科氏超滤膜技术手册

工业水, 废水超滤 中空纤维产品应用手册 美国 Koch 科氏滤膜系统公司 目录 一 、 美国 Koch 科氏滤膜系统公司介绍 二、关于此手册 三、 水超滤术语 四、水应用超滤基础 1、 膜分离过程分类介绍 2、 膜结构的分类 3、 应用 4、 超滤流程 5、 系统回收率 6、 超滤在系统中的配置 7、 超滤清洗程序 8、 超滤作为前处理的优势 五 、KOCH 工业水中空超滤膜管产品介绍 1、 KOCH 膜管命名 2、去除效果 3、 KOCH 超滤水处理应用 4、 TARGATM工业水处理 8”/10”中空纤维膜组件参数及操作条件 5、 KOCH 常用中空膜管膜面积 6、膜架 7、 KOCH 中空超滤膜管前处理应用导则 (8“ 和 10“ 膜管 ) 8、 KOCH 中空超滤膜管温度与通量校正曲线 六、 KOCH 中空超滤系统操作程序实例 七、 实例分析及研讨资料 八、 附录 1、 各类中空膜管尺寸图 2、系统流程图3、膜架尺寸图 4、大系统设备布置图 5、系统照片 一 、 美国 Koch 科氏滤膜系统公司介绍 美国 Koch 科氏滤膜系统公司 (Koch Membrane Systems Inc., 简称 : KMS) 是美国最大的私人企业科氏工业集团 (Koch Industry Inc.) 的全资子公司，科氏工业集团年营业额超过 500 亿美元。 Koch 滤膜公司是全球最大的错流滤膜生产商，能够提供从微滤、超滤、纳滤和反渗透等所有过滤精度的错流膜过滤产品及系统，膜件的结构形式包括中空纤维式、卷式、管式三种。 Koch 滤膜公司在 Abcor 公司基础上建立，已拥有超过 40 年的滤膜制造和应用经验，尤其在近十几年内， Koch 滤膜公司先后收购了世界上几大最具影响力的滤膜产品公司，而真正成为膜分离领域具有最完善产品链的先锋厂商。 null Koch 公司在 1963 年 Abcor 公司基础上建立， 1985 正式更名为 Koch Membrane Systems Inc. Abcor 于 1975 年在美国发明了卷式超滤膜。 null Koch 于 1991 年收购美国 Romicon 公司 -世界上中空纤维膜的发明者。 Romicon 公司于 1973 年发明了中空纤维超滤膜。 Romicon 中空纤维膜具有比其他同类产品更强的抗污染性和更长的寿命。 null Koch 于 1997 年收购以色列 MPW 公司的 SelRO 生产线。犹太科学家于 70 年代在以色列发明了世界最早的纳滤膜，取名为 SelRO(Selective RO)。至今尚未有任何其它专业厂商能够生产出类似于 SelRO 系列产品能够耐强酸、强碱及有机溶剂的超滤、纳滤有机膜产品。 null Koch 于 1998 年收购了美国 Fluid Systems 流体公司世界上反渗透膜的发明者。流体公司于 1977 年发明的卷式 TFC 复合膜已经成为现在水处理脱盐行业的标准。流体反渗透产品以极高的脱盐率，同类产品中最低的运行压力和长久的使用寿命闻名于世。流体反渗透产品更因其卓越的抗污染性能，而广泛用于各类废水处理項目中。流体独有的 8” 直 径 60”长度 (1.5 米 )膜组件使得大规模 RO 系统的安装变得容易，并因大为减少的密封点而使系统整体脱盐率和一次试车成功的几率大为提高。而近年开发的 17直徑 60长度的反渗透膜组件已是大规模系统的另一经济、可靠选择。 当今 ,Koch 滤膜系统公司拥有世界上最完善的研发设备和先进的膜生产、检测系统，汇集了来自美国、以色列、中国和日本等国众多顶尖科学家。 美国科氏滤膜公司高品质的过滤膜组件和系统科氏滤膜公司提供不同结构 ,主要有管式，卷式和中空纤维 ;不同材质 ,PS,PVDF,PAN,PES 等 ;不同过滤精度 ,从微滤、超滤、纳滤到反渗透最全面的分离级别和不同应用标准的膜分离过滤產品为您提供了广阔空间 ,以及一站购齐式 (One Stop)的服务。 Koch 的产品广泛应用于医药 /生化技术，废水，工业 /民用/饮用水，电泳涂装，乳制品，食品，饮料等各个行业。此外，我们还提供上百种与这些产品匹配的各类化学清洗剂及阻垢剂。 Koch 滤膜公司的产品已经广泛地应用于中国各大行业的领先企业中 ,其对滤膜产品品质与稳定性的要求也是最严格的 ,如秦山核电站补给水超滤系统；国内最大的冶金系统废水回用太原钢铁厂 22368 吨 /天反渗透系统；上海宝钢、鞍山钢铁、本溪钢铁的乳化油废水的超滤浓缩系统；上海大众、通用、广州本田、长安福特、一汽大众、金杯等国内 90以上汽车整车生产厂家的电泳漆超滤系统；上海大众、无锡托灵顿、广州机场等的高含油及杂质的废水超滤处理系统；鲁抗、华北制药、南宁 OnlyTime、丰原生化、升华拜克等医药，抗生素生产厂家的耐强酸、碱、溶剂超滤、纳滤系统；上海万德、天成、科华等国内主要染料厂的染料脱盐纳滤系统 ,国内 70%以上果汁生产厂家的超滤澄清系统。Koch 的膜产品已成为国内先进生产科技的代表。 公司致力于： 1. 为客户提供包括整套系统，膜组件，化学药剂和技术支持的一站式服务，以在竞争中处于主导地位。 2. 帮助客户用最新最先进的膜产品和膜化学分离技术解决问题。公司定位于水处理及各类特种膜应用行业的一个技术领先者，而不是一个 Me Too（我也能）的公 司 . 最为重要的，我们需要您的支持。 Koch 滤膜公司的总部及微滤、超滤、纳滤产品工厂位于美国东部的麻省，反渗透产品工厂位于美国西部的加州。 欢 迎 浏 览 我 们 的 网 站 : 3. 中国办事处 中国上海浦东张扬路 188 号 汤臣中心 A 座 #24-12 电话： 86-21-58407426/27 传真： 86-21-58407752美國 总部 Koch Membrane Systems, Inc. 850 Main Street , Wilmington, MA 01887-3388 Tel: (978) 657-4250 ; (800) 343-0499Fax: (978) 657-5208反滲透 膜工厂 100054 Old Grove Road, San Diego, CA 92131 Tel: (619) 695-3840 Fax: (619) 695-2176 二 、 KOCH 中空纤维超滤 关于此手册 作为世界上在工业水包括废水和纯水应用方面超滤膜产品的领先者，科氏滤膜公司（KOCH Membrane Systems Inc.) 准备了这本手册作为超滤产品选择和超滤系统设计的依据。 Romicon 在 1973 年为水净化引进了新概念：中空纤维超滤。此发明使得超滤在大规模水处理方面的应用变的可能和经济。 Romicon 中空纤维膜由不对称的人造聚合物制成，内表面是一层极薄的超滤膜，这种独特的性能使得滤膜纤维能自我支撑并允许反洗。Romicon 公司在 1991 年成为 KOCH 科氏滤膜的一员，主要产品是 3和 5口径的中空超滤膜。 KOCH 在 90 年代中研究开发出了 8口径的中空超滤膜 TARGA 系列 ,专业于超滤和微滤。 KOCH 于近年研究开发出了 10口径的中空超滤膜件。 KOCH 生产的 3 10中空纤维产品广泛应用于医药，电子，瓶装水，发电厂和其他工业水领域。 KOCH 公司承诺为工业水生产提供最高质量的膜产品。我们致力于为工程公司和用户提供技术咨询，设计导则和客户支持，我们欢迎为改进我们的产品提供建议。 这份手册包括了由 KOCH 的流程和设备工程组发展出来的作为流程和工程设计的指导依据。此文件仅作资料参考， 手册中的材料未经科氏滤膜公司准许不得翻录。 三 、 水超滤术语定义 不对称膜 Anisotropic Membrane 平均透膜压 Average Transmembrane Pressure 反洗 Backflush 浓缩或排放液 Concentrate or Reject 浓差极化 Concentration Polarization 压力差 Differential Pressure 原水 Feed 通量 （ 透水率） Flux 正流 Forward Flow 交错流 Reversal Flow 透过液，产水 Permeate 回收率 Recovery 一种人工合成聚合中空纤维由一层很紧，很薄内膜及自我支撑的海绵状外层结构。这层内膜结构。这层内膜起着半透水超滤膜的作用。 产水侧和原水进出口压力平均值的差异， 平均透膜压（ P 进 P 出 )/2 P 产水 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。 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。 引起被排斥的悬浮物在膜表面聚集的现象。在一次过的死端超滤过程中，原水浓度通常不高，所以浓度极化通常不影响透水率。纤维内的高剪力也能降低极化。 纤维膜管进出口压力差。压力差 PD P 进 P 出 进入超滤的水，然后 分为产水及浓缩液 。 产水透过膜的流率，通常表达为每天每平方英寸膜面积产多少加仑的水（ gfd）， gfd = lmh x 0.59排放液的循环流动方向，对垂直安装的膜管常指向上运动。 透过滤膜的那部分水，基本上无胶体，颗粒和微生物。产水占总原水的百分比。 %回收率产水 /原水 100 液体交错进入膜管内。 水从上进液管进入膜管内， 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。四、 水应用超滤基础 1、 膜分离过程分类介绍 滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（ MF） ,超滤（ UF),纳滤（ NF）和反渗透（ RO)， 它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。 能截留 0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物，细菌，及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为 0.7bar。 能截留 0.002-0.1 微米之间的大分子物质和杂质。微滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等的通过，同时将截留下胶体，蛋白质，微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在 1,000-500,000 之间，超滤膜的运行压力一般为 1-7bar。 能截留纳米级（ 0.001 微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物质的分子量约为 200-800MW 左右，截留溶解盐类的能力为 20%-98%之间，对可溶性单价阴离子盐的去除率低于高价阴离子盐，如对氯化钠及氯化钙的去除率为 20%-80%，而对硫酸镁和硫酸钠的去除率为 90%-98%。纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素，地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，食品和医药生产中有用物质的提取，浓缩。纳滤膜的运行压力压力一般为 3.5-30bar。 是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100 的有机物，同时允许水分子通过。醋酸纤维类反渗透膜脱盐率一般大于 95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于 98%。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化，锅炉补给水，工业纯水及电子级高纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理和特种分离等过程。在离子交换前使用反渗透可达幅度降低操作费用和废水排放量。反渗透纳滤膜的运行压力一般介于苦咸水的 12bar 到海水的 70bar。 2、 膜结构的分类 主要有四大类 : 1. 中空纤维 2. 管式 3. 平板膜 4. 卷式 历史上第一类超滤膜是板式膜，因为难于保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。前处理要求不严格。 卷式膜利用板式膜作为起点，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。它们适用于高温、高压物料分离或物料稳定的其他应用，前处理要求最严格。 管式膜不适用于普通水处理因为能耗较大。它们适用于高固物浓度的流体，前处理要求最不严格。 中空纤维膜因其压力低，通道无死点，通量高及能反洗的优势而在水处理中得以广泛的应用。 3、 应用 当原水供应越来越紧张的同时，工业上对高品质水的需要却持续上升，医药电子和高分子生产工业需要高质量的水。高效生产电能的现代高压蒸汽系统的核电站也需要高质量水。 中空纤维超滤膜技术展示了提供这类水的能力，来去除高分子有机物，菌类，微粒，热原体和各类硅，铁和鋁的胶体，中空纤维提供了大面积及反洗的性能来达到连续，稳定的出水。医药及高密度电子工业需要去除几乎所有的悬浮物和溶盐。 超滤加上去离子系统提供了比传统膜芯过滤更彻底及经济的去胶体，颗粒和菌类能力。 当用于反渗透 /离子交换系统的精炼段时，超滤提供了最终的细菌和颗粒控制手段。位于补充水段的反渗透系统并不能常常做到这步，并常常由储罐从精炼中分出。 4、 超滤流程 4.1、 概述 超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程并按分子量大小来分离颗粒。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能作为透过液透过膜滤，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，颗粒，细菌，病毒和原生动物将被膜去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。 通过超滤处理水可获得： null 从医药和工业用水中几乎去除所有的颗粒，悬浮物，细菌，病毒和原生动物。 null 去除胶体物质（非活性硅，铁，铝，等） null 去除高分子量有机物。 KOCH 超滤中空纤维截面图 料液进出口的压力差将将决定流体沿膜表面的流体情况。此外，进料液的一部分将透过滤膜，这部分这部分被称为产水或透过液。料液侧和产水侧的压力差直接影响产水的产率。 4.2、 膜操作性能控制因素 透膜压力， 流速， 粘度， 温度， 颗粒浓度， 前处理条件， 料液污染特征， 料液生物活性， 工厂操作 超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚砜 PS，由聚醚砜 PES, PVDF 或是聚丙烯（ PAN）制成并带有非对称的微孔结构。这意味着滤膜在整个材质上的孔径结构并不相同。不对称超滤膜拥有一层极光滑及薄（ 0.1 微米）的孔径在 0.002 到 0.1 微米间的内表面，此内表面由孔径大到 15 微米的海绵体支撑结构支撑。这种小孔径光滑膜表面和较大孔径支撑材料的结合使得过滤微小颗粒的流动阻力很小。 Feed SideFeed SidePermeate Side传统滤芯过滤 不对称超滤膜过滤 MEMBRANE SURFACEFEED FLOWPRESSUREFOULINGLAYERKOCH 超滤是一个错流和切向流的过程，要过滤的流体（进料液）沿膜表面流动。这样在中空纤维的内壁上形成流体剪切的条件，而使得污染物较难在膜表面形成。在料液中的悬浮物将被浓缩并被作为排放液排出。这种切向流动的流程技术使得颗粒难于在膜表面堆积，使的膜在清洗周期间获得长久的生产力。 超滤膜 膜表面 进 液压力 污层4.3、 流程模式 KOCH 中空纤维膜可按死端过滤 (once-through or dead-end)或循环 (recirculating) 模式来操作。 5、 系统回收率 超滤系统的回收率和原水和排水成比例，回收率可定义为： 回收率产水 100/进水 总的来说，大多水应用的回收率高于 90，可高于 99甚至更高。回收率由原水中的悬浮物，胶体或微生物来决定。 Feed