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1、中空超滤膜 HYDRAcap技术手册1. 超滤系统的运行和设计1.1 技术介绍HYDRAcap 是一种中空纤维超滤膜组件，其平均截留分子量为 150,000 道尔顿。一个直径为 8.9 英寸（225mm）的 HYDRAcap 组件包含大约 12,000 条内径为 0.8mm 的中空丝, 中空丝的化学成分为聚醚砜，是一种耐有机污染的亲水性材料。过滤方式是由内向外，也就是说原水在中空丝内部流动，而滤液沿径向向外穿过中空丝。HYDRAcap 超滤膜是专为去除微粒而设计的。水被施压后透过滤膜，微粒则留在中空膜的内表面。由于膜上的微孔很小，用这种技术可以有效地除去所有悬浮物包括微生物再内。这些污染物会在
2、膜表面累积，因此，需要周期性地用逆向的水流来清除污染物(即反洗) 。海德能公司提供两种尺寸的 HYDRAcap 组件。其外径都是大约 9 英寸，内含 12,000 根中空丝。一种组件长为 60 英寸，另一种长度为 40 英寸。由于 HYDRAcap 有除菌除病毒性能，在处理地表水和井水作为饮用水的项目时十分理想，HYDRAcap 已经成功地取得了加利福尼亚州卫生局（ DHS）在饮用水方面的认证，此外，HYDRAcap 对于去除胶体物质也很有效。同时对于反渗透系统而言，也是一种极好的预处理手段。图 1 Filtrate Fed Filtrate Capilary fibers Epoxy tub
3、e shet Epoxy tube shet Figure 1-Schematic Cros Sectional View of HYDRAcap Membrane Asmbly Fed Conc .Conc. Core Tube 产品水进水 浓水环氧树脂密封 中空丝 中心管 环氧树脂密封 1.2 应用简介HYDRAcap适用于下列情况：1.2.1 处理地表水和井水用于饮用(符合地表水处理规定)1.2.2 反渗透的预处理，如: 高度污浊的地表水 海水 1.2.3 深度处理废水(tertiary)的回收利用 1.3 过滤性能：目前为止，已经对 HYDRAcap 用各种各样的水源进行了测试，证实有
4、以下的去除效果：表 1 HYDRAcap性能成分 去除效果微粒2 m 2.53.5 logSDI 出水4病原体 4log *鞭毛虫 (Giardia) 4log *隐孢子 (Cryptosporidium) 4log *浊度 出水 0.1NTU *TOC 去除 025%加入凝聚剂后 TOC 去除率 2550%*：加利福尼亚 DHS 认证 *：测试时给水浊度最高为 50NTU海德能公司认为 HYDRAcap 组件有许多优点，如： HYDRAcap 能抗氧化，并且允许长期处于 100ppm 浓度的游离氯环境 HYDRAcap 是一种超滤膜，可有效去除水中 99.99%以上的细菌和病毒。海德能公司目
5、前已经完成了加利福尼亚州卫生局(DHS)的测试，证实 HYDRAcap 适用于饮用水的处理，DHS 已经认证 HYDRAcap 的细菌和病毒去除率可达 4 log HYDRAcap 适用 pH 值范围宽泛，为 213。因此不易受化学损伤。而且，它能用标准柠檬酸和氢氧化钠/次氯酸钠溶液清洗，而不需要特别的化学药品 HYDRAcap 为亲水性膜且抗污染1.4 进水要求 HYDRAcap 需要精度为 150m 的预过滤，以防止中空丝不可恢复的堵塞 进水浊度最大峰值为 200NTU，连续过滤时最大进水浊度为 100NTU 进水最高温度为 401.5 HYDRAcap 组件参数表 2 HYDRAcap膜
6、的工艺参数构造 中空丝膜聚合物 亲水性聚醚砜MWCO(截流分子量) 100,000150,000 道尔顿40 组件：320ft 2(30m2) / 40-LD 组件：210ft 2(19.5m2)组件标准膜面积60 组件：500ft 2(46m2) / 60-LD 组件：325ft 2(30.0m2)普通组件：0.31ft(0.8mm) / 0.047ft(1.3mm)中空丝内径 / 外径LD 组件：0.047ft(1.2mm) / 0.80ft(2.0mm)使用条件预过滤 150m正常水通量 3285gfd (60150L/m2/hr)pH 范围 213连续余氯浓度可耐受 100ppm间歇余
7、氯浓度可耐受 200ppm运行方式 错流过滤或全量过滤、反洗最高耐受压力 60psi最高运行温度 104(40 )20时透膜压差(TMP) 422psi (28150KPa)最大透膜压差 30psi过程设计条件反洗压力 35psi (240KPa)反洗水流量 185gfd (315L/m2/hr)反洗频率 每隔 1560 分钟一次反洗时间 每次 3060 秒加药反洗(CEB) 频率 最多每隔 1560 分钟一次，最少每天 12 次加药反洗(CEB) 时间 每次 110 分钟加药反洗所用药剂通常 (用于灭菌消毒) 使用 15ppm 的次氯酸钠或 30ppm 的过氧化氢其它 (如用于除去混凝剂)
8、pH 为 2 的柠檬酸或 pH 为 12 的 NaOH化学清洗频率 每隔 12 月一次化学清洗用药剂 柠檬酸 / NaOH + NaOCl中空丝透膜压差 (TMP) = (给水压力+浓水压力) / 2 - 产水压力温度修正中空丝内外压差(TCTMP) = TMP e0.019(T-20)40 组件 = ( 0.11 错流流量 gpm + 0.9) 2.72-0.014(T-20)给水至浓水压降60 组件 = ( 0.19 错流流量 gpm + 1.8) 2.72-0.014(T-20)1.6 结构和材料表 3 HYDRAcap 组件各部分材质部件 材质中空纤维丝 聚醚砜密封材料 环氧树脂纤维束
9、隔离网 聚丙烯容器端盖 Glass-filled 聚丙烯外壳与中心管 PVC图 2膜元件型号 A 英寸(mm) B CHYDRAcap40 43 (1092) 46 (1172) 47 47 (11971203mm)HYDRAcap60 63 (1600) 66 (1680) 67 67 (17051711mm)1.7 HYDRAcap运行方式说明以下是对 HYDRAcap 组件怎样运行的说明，大部分系统将遵循相同的原理。HYDRAcap 有四种运行模式：正常过滤 (Processing)、反洗 (Back Wash)、化学清洗(Cleaning)和完整测试 (Integrity testin
10、g)。在正常过滤(Processing)模式中，过滤出清洁的水。过滤方式可以是全量过滤(Directflow)，也可以是错流过滤(Crossflow)。在全量过滤方式中，所有 HYDRAcap 组件的进水都透过膜得以净化。而错流方式则类似于反渗透系统，会在运行中形成一股“浓水”，这股“浓水”有一切向速度沿膜表面流动。“浓水”一般全部或部分循环回到给水中。HYDRAcap 系统装置一般全量过滤运行，但在进水浊度高时会自动切换成错流过滤方式。在运行中，固体颗粒物在膜表面积累。因此，需要过滤后的水对膜进行短时间的清洗或反洗，以恢复膜的性能。通常系统自动控制程序被设置成每隔 1560 分钟便对 HYD
11、RAcap 膜进行约60 秒钟的反洗(Back Wash)，有时加入氯 (1050ppm)进行反洗以对膜进行灭菌消毒。为了达到清洁膜表面的最佳效果，HYDRAcap 的反洗过程有几个步骤： 正向冲洗 反洗一：反洗水从给水口排放 反洗二：反洗水从浓水口排放 浸泡 冲洗 其细节将在以后描述。衡量超滤膜性能的一个重要指标是 TMP，即透膜压差，它是指中空丝内平均给水压力与渗透液压力之间的差值，它能够反映膜表面的污染程度。一个新组件在 20时开始运行时，其TCTMP(温度修正透膜压差)为 36psi，但是当系统经过初期调试后，TCTMP 反而可降至13psi，这样的现象是正常的，与组件的完整性无关。随
12、着固体物在膜表面的积累，TCTMP随之增大。反洗能够使透膜压差降低，但是反洗并不能达到 100%的恢复效果。当温度修正透膜压差达到 20psi 时，便需要对膜进行化学清洗。化学清洗(Cleaning)一般要将单套装置从系统中断开，用低 pH 值的柠檬酸溶液循环清洗，然后用高 pH 值的 NaOH 和 NaOCl 溶液循环清洗。也可根据污染物类型采用其它清洗溶液。在偶尔情况下，HYDRAcap 组件中空丝会发生破裂，破坏了其完整性(Integrity)。破裂的中空丝会使透过的颗粒物增加。尤其当系统用于饮用水处理时，找出破裂的纤维并将其隔离是十分重要的。当单套装置从系统中隔离开后，可以用一个简单的
13、压力气泡试验来鉴定其膜丝的完整性。如果发现有破裂纤维，可以在中空丝端部插入针栓，使其与系统永久隔离。图 3 显示了 HYDRAcap 组件内单根中空丝在各工况时的水流方式模式 流向 流量正常过滤 全量过滤 A 至 C 3285gfd错流过滤 A 至 B,C 3260gfd(0.20.4m/s)反洗过程 顺向冲洗 A 至 B 0.4m/s顶端反洗 C 至 B 185gfd底部反洗 C 至 A 185gfd浸泡 None 两端反洗 C 至 A,B 185gfd化学清洗 A 至 B,C 30gfd(0.1m/s)完整性检测 进气 B 至 A(空气) 密封加压 B 至密封端 注意：当以错流方式运行时，
14、每次反洗后，制水( 错流过滤) 时流动方向和正冲洗的流动方向都要与清洗前相反，如从“A 至 B”变为“B 至 A”。参阅 HYDRAcap 试验运行数据以获得更详细资料。1.8 HYDRAcap单元模块介绍海德能公司将 HYDRAcap 组件组合在一起，称为 HYDRABLOC。HYDRABLOC 在正常过滤、反洗、化学清洗和完整性测试方面与单个 HYDRAcap 组件相同。所有的 HYDRAcap 组件在 HYDRABLOC 中都是并联运行的。每个 HYDRABLOC 单元包括组件、自动阀门、检测仪表、支撑框架和连接管路。此外，海德能公司推荐每一个 HYDRABLOC 都有自己的局部控制 P
15、LC和操作界面。HYDRABLOC 有以下优点： HYDRABLOC 由重量相对较轻的 8.9直径 HYDRAcap 组件构成，每个 HYDRAcap 组件有 3 个 2直径的维多利亚卡环固定，拆装只需约 2 分钟 HYDRAcap 组件可以垂直安装在 HYDRABLOC 上，减少占地并便于检查维护 海德能公司生产两种模块装置“sub-Blocs ”，仅由 HYDRAcap 膜组件、管路和支持框架组成(不含阀门仪表)。多个“sub-Blocs ”可以拼装成一个 HYDRABLOC 整体，它有独立的阀门仪表和控制盘。一个由 8 支 40HYDRAcap 组件构成的 sub-Blocs，适于产水量
16、小于 158 吨/ 小时(1mgd)的系统，另一种由 24 支 60HYDRAcap 给件构成的 sub-Blocs，适于产水量大于 158吨/小时(1mgd)的系统。sub-Blocs 可垂直或水平放置，两侧最多可以各放置 3 个( 小型系统为2 个)。组合类型见下表。表 4 HYDRABLOC 类型sub-Blocs基本单元sub-Blocs垂直方向层数sub-Blocs水平方向数量-1sub-Blocs水平方向数量-2sub-Blocs水平方向数量-3840HYDRAcap 1 HYDRABLOC-A HYDRABLOC-C HYDRABLOC-E840HYDRAcap 2 HYDRABLOC-B HYDRABLOC-D
