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1、 超滤系统培训手册超滤系统培训手册 美国科氏滤膜系统有限公司美国科氏滤膜系统有限公司 KOCH MEMBRANE SYSTEMS INC. 1 目目 录录 页码页码 10 总则总则 3 11 目的 3 12 工作范围 3 20 水处理用超滤术语水处理用超滤术语 4 30 操作原理操作原理 6 31 超滤膜的过滤原理 6 32 超滤膜污染及控制 8 33 影响超滤膜性能的因素 8 34 超滤运行模式 8 35 超滤清洗程序 10 36 超滤系统回收率 11 40 Targa10 膜组件参数膜组件参数 12 50 Targa10 膜组件操作条件膜组件操作条件 13 60 膜组件化学清洗膜组件化学清
2、洗 14 61 膜件清洗药剂 14 62 膜件清洗步骤 14 70 膜组件储存条件膜组件储存条件 16 80 启动前检查清单启动前检查清单 17 90 初次启动准备初次启动准备 18 91 安全措施 18 92 管道冲洗 18 93 初次清洗 18 94 膜件安装 18 100 中空纤维超滤系统描述中空纤维超滤系统描述 20 101 超滤系统常规配置 20 102 系统状态 20 110 中空纤维超滤系统操作中空纤维超滤系统操作 26 111 生产模式 1 26 2 112 生产模式 2 27 113 反洗模式 27 114 清洗模式 28 115 漂洗模式 30 116 完整性检测模式 30
3、 120 故障排除故障排除 32 130 其他其他 34 附录附录 1 中空纤维超滤膜件修补程序中空纤维超滤膜件修补程序 35 附录附录 2 系统组成系统组成 40 附录 3 超滤系统图附录 3 超滤系统图 附录 4 1 0 “ T a r g a 膜件端盖连接安装示意图附录 4 1 0 “ T a r g a 膜件端盖连接安装示意图 3 1 .0 总总 则则 1.1 目的目的 本培训资料主要提供有关 Koch Membrane Systems Inc.（简称 KMS）中空纤维超滤系统的操作原理 和基本操作规程。 1.2 工作范围工作范围 本资料所涵盖的系统范围请参考科氏公司的 P&ID 图纸
4、 KMSCN-HF40-SP-010203。本系统为科 氏滤膜系统公司推荐的适用于大多数水源水质的超滤处理系统，该系统主要包括以下主要部分： 超滤预处理装置； 超滤装置：2 套，其中每套装置包含 40 支 10”72”膜元件（10”直径，72”长度， 35mil 内径） CIP（就地清洗）装置：1 套 反洗装置：1 套 4 2.0 水处理用超滤术语水处理用超滤术语 不对称膜不对称膜 Anisotropic Membrane 一种人工合成聚合中空纤维，由一层致密而很薄的内膜 及自我支撑的不对称海绵状外层结构构成。这层内膜起 着半透水超滤膜的作用。 平均透膜压差平均透膜压差 Average Tra
5、ns-membrane Pressure（TMP） 产水侧和原水进出口压力平均值的差异， 平均透膜压差（P进P出）/2P产水 反洗反洗 Back-flush/Back-Wash 从中空纤维外侧把透过液质量的水输向内侧。因为水被 从反方向透过纤维,从而松解并冲走了膜表面的污物。 注意：在此过程中纤维膜内侧无压力。 胶体污染胶体污染 Colloidal Fouling 在中空纤维内侧膜表面形成的胶体沉淀层。 浓缩或排放液浓缩或排放液 Concentrate or Reject 原水中不能透过膜的那部分，它包含了比原水浓度高的 颗粒，胶体，细菌和热原体等杂质。 浓差极化浓差极化 Concentrat
6、ion Polarization 原水中的悬浮物在膜表面聚集的现象。纤维内的高剪力 （高流速）能降低极化。 错流错流 Cross Flow 浓水沿平行于有效膜面方向流动，有助于冲刷掉膜表面 的污染物碎片。 化学加强反洗化学加强反洗 Chemical Enhanced Backwash 在反洗水中加入化学药剂（酸、碱、次氯酸钠等）进行 反洗，通常伴随有浸泡。 压力差压力差 Differential Pressure 纤维膜件进出口压力差。压力差 DPP进 - P出 下向流下向流 Downward Flow 超滤膜组件的循环流向按照自组件顶部向底部的方向流 动。 快冲快冲 Fast-Flush 给
7、水从中空纤维内部快速通过，带走反洗松动的的杂 质；快冲过程一般在每次反洗过后执行。 原水原水 Feed Water 进入超滤系统的水，然后分为产水及浓缩液。 5 通量通量 （透水率）透水率） Flux 产水透过膜的流率，通常表达为每天每平方英尺膜面积 产多少加仑的水（gfd）， gfd = lmh x 0.59 正流正流 Forward Flow 排放液的循环流动方向，对垂直安装的膜件常指向上运 动。 凝胶层凝胶层 Gel Layer 在运行的超滤膜有效内侧表面形成的一层高浓度或固体 沉淀物层，通常为高分子物质。往往是凝胶层的渗透性 而不是过滤膜的渗透性决定了超滤水通量（这会导致与 实际滤膜的
8、截留分子量相比更紧密的过滤效果）。 截流分子量截流分子量 Molecular Weight Cutoff 膜的一种特性，描述对一种已知进料体系中溶质的公称 截留率，即被截留污染物的最小尺寸。 公称截留公称截留 Nominal Cut Off 在一已知溶质的单一溶液体系中，对溶质截留率达到最 大（通常为 90%）时对应的膜孔径大小。 透过液，产水透过液，产水 Permeate 透过滤膜的那部分水，基本上无胶体，颗粒和微生物。 回收率回收率 Recovery 产水占总原水的百分比。 %回收率产水/原水100 滞留物滞留物 Retentate 也称为浓缩液。进水中无法通过滤膜的部分，包括有浓 度高于
9、其进水中含量的被截留固体物。 滞留物排放滞留物排放 Retentate Bleed 滞留物中自超滤单元排放掉的或再循环的部分。此排放 过程防止被截留固体物在膜过滤侧发生积累。 交错流交错流 Reversal Flow 液体交错进入膜件内。 水从上进液管进入膜件内， 过一 段时间后改成从下进入，这样交错变化以改进膜内流动 条件 上向流上向流 Upward Flow 超滤膜组件的循环流向按照自组件底部向顶部的方向流 动。 6 3.0 操作原理操作原理 3.1、超滤膜的过滤原理、超滤膜的过滤原理 超滤膜通常由表面一层非常薄而致密的皮层和该皮层底下多孔的不对称支撑层构成。致密皮层为功 能层，起到过滤和
10、截留污染物的作用。正是这层机械屏障有效地防止了大分子物质和微生物通过滤 膜。这些被滤膜系统保留和阻挡下来的物质在浓水排放、反冲洗或清洗中脱离开系统。 图图 3.1 按颗粒大小分离按颗粒大小分离 超滤是一种流体在膜表面的切向流动，其利用较低的压力驱动并按溶质的分子量大小来分离和过 滤，是一种物理分离过程，不发生任何相变。超滤膜的孔径大约在 0.002 至 0.1 微米范围内 （MWCO 约为 1,000-500,000）。溶解物质和比膜孔径小的物质将作为透过液透过滤膜，不能透过 滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水，离子，和小分子量物质，而胶 体物质，大分子物质，颗粒，细菌
11、，病毒和原生动物等将被膜截留，通过浓水排放、反冲洗和化学 清洗而去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。 科氏滤膜利用错流过滤原理，其有助于在过滤原水时清洁滤膜表面。进水沿滤膜表面水平方向流 动，而不是沿滤膜垂直方向流向滤膜。流过膜表面的水流速度产生一个清扫作用，移动并带走滤膜 表面的碎片污物。 8-17 压压 力力 排排 水水 错流过滤错流过滤 细细 菌菌 7 截留率 ： 0%部分 100% 水、盐类 溶解固体 小分子 BOD、COD 不对称膜 产水 压力驱动, P 进水流向 , Q 悬浮固体 胶体 金属沉淀物 大分子物质 进水或浓水 通量, J 截留率 ： 0%部分 100% 水、盐
12、类 溶解固体 小分子 BOD、COD 不对称膜 产水 压力驱动, P 进水流向 , Q 悬浮固体 胶体 金属沉淀物 大分子物质 进水或浓水 通量, J 科氏公司超滤膜件是将中空纤维膜丝组装在膜壳内，然后两端进行封装。原水沿膜纤维内部流入， 与滤膜表面呈平行向流动。原水能够流经每一根中空纤维，从组件一端流到另一端，不会与过滤后 的水接触。过滤后的水或称透过液出口是一支多孔的中心管。透过液自中空纤维丝流出汇集到这一 中心管中，然后经膜件两端分别流出，如下图所示。 Permeate Out Retentate Out Feed Water In Permeate Out 透过液出透过液出 浓水出浓水
13、出 原水进原水进 透过液出透过液出 8 3.2、超滤膜的污染及控制、超滤膜的污染及控制 经过一段时间的运行之后，伴随着污染物在膜表面的截留和堆积，膜的通量会下降，或运行压力会 升高。根据国际纯粹和应用化学协会（IUPAC，International Union of Pure and Applied Chemistry） 的定义，由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜的表面、孔隙和孔隙内壁从而造成膜通量降低的过程称 为膜污染。根据该定义，膜污染可划分为如下过程：膜表面滤饼层的压实和形成、浓差极化、膜孔 的堵塞、膜孔内壁的吸附。 超滤膜的污染控制方法可以从膜材料的改性、膜组件的设计以及操作方式上进行考虑
14、。对膜材料进 行改性，使其具有更高的亲水性和耐污染性。膜组件设计要尽量减少容易藏污纳垢的过滤死点和连 接点，如在水处理中采用中空纤维超滤膜件。操作方式上可以选择错流、反洗、气水反洗、正洗 （快冲）、化学反洗以及化学清洗等措施来稳定和恢复膜的通量。 3.3、影响超滤膜性能的因素影响超滤膜性能的因素 ? 透膜压力， ? 颗粒浓度， ? 流速， ? 粘度， ? 工厂操作， ? 温度， ? 前处理条件， ? 温料液污染特征及生物活性 3.4、超滤运行模式、超滤运行模式(Operation Mode) 中空纤维超滤膜可按照死端或全流过滤（Dead-end）、单通错流过滤（Single-pass）和循环错
15、流过 滤（Recirculation）三种运行模式操作。 原水 产水 死端过滤模式死端过滤模式 （Dead-end） ? 适于更低固悬物含量和污染物含量进水 ? 通常对前处理要求高 ? 水通量较低 ? 工艺流程简单 ? 工艺灵活性差，不适用于进水变化大的情况， 清洗方式受限 ? 运行能耗低 ? 膜表面易污染，清洗间隔时间短 9 原水 浓水1-8 产水 原水 浓水1-8 产水 原水 浓水 产水 原水 浓水 产水产水 死端全流过滤（死端全流过滤（Dead-end）：）：当超滤进水悬浮物、浊度和 COD 值低，如洁净的地下水、山泉水 等水质，或超滤前处理较严格，如有砂滤器、多介质过滤器等过滤，超滤可按照全流/死端过滤模式 操作。此过滤模式与传统过滤相仿，原水进入超滤膜件，100%经过超滤膜过滤后自透过液侧产 出。被超滤膜截流的大分子颗粒物、胶体等杂质在超滤定时反冲洗、快冲和化学清洗过程中排出。 单通错流过滤（单通错流过滤（Single Pass）：）：一般上当原水中悬浮物和胶体含量较低时可按单通错流过滤模式来 操作。原水以较低的错流流速进入膜件，浓水以一定比例从膜件另一头排出。产水在膜件透过液侧 产出，运行回收率通常是 9299，这由原水中微粒的浓度来
