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中空纤维膜简介,苏净研究院中空纤维膜项目组,目录,一、膜分离技术概述 二、中空纤维膜纺丝工艺 三、超滤膜组件 四、mbr膜组件 五、发展前景及展望,2,一、膜分离技术概述,膜(membrane)是什么？ 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。,3,1.1 膜分离技术发展简史,1748年，耐克特（a. nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。 1861年，施密特（a. schmidt）首先提出了超过滤的概念。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。 1961年，米切利斯（a. s. michealis）等人制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。 50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。 自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称uf膜）、微孔过滤膜（简称mf膜）和反渗透膜（简称ro膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。,4,1.2 膜的分类,5,1. 按膜的材料分类,2. 按膜的分离原理及适用范围分类,根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微虑膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。,6,7,um,a,relative,size of,common,material 过滤对象,molecular,weight 分子量,0.001,10,0.01,100,0.1,1000,1.0,10,4,10,10,5,100,1000,10,6,10,7,100,200,5,000,20,000,150,000,500,000,aqueous salts 中水盐份,metal ions 金属离子,sugars 蔗糖,filtration,techno-,logy 过滤方法,pyrogens 热源,virus 病毒,colloidal silica 胶体硅,albumin protein 白蛋白,bacteria 细菌,carbon black 碳黑,paint pigment 颜料色素,yeast cells 酵母,milled flour 面粉,beach sand 海滩沙砾,pollens 花粉,ro 反渗透,ultrafiltration 超滤,microfiltration 微滤,particle filtration 一般过滤,the filtration spectrum 过滤谱图,nf 纳滤,3. 按膜的形态分类 膜组件的结构及型式取决于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。,四种膜组件的综合性比较,9,二、中空纤维膜纺丝工艺,相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是ls型制膜法。,10,ls法制备 工艺流程框图,2.1中空纤维膜的结构,双皮层结构,11,表面膜孔结构,pvdf超滤膜公称孔径为0.1m，过滤精度高，对菌类和病原体的去除率99.9%，使其获得优良的产水品质。,12,pes超滤膜孔径分布窄，孔径分布在0.0090.011m之间，对于100,000 dalton的过滤精度达到99.99%以上，因此，它具有优异的过滤精度。,2.2纺丝影响因素,1.制膜液的均匀性：排料均匀 铸膜液温度 2.温度控制 纺丝室的温度 3.干程高度：是一个传热的过程，空气中的微量水 蒸气在膜表面发生延迟相分离，形成比较致密的皮层。 4.凝固浴温度：溶剂与凝固液的双向扩散作用，瞬时相分离发生，形成指状孔。当超过一定温度时，由于温度过高，则反而在中空纤维膜的表面形成致密的皮层，从而导致中空纤维膜的水通量急剧下降。,13,1015,6020,颜色,机械调节 圆度 、毛刺 喷丝板的调节： 及时调圆 纺丝微调 保证壁厚,14,2.3后处理,15,水处理：继续充分进行扩散交换，防止溶剂再次反溶解，导致出现连贯的大指状孔。 甘油处理：进行保湿作用，从低浓度到高浓度充分交换，减少膜中水分，降低液体的表面张力。 膜的收缩：发生在湿态保存时的失水，收缩变形使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时还会造成膜的破裂。 当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩散而失水，也会造成膜的变形收缩。,三、超滤膜组件,16,超滤膜组件工艺流程图,3.1工艺操作注意要点,装丝的时候注意防止擦损膜丝 切头注意余量，抹胶控制胶量并完全堵死 安装注意零部件的紧固 在不同的环境条件，控制甩油程度 加胶分两步骤，离心去除气泡；减少发热量 浇铸之前模具需要抹黄油，之后继续放置3d固化,17,3.2气压检漏,1、侧口封堵，组件灌满水 2、底部通气压，恒定0.1mpa 3、气压稳定运行1-3min 4、上端加水，适当调节压力，观察气泡情况，使用铅笔标记漏点,18,3.3超滤组件结构,超滤膜组件的结构及型式多样化, 膜组件主要可以分为内压式和外压式两种。,19,膜,压力,流速,原料,产品,浓缩液,20,3.4超滤膜组件的清洗,21,浓差极化：水过滤在浓度梯度下，溶质与水以相反方向向本体溶液扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。,3.4超滤组件应用,饮用水：家用净水器就是活性炭吸附技术与uf技术杂化的成功范例。 ro装置的前处理：海水淡化、高纯水处理等，对ro膜的保护安全运行，而且也提高了产品水的质量。 食品方面的浓缩、提纯以及回收等。 医药废水以及生物制品的精致和提纯。 环境工程的应用：石油化工废水、印染纺织废水、金属及电子加工废水、生活污水等。,22,四、mbr膜组件,23,配胶,晾丝,固定撒粉,切头抹胶,整理膜丝,二次配胶,另端浇铸,切头粘壳,分装保存,mbr膜组件工艺流程图,4.1 mbr的优点,出水水质优良。 活性污泥浓度高。 有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留生长, 氨氮去除率高。 克服了常规活性污泥中容易发生污泥膨胀的弊端。 设备紧凑，省去二沉池, 节省占地。 系统采用plc控制，实现全自动化。,24,4.2 膜生物反应器,mbr又称膜生物反应器（ membrane bio-reactor ）膜生物反应器是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术。中空纤维膜的应用取代活性污泥法中的二沉池，有效的达到了泥水分离的目的。充分利用膜的高效截留作用，能够有效地截留硝化菌，完全保留在生物反应器内，有效去除氨氮，避免污泥的流失，并且可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。应用mbr技术后，主要污染物的去除率可达：cod93%、ss=100%。产水悬浮物和浊度几近于零，处理后的水质良好且稳定，可以直接回用，实现了污水资源化。,25,mbr膜组件的应用,26,4.3 mbr组件的清洗,27,水反洗,加药反洗,在线清洗,离线清洗,五、发展前景及展望,随着水污染的日益严重、水资源的短缺, 在水污染控制和水资源化方面被受到广泛的重视,且具有广阔的应用前景。 虽然膜有着无可比拟的优点,但是它的缺点也是