中空超滤膜技术手册

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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 染物会在膜表面累积，

2、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（ D HS ）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产品水进水Schematic Cross Sectional View of HYDRAcap Membra1.2 应用

3、简介HYDRAcapT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，证实有以下的去除效果表 1 HYDRAcap性能成分去除效果微粒2p m2.53.5 logSDI出水V4病原体 4log *鞭毛虫(Giardia) 4log *隐抱子(Cryptosporidium) 4log *浊度出水 V0.1NTU *TOC去除025%加入凝聚剂后TOC去除率2550%*:加利福尼亚D

4、HS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

5、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 2 0 0NTU ，连续过滤时最大进水浊度为 100NTU 进水最高温度为40C1.5 HYDRAcap 组件参数表2 HYDRAcap膜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 道尔顿组件标准膜面积40 组件：320ft2(30m2) / 40-LD 组件：210ft2(19.5m2)60 组件：500ft2(46m2) / 60-LD 组件：325ft2(30.0m2)中空丝内径/外径普通组件：0.31ft(0.8mm) / 0.047f

6、t(1.3mm)LD 组件：0.047ft(1.2mm) / 0.80ft(2.0mm)使用条件预过滤150pm正常水诵量3285gfd (60150L/m2/hr)pH范围213连续余氯浓度可耐受100ppm间歇余氯浓度可耐受200ppm运行方式错流过滤或全量过滤、反洗最咼耐受压力60psi104F(40C)20 C时透膜压差(TMP)422psi (28150KPa)最高运行温度30psi最大透膜压差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)频率最多母隔1560分钟一次

7、，最少母天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)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 X e0Qi9(T-20)40 组件=(0.11 X 错流流量 gpm + 0.9) X 2.72卜0.014(20)给水至浓水压降60 组件=(0.19 X 错流流量 gpm + 1.8) X 2.72-0-0

8、14(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隔离网聚丙烯容器端盖Glass-filled 聚丙烯外壳与中心管PVC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(In tegrity testi ng)。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

9、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HYDRAcap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

10、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20C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

11、学清洗(Cleaning) 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NaOCI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

12、A正常过滤全量过滤A至C3285gfd错流过滤A 至 B,C3260gfd(0.20.4 m/s)L反洗过程顺向冲洗A至B0.4m/s顶端反洗C至B185gfd底部反洗C至A185gfd浸泡None两端反洗C 至 A,B185gfd化学清洗A 至 B,C30gfd(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，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HYDRA

13、BLOC。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PLC 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

14、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osub-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-38x40HYDRAcap1HYDRABLOC-AHYDRABLOC-CHYDRABLOC-E8x40HYDRAcap2HYDRABLOC-BHYDRABLOC-DHYDRABLOC-F24x60HYDRAcap1HYDRABLOC-MHYDRABLOC-PHYDRABLOC-S24x60HYDRAcap2HYDRABLOC-NHYDRABLOC-QHYDR