器為可選件.亦可安裝在超濾 透過液線上,如需要可選用,61,醫(yī)學(xué)精制,凝結(jié)水除油,膜種類 HF-SPES 進(jìn)水含油量 20mg/l 出水含油量 1mg/l 對乳化油去除率 95% 最高操作溫度 98 設(shè)計(jì)流量 400L/m2hr0.1MPa90,62,醫(yī)學(xué)精制,中水回用處理,膜種類 HF-CTA 濁度去除率 90% 對SS去除率 80% 對BOD去除率 80% 對大腸桿菌去除率 100% 設(shè)計(jì)流量 100-150L/m2hr0.1MPa25,63,醫(yī)學(xué)精制,HF-CTA膜用于飲用水的處理,64,醫(yī)學(xué)精制,HUF-CTA大組件的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù),透膜壓差（kPa）,溫度（）,原水