超滤膜组件技术

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1、 超滤膜组件讲座北京海德能科技有限公司1目 录 超滤发展状况 超滤工作原理 超滤膜与组件 工艺设计与计算 超滤工艺流程 超滤膜污染与再生 超滤技术应用 我们的服务2超滤发展状况1861年，Schmidt首次公开 牛心胞膜截留阿拉伯胶实 验结果。 1867年，Traube第一次制 取人工超滤膜。（瓷板铁 青化铜） 1907年，Bchhold 定义“ 超滤”。 1960年，Loeb与 Sourirajan共同研制出CA 超滤膜。 1963年，Michaels创办 Amicon公司专门从事超滤 膜生产与销售。 1965年以后已商业化、工 业化70年代，首次研制出管式超 滤膜与组件。 80年代先后研制

2、出中空纤维 、板式、卷式超滤膜与组件 。 90年代已进入商业化与工业 化的生产。3超滤工作原理超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜透过法分离技术。 1、通量 J=P（P1-P2）/L P为渗透系数；P1为液体静压差；P2为料液相与渗 透相之间的渗透压差；L为膜厚度。 2、截留率 R=1-C1/C2 C1为渗透液的浓度；C2截留物侧的值。 3、切割分子量（MWCO） 膜具有90%以上截留率的最小分子量物质。N=30/ln（2+1） 4、浓度极化 5、膜污染 超滤膜性能 1、孔隙率；2、结构形态；3、表面性能；4、机械强度；5、耐化学 性 操作参数 -流速 -压力与压力差 -回收比与浓缩排

3、放量 -工作温度定义:4超滤工作原理示意在动力的驱使下 ，利用膜本身的筛 分作用使物料得到 净化、浓缩。5超滤膜与组件1、材质：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。2、结构：管式，中空纤维、平板式、卷式3、化学成分：有机，无机4、供应商：HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL6UF膜产品的概况 膜材料种类：SPES，CTA，PES，PAN 膜组件规格：12组件（50或65m2）5组件（10-12m2）3组件（4m2） 膜产地： Hydecanme、德国Membrana、

4、日本 Daicel 加拿大ZENONE公司、 NITTO 公司 法国AQUAS7超滤膜污染与再生物理法高纯水、热水等反冲洗、正洗超声清洗气、水混合冲洗化学清洗法（循环、浸泡）酸洗碱洗消毒剂加酶洗8微孔膜与超滤膜的区别微孔膜超滤膜孔径范围0.11.0m 0.0010.1m 表征方式孔径切割分子量反洗方式气、水水膜材料通常为憎水材料通常分为亲水和憎 水材料使用范围只要不易形成孔污 染，均可使用膜表面可截留的范 围9超滤的截留范围截留率=0%水盐可溶性固体截留率=部分BODCOD小分子原料液渗透液非对称膜悬浮固体胶体大分子物质截留率=100%原料流量压力10超滤膜污染的成因表面吸附 颗粒的堵塞由于传

5、质过程而形成的 表面的附着活性物质嵌入膜并生长聚集过程透量透量堵塞堵塞附着附着吸附吸附操作时间操作时间11优质超滤膜的表征 孔分布窄（如图中红线） 没有大孔缺陷（如图中阴影部分 ） A：为质量好的超滤膜B：为质量差的超滤膜实际应用中的 具体表现 A：膜形成表面污染，透量易恢复B：膜易形成孔污染，透量不易恢复 A：膜透量衰减的慢， B：膜衰减的快孔分布AB50,000150,0000.2m 孔径返回12亲水性/非亲水性膜的比较非亲水性膜胶体 油蛋白胶体油蛋白杂质在膜表面状态:附着胶体油蛋白过滤反洗亲水性膜胶体 油蛋白胶体油蛋白杂质在膜表面状态:聚结成 球状反洗胶体油蛋白过滤13常见膜材料的性能比

6、较膜SPESCTACAPES*PAN* 膜材料磺化聚醚砜醋酸纤维素聚醚砜聚丙烯腈切割分子量(kD)8015015030100内外径(mm)0.7/1.00.8/1.30.8/1.30.8/1.3接触角(deg)4550505565705258水膨胀率(%)784.76.50.40.62.53.6牛血清蛋白吸附 量(mg/m2)0.40.53.51.3带电性能 (mV,PH7)-40-30-4.2-7.5PES*为没有改性的 PAN*为改性后的14国内外产品性能比较0亲水性非亲水性永久亲水性非永久亲水性1 膜材料磺化聚醚砜 (SPES)三醋酸纤维 (CTA)聚醚砜 (PES)PS、PAN、PP、

7、 PE 2 亲水性来源SO42-带负电 荷天然亲水添加亲水材料非亲水性3 主要供应商德国 membrana OKM日本Daicel OKM 法国Aquas荷兰X-Flow ( Norit公司) 海德能国外：美国高科 ，U.S.Filter 国内：浙大，天 纺、海洋所 4 操作压力0.020.06 MPa0.10.2 MPa5 化学清洗频率低,23月/次频率高15典型亲水膜的操作特点0.02MPa0.12MPa1年2年3年操作压力 (TMP)透量(FLUX)寿命设计透量0.02MPa12030透量单位:L/m2hr2516亲水性膜与非亲水性膜的 反洗及化学清洗的比较操作时间操作时间膜膜透量透量化

8、学清洗化学清洗化学清洗 化学清洗 化学清洗化学清洗反洗后的透量接 近100%恢复亲水膜非亲水膜反洗后的透量80 90%恢复返回17临界压力或临界流量的选择纯水纯水 切向流速切向流速高高切向流切向流速低速低死过滤死过滤P PP P3 3P P2 2P P1 1J J3 3J J2 2J J1 1低于临界压力或临界流量，可逆再生，采用反洗获得稳低于临界压力或临界流量，可逆再生，采用反洗获得稳定流量；定流量；高于临界压力或临界流量，不可逆再生，采用化学清洗高于临界压力或临界流量，不可逆再生，采用化学清洗J J18压力压力压力压力浓缩液浓缩液错流过滤错流过滤死过滤死过滤错流过滤与死过滤进料液进料液透过

9、液透过液透过液透过液进料液进料液19错流过滤与死过滤的能耗比较备注：1、过滤介质为20水2、膜为内径0.7mm的中空纤维3、回流比R=回流量/产水量透膜压差，KPa20UF膜的特点 强的亲水性能低污染、易恢复、能长期维持稳定的透量， 特别是在原水水质较差的情况下 较窄的孔分布良好的截留性能和稳定的出水 水质l 较长的使用寿命实际运行中最长寿命可达6年l膜组件的装填面积大独特的“七芯”设计，装填面 积可达5065平方米l化学清洗的频率低强的亲水性，凭简单的反 冲洗便可恢复透量，大大降低 了化学清洗的频率l良好的化学稳定性允许广泛的化学清洗21SPES膜横截面电镜照片22CTA膜横截面电镜照片CT

10、A膜电镜照片 23UF膜的主要性能指标膜型号HF-SPESHF-CTAHF-PANHF-PES 膜材料磺化聚醚砜 (SPES)三醋酸纤维素 (CTA)聚丙烯腈(PAN)聚醚砜(PES)亲水性永久亲水天然亲水憎水憎水切割分子量 (Dalton)80K150K30K/150K6/10/30/500K纤维内外径0.7/1.0 mm0.8/1.3 mm1.0/1.4 mm0.8/1.3 mm主要用途大规模水处理特殊分离反渗透预处理 油水分离 废水处理反渗透预处理 饮用水处理 中水回收酶制剂浓缩除热原 发酵液的澄清 果汁/果酒的澄清产地HYDECANMEHYDECANME日本Daicel日本Daicel

11、24特殊超滤膜的性能膜型号HF/PANHF/PES膜材料聚丙烯腈聚醚砜切割分子量(KD)30150630150纯水透量 (L/m2hr0.1MPa25 )3006001000520800纤维内外径(mm)1.0/1.51.4/2.00.5/1.00.8/1.30.8/1.3最高操作温度45 98 膜组件的面积(5组件)主要应用领域酶制剂浓缩 蛋白浓缩除热原 发酵液澄清 果汁/果酒澄清25超滤膜组件(12“)26超滤膜组件27UF膜组件的性能指标用途大规模水处理一般用途组件规格1235尺寸31011807611001001100膜面积(m2)65或504或8或10外壳材料环氧玻璃钢ABS/PS粘

12、接材料环氧树脂环氧树脂端头材料不锈钢/FRPABS进口尺寸(mm)DN65DN20DN32出口尺寸(mm)DN65DN20DN2528UF的质量保证体系 稳定的膜材料及膜性能从膜材料制备到中空纤维的生产提供全程质量保证体系 每根膜组件都提供完整性检测29中空膜组件的完整性检测观察气泡密封密封干净空气或氮气0.1MPa原料侧检测方式渗透侧检测方式观察气泡密封密封干净空气或氮气0.1MPa30油田回注水装置31除热源装置323340吨/小时反渗透预处理34工艺设计与计算1、超滤膜与组件的选用水与小分子物质透过速度快膜的机械强度好，经久耐用膜的截留性能抗溶性与抗腐蚀截留溶质的吸附性小膜组件的选用：板

13、式：初级浓缩；管式：较高浓缩、废水处理；卷式：水质净化；中空纤维：水质净化、预处理。35工艺设计与计算2、工艺设计参数：-初始通量Q1-稳定通量Qs-稳定系数：Sm=Qs/Q1 （0.6-0.8）-组装系数Cm=Qr/Qm（Qr为单件实际透水量，Qm为系统透水量（0.9-0.96）3、主要影响因素温度、压力、料液浓度、流速、膜材质等36温度、压力与通量的关系 温度与通量关系37UF膜组件的工程设计参数 系统的设计步骤 典型的工艺流程图 设计的主要内容 系统的控制 设计的主要参数 流程图38第一步 第二步 第三步确定最佳透量确定反洗频率操作压力选择合理的化学清洗确定控制系统设计清洗系统操作方式计

14、算投资量和 运行成本原水来源 (自来水/地表水/地 下水废水)操作方式(错流/死过滤)过滤通量 操作压力UF系统的设计小试 中试 实际设计39内循环式超滤工艺流程 运行 化学反冲洗（水洗、气洗 ） 待机保护 化学清洗40典型工艺流程图成品水箱NaClO加药泵反洗泵原水泵原水供水箱循环水反洗排污水恒流控制反洗排污水41超滤进水要求 水中不溶解固体含量95%95%增压泵增压泵注水站注水站砂砂 滤滤 罐罐脱水站来水脱水站来水含油含油5000mg/l5000mg/l药箱药箱加药泵加药泵效率效率80%95%80%95%含量含量1000mg/l1000mg/l除除 油油 罐罐沉沉 降降 罐罐加加絮凝剂絮凝

15、剂排水口排水口 含量含量303050mg/l50mg/l悬浮物悬浮物20mg/l20mg/l59废油水分离方法悬浮固体浮油乳化液已溶解固体滤芯过滤隔网重心沉淀凝聚过滤器API分离器绳带撇油器撇油器超滤化学物理法加温运走反渗透活性炭吸附 生物处理分离效益60标准超滤工艺图解废油水撇油器平衡槽 1至2天存储表面活性剂添加(如需要)浓缩液收集槽液位控制流量计算器处理槽半天存储UF低液位开关PH调节(如需要)PH调节 (如需要)透过液透过液平衡槽平衡槽RO碳吸收透过液重用/排放or*200微米过滤器(只适用于中空纤维和卷式)*流量计算器为可选件.亦可安装在超滤透过液线上如需要可选用61凝结水除油 膜种类 HF-SPES 进水含油量 20mg/l 出水含油量 1mg/l 对乳化油去除率 95% 最高操作温度 98 设计流量 400L/m2hr0.1MPa90 62中水回用处理 膜种类 HF-CTA 浊度去除率 90% 对SS去除率 8