超滤膜组件技术

1,超滤膜组件讲座北京海德能科技有限公司,2,目录,超滤发展状况超滤工作原理超滤膜与组件工艺设计与计算超滤工艺流程超滤膜污染与再生超滤技术应用我们的服务,3,超滤发展状况,1861年，Schmidt首次公开牛心胞膜截留阿拉伯胶实验结果。1867年，Traube第一次制取人工超滤膜。（瓷板铁青化铜）1907年，Bchhold定义“超滤”。1960年，Loeb与Sourirajan共同研制出CA超滤膜。1963年，Michaels创办Amicon公司专门从事超滤膜生产与销售。1965年以后已商业化、工业化,70年代，首次研制出管式超滤膜与组件。80年代先后研制出中空纤维、板式、卷式超滤膜与组件。90年代已进入商业化与工业化的生产。,4,超滤工作原理,超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜透过法分离技术。1、通量J=P（P1-P2）/LP为渗透系数；P1为液体静压差；P2为料液相与渗透相之间的渗透压差；L为膜厚度。2、截留率R=1-C1/C2C1为渗透液的浓度；C2截留物侧的值。3、切割分子量（MWCO）膜具有90%以上截留率的最小分子量物质。N=30/ln（2+1）4、浓度极化5、膜污染超滤膜性能1、孔隙率；2、结构形态；3、表面性能；4、机械强度；5、耐化学性操作参数-流速-压力与压力差-回收比与浓缩排放量-工作温度,定义:,5,超滤工作原理示意,在动力的驱使下，利用膜本身的筛分作用使物料得到净化、浓缩。,膜,压力,流速,原料,产品,浓缩液,6,超滤膜与组件,1、材质：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。2、结构：管式，中空纤维、平板式、卷式3、化学成分：有机，无机4、供应商：HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL,7,UF膜产品的概况,膜材料种类：SPES，CTA，PES，PAN膜组件规格：12组件（50或65m2）5组件（10-12m2）3组件（4m2）膜产地：Hydecanme、德国Membrana、日本Daicel加拿大ZENONE公司、NITTO公司法国AQUAS,8,超滤膜污染与再生,物理法高纯水、热水等反冲洗、正洗超声清洗气、水混合冲洗化学清洗法（循环、浸泡）酸洗碱洗消毒剂加酶洗,9,微孔膜与超滤膜的区别,10,超滤的截留范围,非对称膜,超滤膜污染的成因,表面吸附颗粒的堵塞由于传质过程而形成的表面的附着活性物质嵌入膜并生长聚集过程,透量,堵塞,附着,吸附,操作时间,制作工艺,定期杀菌,改变膜材料,12,优质超滤膜的表征,孔分布窄（如图中红线）没有大孔缺陷（如图中阴影部分）A：为质量好的超滤膜B：为质量差的超滤膜实际应用中的具体表现A：膜形成表面污染，透量易恢复B：膜易形成孔污染，透量不易恢复A：膜透量衰减的慢，B：膜衰减的快,返回,13,亲水性/非亲水性膜的比较,非亲水性膜,胶体,油,蛋白,胶体,油,蛋白,杂质在膜表面状态:附着,胶体,油,蛋白,过滤,反洗,亲水性膜,胶体,油,蛋白,胶体,油,蛋白,杂质在膜表面状态:聚结成球状,反洗,胶体,油,蛋白,过滤,14,常见膜材料的性能比较,PES*为没有改性的PAN*为改性后的,15,国内外产品性能比较,16,典型亲水膜的操作特点,0.02MPa,0.12MPa,1年,2年,3年,操作压力(TMP),透量(FLUX),寿命,设计透量,120,30,透量单位:L/m2hr25,17,亲水性膜与非亲水性膜的反洗及化学清洗的比较,操作时间,膜透量,化学清洗,化学清洗,化学清洗,化学清洗,化学清洗,化学清洗,反洗后的透量接近100%恢复,亲水膜,非亲水膜,反洗后的透量8090%恢复,返回,18,临界压力或临界流量的选择,纯水,切向流速高,切向流速低,死过滤,P,P3,P2,P1,J3,J2,J1,低于临界压力或临界流量，可逆再生，采用反洗获得稳定流量；高于临界压力或临界流量，不可逆再生，采用化学清洗,J,19,错流过滤,死过滤,错流过滤与死过滤,20,错流过滤与死过滤的能耗比较,备注：1、过滤介质为20水2、膜为内径0.7mm的中空纤维3、回流比R=回流量/产水量,透膜压差，KPa,21,UF膜的特点,强的亲水性能低污染、易恢复、能长期维持稳定的透量，特别是在原水水质较差的情况下较窄的孔分布良好的截留性能和稳定的出水水质较长的使用寿命实际运行中最长寿命可达6年,膜组件的装填面积大独特的“七芯”设计，装填面积可达5065平方米化学清洗的频率低强的亲水性，凭简单的反冲洗便可恢复透量，大大降低了化学清洗的频率良好的化学稳定性允许广泛的化学清洗,22,SPES膜横截面电镜照片,CTA膜横截面电镜照片,CTA膜电镜照片,24,UF膜的主要性能指标,25,特殊超滤膜的性能,26,超滤膜组件(12),27,超滤膜组件,28,UF膜组件的性能指标,29,UF的质量保证体系,稳定的膜材料及膜性能从膜材料制备到中空纤维的生产提供全程质量保证体系每根膜组件都提供完整性检测,30,中空膜组件的完整性检测,原料侧检测方式,渗透侧检测方式,31,油田回注水装置,32,除热源装置,33,34,40吨/小时反渗透预处理,35,工艺设计与计算,1、超滤膜与组件的选用水与小分子物质透过速度快膜的机械强度好，经久耐用膜的截留性能抗溶性与抗腐蚀截留溶质的吸附性小膜组件的选用：板式：初级浓缩；管式：较高浓缩、废水处理；卷式：水质净化；中空纤维：水质净化、预处理。,36,工艺设计与计算,2、工艺设计参数：-初始通量Q1-稳定通量Qs-稳定系数：Sm=Qs/Q1（0.6-0.8）-组装系数Cm=Qr/Qm（Qr为单件实际透水量，Qm为系统透水量（0.9-0.96）3、主要影响因素温度、压力、料液浓度、流速、膜材质等,37,温度、压力与通量的关系,温度与通量关系,700,500,600,800,900,1000,1100,10,20,30,40,50,1100,1000,900,800,500,600,700,压力与通量的关系,0.02,0.04,0.06,0.08,MPa,L/h,38,UF膜组件的工程设计参数,系统的设计步骤典型的工艺流程图设计的主要内容系统的控制设计的主要参数流程图,39,第一步第二步第三步,确定最佳透量确定反洗频率操作压力选择合理的化学清洗,确定控制系统设计清洗系统操作方式计算投资量和运行成本,原水来源(自来水/地表水/地下水废水)操作方式(错流/死过滤)过滤通量操作压力,UF系统的设计,小试中试实际设计,40,内循环式超滤工艺流程,运行化学反冲洗（水洗、气洗）待机保护化学清洗,41,典型工艺流程图,成品水箱,NaClO,加药泵,反洗泵,原水泵,原水,供水箱,循环水,反洗排污水,恒流控制,反洗排污水,42,超滤进水要求,水中不溶解固体含量5wt%颗粒粒径140m死过滤要求浊度15NTU,43,超滤膜的操作方式,正常操作,反洗,正洗,反洗出口,44,膜及膜组件的选择操作方式的确定操作压力的选择设计透量的选择膜面积的选择反洗频率/强度的选择化学清洗的确定操作程序的确定,超滤系统的设计,45,原料泵：变频控制，实现恒流供水压力：进水压力/浓水压力的控制流量：浓水流量/产水流量的控制温度：进水温度的控制流道控制：气动隔膜阀水质控制：进水/产水的浊度控制,超滤系统的控制,46,UF膜的主要设计参数(一),47,UF膜的主要设计参数(二),48,典型工艺流程图,49,内循环式超滤运行工艺流程,50,内循环式超滤反洗工艺,51,内循环超滤待机消毒工艺,52,内循环超滤化学清洗工艺,53,UF膜的主要应用,UF膜用于反渗透预处理主要性能指标UF预处理与传统预处理的比较成本分析UF膜用于油水分离油田回注水处理凝结水处理中水回用废水处理饮用水处理,54,反渗透预处理,膜种类HUF10-250出水水质SDI12出水浊度0.1NTU对胶体去除率99%对悬浮固体去除率99%对TOC去除率30%操作压力0.030.06MPa设计透量6080L/m2hr0.05MPa25,55,UF预处理与传统预处理方法比较(一),UF预处理传统预处理进水水质要求(浊度)3500NTU以下200NTU出水水质浊度（NTU）0.135SDI(15mins)1.035水的回收率9095%耗水量大,85-90%自动化程度高通常为半自动占地面积0.21,56,UF预处理传统预处理对于反渗透系统的影响RO膜的使用寿命5-6年3年RO膜不可逆污染没有经常出现RO运行压力降低20%RO清洗频率8-12月3-4月RO产水量增加20%反渗透的回收率75-80%70-75%,UF预处理与传统预处理方法比较(二),57,预处理对海水淡化RO系统的影响,传统预处理UF/MF做预处理1.设备投资1.0减少15%2.对RO系统的影响2.1.回收率45%55%2.2.RO膜透量13L/m2h18L/m2h3.膜更换费用1.0减少26%4.总操作费用1.0减少10%注：以进水为38000mg/L，处理量为22700m3/day规模，操作压力5070bar条件下,58,油田回注水的处理,膜种类HF-SPES对乳化油去除率99%对悬浮固体去除率99%对颗粒去除率0.1-0.5m颗粒80%0.5-1.0m颗粒90%1.0-10m颗粒99.8%膜透量400L/m2hr0.1MPa50操作压力0.08MPa,59,含油废水膜法处理工艺流程图,含油5mg/l悬浮物含量95%,增压泵,注水站,砂滤罐,脱水站来水含油5000mg/l,药箱,加药泵,效率80%95%含量1000mg/l,除油罐,沉降罐,加絮凝剂,排水口,含量3050mg/l悬浮物20mg/l,60,废油水分离方法,分离效益,61,标准超滤工艺图解,废油水,撇油器,平衡槽,1至2天存储,表面活性剂添加(如需要),浓缩液收集槽,液位控制,流量计算器,处理槽,半天存储,UF,低液位开关,PH调节(如需要),PH调节(如需要),透过液,透过液平衡槽,平衡槽,RO,碳吸收,透过液重用/排放,or,*200微米过滤器(只适用于中空纤维和卷式),*流量计算器为可选件.亦可安装在超滤透过液线上,如需要可选用,62,凝结水除油,膜种类HF-SPES进水含油量20mg/l出水含油量1mg/l对乳化油去除率95%最高操作温度98设计流量400L/m2hr0.1MPa90,63,中水回用处理,膜种类HF-CTA浊度去除率90%对SS去除率80%对BOD去除率80%对大肠杆菌去除率100%设计流量100-150L/m2hr0.1MPa25,64,HF-CTA膜用于饮用水的处理,65,HUF-CTA大组件的实验运行数据,透膜压差（kPa）,温度（）