超滤工艺设计介绍.pdf

陶氏超滤工艺设计介绍陶氏超滤工艺设计介绍陶氏超滤工艺设计介绍陶氏超滤工艺设计介绍 DOW Water SolutionsDOW Water Solutions EDI UF and MBREDI UF and MBR 韦昌健韦昌健韦昌健韦昌健 Jimmy WeiJimmy Wei 2009 4 142 大纲 1 公司简介 2 超滤基础介绍 3 陶氏超滤介绍 4 陶氏超滤系统设计 5 UFlow 计算软件介绍 6 问题 2009 4 143 公 司 简 介公 司 简 介 2009 4 144 1 公司简介 2009 4 145 超 滤 基 础 介 绍超 滤 基 础 介 绍 2009 4 146 2 超滤基础介绍 超滤的定义 超滤是一种的膜分离技术 其膜多为多孔性不对称 结构 过滤过程以膜两侧压差为驱动力 以机械筛分原理 为基础 同时进行浓缩和分离大分子或胶体物质的 溶液分离过程 液体在膜表面流过时 大分子或胶体物质被截留 小分子和纯水透过膜的过程 可見的泥沙可見的泥沙 2009 4 147 2 超滤基础介绍 过滤光谱图 2009 4 148 2 超滤基础介绍 超滤分离特性 分离过程不发生相变化 耗能少 分离过程可以在常温下进行 适合一些热敏性物质 如果汁 生物制剂及某些药品等的浓缩或者提纯 分离过程仅以低压为推动力 设备及工艺流程简 单 易于操作 管理及维修 应用范围广 凡溶质分子量为1 000 500 000 道尔 顿或者溶质尺寸大小为0 005 0 1 m 左右 都可以 利用超滤分离技术 2009 4 149 2 超滤基础介绍 影响超滤性能的因素 超滤膜的化学材料 如化学稳定性 亲水性等 超滤膜丝的微观结构和孔径 超滤膜组件的结构 运行方式 清洗方式 2009 4 1410 2 超滤基础介绍 超滤术语 通量通量 产水透过膜的流率 通常表达为单位时间内单位膜面积的产水量 L m2 h 透膜压差透膜压差 简称TMP 即产水侧和原水进出口压力平均值差异即膜两侧平均压 力差 反洗反洗 从中空纤维膜丝的产水侧把等于或优于透过液质量的水输向进水侧 与过滤过程的水流方向相反 因为水被从反方向透过纤维膜丝 从而松解并 冲走膜外表面在过滤过程中形成的污物 正洗正洗 是利用进水泵及其进水从超滤进水侧进入 从浓水排放侧排出 进一 步冲洗膜丝表面 气洗气洗 让无油压缩空气通过中空纤维膜丝的进水侧表面 通过压缩空气与水 的混合振荡作用 松解并冲走膜外表面在过滤过程中形成的污物 分散化学清洗分散化学清洗 在中空纤维膜丝进水侧或者产水侧加入具有一定浓度的和特 殊效果的化学药剂 通过循环流动 浸泡等方式 将膜丝外表面在过滤过程 中形成的污物清洗下来的方式 化学清洗化学清洗 把化学药剂如酸碱清洗液或杀菌剂从膜进水侧进入 从浓水侧和 产水侧回流出并循环进行清洗的方式 以有效的去除污染物 回收率回收率 产水占总原水的百分比 回收率 产水 总原水x100 2009 4 1411 陶 氏 超 滤 介 绍陶 氏 超 滤 介 绍 2009 4 1412 3 陶氏超滤介绍 超滤膜组件需要考虑的因素 膜丝 微观结构和孔径 化学材料 化学稳定性高以适应化学清洗剂 亲水性好以提高抗污染 抗拉 抗压强度高 膜组件结构 高填充密度 在保证产水质量前提下增加单位体积的产水量 尽量减小浓差极化的影响 对进水水质的要求越宽越好 清洗方便 低制造成本 2009 4 1413 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜丝 微观结构 不对称结构 即由致密的皮层和多孔的支撑层构成 海绵支撑层 致密皮层 2009 4 1414 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜丝 outside inside 2009 4 1415 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜丝 过滤孔径 相比于微滤 超滤具有更小的过滤孔径0 03微米 对水体污染物体有更好的过滤作用 能够过滤各类病原体如病毒 残渣 胶体和高分子量有机物媒介 更少的深层污染 更小的通量衰减 膜丝断面 1st分离层分离层 进水进水 O I Lume n Area 2nd分离层分离层 0 30 mm 厚 度 厚 度 2009 4 1416 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜丝 耐氧化 抗污染的聚偏氟乙烯 PVDF 材料 产品寿命更长 采用专利的共混配方 强度更高 38 2009 4 1417 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜丝 先进的专利改性技术 高度亲水的膜材料 高的抗污染能力 38 亲水性材料的接触角亲水性材料的接触角 亲水性PVDF的接触角亲水性PVDF的接触角 2009 4 1418 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜的主要技术特征 膜组件结构 适应范围更宽的外压式结构 纳污量大 易清洗 外压式内压式 2009 4 1419 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜组件规格 EDI 210EDI 316UFMBR 2009 4 1420 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜组件规格及基本参数 20 60 TOC去除率 2 5产水SDI 15min 0 1NTU产水浊度 NTU 6 0bar 87 psi 最大进水压力 225x2360100 220 77 829 SFP2880 225x186083 183 51 549 SFP2860 165x235653 117 44 474 SFP2680 165x185641 90 33 355 SFP2660 组件尺寸 mm 组件重量 湿态 kg 1bs 组件公称膜面积 m2 ft2 组件型号 1 3mm膜丝外径 0 03mm公称膜孔径 UPVC 聚氯乙烯 壳体材料 PVDF 聚偏氟乙烯 膜材料 外压式中空纤维膜形式 2009 4 1421 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜组件规格及基本参数 SFP2860 2009 4 1422 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜组件规格及基本参数 SFP2660 2009 4 1423 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜适用条件 40 最高使用温度 200ppm最大进水余氯浓度 全流过滤或者错流过滤 浓水排放过滤 运行方式 2000ppm清洗剂最大余氯浓度 2 1bar最大跨膜压差 40 120 l m2 h 25 根据进水条件选定 过滤通量范围 6 0bar最大进水压力 300NTU最大进水浊度 2 11 清洗时 1 12 PH范围 2009 4 1424 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜典型清洗工艺条件 无油洁净压缩空气气源要求 1 0MPa气擦洗进口压力 5 12 Nm3 h 支单支组件进气量 2 5bar组件最大进气压力 依实际情况定气擦洗频率 气 擦 洗 条 件 每次20 30秒正洗时间 1 8m3 h 2 6m3 h 6 1 5m3 h 8 2 0m3 h 正洗流量 NaOCl加药药剂 10 15ppm 有效氯计 反洗建议加药量 100 150 l m2 h反洗透水速率 2 5bar最大反洗压力 每次0 5 4分钟反洗时间 每隔20 60分钟一次 视具体水源或试验定 反洗频率 2009 4 1425 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤膜典型清洗工艺条件 续 10 40 较高温度利于提高清洗效率 酸洗推荐温度 35 40 更高温度可能造成不可逆的损伤 或泄露现象 碱洗推荐温度 30 35 更高温度可能造成不可逆的损伤 或泄露现象 清洗液温度 1 1 5 m3 h 每支组件清洗流量 酸洗 1 2 柠檬酸 或1 2 草酸或0 4 HCl 碱洗 0 1 NaOH 0 2 NaOCl 有效氯计 清洗药剂 60 90分钟 污染严重时可适当延长 化学清洗时间 跨膜压差比初始运行压力上升了0 5 1 0bar 相同温度下 或者K值下降了 25 35 左右 且通过上述常规反洗步骤反复多次或化学分散洗后不能恢复 到理想效果时 清洗频率 化 学 清 洗 酸洗 0 1 HCl 视实际水源情况可适当增减 碱洗 0 05 NaOH 0 1 NaOCl 视实际水源情况可适当增减 化学清洗药剂 5 10分钟 视实际水源确定 化学分散洗时间 建议最少按24小时1次 一般根据中试试验结果或现场调试确定清洗频率 化 学 分 散 清 洗 2009 4 1426 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的基本组成 2009 4 1427 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的基本组成 2009 4 1428 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 过滤过滤 Filtration 反洗反洗 Backwash 气洗气洗 Air Scrub 反洗反洗 BW 正冲洗正冲洗 FF 化学清洗化学清洗 CIP 注意注意注意注意 CEB CEB CEB CEB需要与否需要与否需要与否需要与否 基于原水水质和实际现场运行情况 基于原水水质和实际现场运行情况 基于原水水质和实际现场运行情况 基于原水水质和实际现场运行情况 化学分散洗化学分散洗 CEB Optional 2009 4 1429 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 过滤 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1430 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 气擦洗 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1431 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 排放 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1432 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 反洗1 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1433 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 反洗2 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1434 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 正冲洗 Filtrate Raw Water Filter 200 300 m Backwash Tank Air Chemicals Backwash Pump Feed Pump Effluent 2009 4 1435 3 陶氏超滤介绍 陶氏超滤系统的运行过程 化学清洗 Pump CIP Tank CIP Pump 化学清洗 CIP 化学清洗 CIP 有机物 微生物污染有机物 微生物污染 0 1 NaOH 0 2 NaCIO 无机物污染无机物污染 1 2 柠檬酸 草酸 0 4 HCI 压力 3bar 压力 3bar 流量 1 1 5m3 hr 膜流量 1 1 5m3 hr 膜 2009 4 1436 陶 氏 超 滤 系 统 设 计陶 氏 超 滤 系 统 设 计 2009 4 1437 4 陶氏超滤系统设计 超滤膜应用存在的误区 一 对原水水质的了解 把握不足 废水 特别是工业废水 其成分复杂 水质不够稳定 超滤或者微滤虽然具有很好的过滤效果 但本身比较容 易受到无机盐结垢 油及有机物污堵的影响 因此适当 充分的前处理是必不可少的 我国大部分地表水系污染较严重 部分地区存在早晚比 较大波动现象 二 对膜的性能了解不够 照搬经验 膜材质的选择 一些超滤膜适合过滤水质良好的饮用 水 但并不适合过滤水质较差的废水 膜通量的选择 一些厂家盲目地以过滤净水时的通量来 设计废水 带来实际运行时设备出力不足的问题 2009 4 1438 4 陶氏超滤系统设计 超滤膜应用可能出现的问题 一 膜丝受污染 通量下降 产水量不足 化学清洗频繁 运行费用高等问题 二 膜丝破损 断丝等 产水水质下降 或者更换维护工作量大等问题 2009 4 1439 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 一 预处理要求 进水悬浮物 胶体 有机物 无机污染 二 通量 临界通量 三 清洗方式 水洗 气洗 分散化学清洗 化学清洗 2009 4 1440 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 进水悬浮物 颗粒的大小 颗粒含量 悬浮物本身并不令人担忧 最大颗粒粒径颗粒粒径 适用内压膜的 六分之一 理论 需要前置适当精度的预过滤器 Re du 当其小于20mg L时 视原水具体情况一般可直接采用UF过 滤 20 50mg L时投加混凝药剂可以改进超滤的过滤性能 当SS大于50mg L 浊度NTU 50情况 应在超滤前采用适当的 预处理设施 2009 4 1441 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 胶体 颗粒粒径为1 100nm之间的分散系 表面积大 吸附力强 吸附离子的带上电荷 带正电荷的胶体 金属氢氧化物 金属氧化物 带负电荷的胶体 金属硫化物 非金属氧化物 不带电 纤维素 蛋白质 橡胶等有机高聚物 胶体污染防治是UF主要克服的难点之一 由于其造 成的污堵难以通过清洗去除 混凝 架桥等作用可以转变胶体特性 使其失稳得 以过滤去除同时减缓对超滤膜污染 某些特定地表水虽浊度 SS 很低但有机胶体类物质含量 较高 超滤通量也不可选用 太高 2009 4 1442 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 有机物 TOC Rejection of DOWTMUF Source 来源为人工加入如 表面活性剂 有机杀菌剂 高分子有机絮凝剂等 水体天然存在 腐殖酸等 Might cause fouling to UF fibers Nourishment resource to microorganism When feed TOC to UF is more than 40mg l the proper pretreatment is recommended 0 20 40 60 80 100 Molecule Weight MWCO Disolved TOC Coagulant UF Disolved TOC Directly Feed to UF Molecule Weight 3000D 2009 4 1443 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 微生物 Kinds of bacterium Bacteria reproduction is a great threat to UF long term operation 微生物滋生对超滤膜长期运行稳定运行是很大威胁 Reproduction and their metabolites on the fiber surface are hard to be removed and will cause irreversible pollution to the membrane 吸附在膜丝表面迅速繁殖 连同代谢产物形成不易清洗黏液 时间过长容易引起 某些不可逆的膜污染 Adding some disinfectants like NaClO Cl2 UV etc 加杀菌剂如次氯酸钠 氯气 紫外杀菌等方法 2009 4 1444 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 无机污染 HCO3 Cl SO42 F CO32 NO3 Silica HSiO3 or SiO2 Ca Mg Na K Al Mn Fe ferrous Fe ferric 2009 4 1445 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 通量 选择高初始通量 选择高初始通量 TMP上升较快 上升较快 CIP频率高频率高 2009 4 1446 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 通量 A组件通量衰减 采用高 频率的维持性化学清洗 组件通量衰减 采用高 频率的维持性化学清洗 高初始通量 通量衰减快 压差上升快 清洗频率高 低初始通量 通量衰减慢 压差上升慢 清洗频率低 2009 4 1447 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统设计时的注意事项 清洗方式水洗 气洗 分散化学清洗 化学清洗水洗 气洗 分散化学清洗 化学清洗 水洗BW 清洗效果较差 以清除松散污染物为主 气洗 清洗效果较好 可以清除附着较牢的污染物 分散化学清洗CEB 可清除无机胶体 用酸 有机物及微生 物污染 碱 氧化剂 化学清洗CIP 强度最大 用以在超滤污染较严重时 2009 4 1448 4 陶氏超滤系统设计 典型系统工艺流程图 2009 4 1449 4 陶氏超滤系统设计 超滤系统的设计流程 膜用量 装置数 设计水源 实际水量 药耗 能耗 管 路 阀门 泵等型号 反洗设备 加药设备 清 洗设备 其它辅助设备 膜型号 水源信息预处理 可用可用UFlow 来计算来计算 通量回收率 2009 4 1450 4 陶氏超滤系统设计 设计水源的正确分析 建议考虑的进水指标 原水类型 浊度 总悬浮物 TOC COD BOD Fe3 胶体硅 油酯 其它污染物 细菌数量 颗粒物 颗粒尺寸 设计导则 通量 反洗频率 时间等 气擦洗频率 CEB频率 时间等 CIP频率 时间等 预处理工艺的考虑 絮凝剂投加量 其它操作参数 2009 4 1451 4 陶氏超滤系统设计 推荐操作条件 We have had experience with systems exceeding many of these maximum allowable specifications We have had experience withWe have had experience with systems exceeding many of thesesystems exceeding many of these maximum allowable specifications maximum allowable specifications 2009 4 1452 4 陶氏超滤系统设计 典型建议设计通量 推荐62040 0 5深度处理废水 可选用43060 20海水 推荐62040 0 5深度处理废水 可选用43060 20海水 推荐42045 315 50地表水 可选用34060 35 15地表水 可选用26075 22 5地表水 经砂滤 可选用26075 2 3地表水 自来水 不推荐16090 1 2地下水 推荐42045 315 50地表水 可选用34060 35 15地表水 可选用26075 22 5地表水 经砂滤 可选用26075 2 3地表水 自来水 不推荐16090 1 2地下水 TOC mg L TOC mg L 浊度 NTU 浊度 NTU 进水类型进水类型 化学分 散清洗 化学分 散清洗 气洗频率 次 天 气洗频率 次 天 反洗间隔 分钟 反洗间隔 分钟 透水速率 L m 透水速率 L m2 2 h h 进水条件进水条件 1 根据设计的进水水质 首先依照所建议通量 2 按照中试结果和进水温度最后决定运行通量 3 采用气洗频率与反洗同步 可增强每次反