超滤膜课件Microsoft PowerPoint 演示文稿 (2)

1、 超滤膜课件1简介简介2超滤基本原理超滤基本原理3SVU内压超滤膜优点内压超滤膜优点4SVU内压超滤膜在我厂的应用内压超滤膜在我厂的应用5超滤膜组件的安装、运行与维护超滤膜组件的安装、运行与维护1、简介、简介膜技术简介膜技术简介膜分离过程分类介膜分离过程分类介绍绍超滤膜的种类及应超滤膜的种类及应用特点用特点1、简介、简介1.1、膜技术简介、膜技术简介膜技术是20世纪发展起来的一种水处理技术。常用的膜技术包括微滤（MF超滤（UF）纳滤（NF）电渗析（EDI）和反渗透（RO）。膜分离过程在常温下进行，无相变，不产生二次污染，是一种高效节能型分离净化技术，广泛应用于各个领域。膜处理技术有以下基本性能

2、： 它是一种物理过滤作用，不需要加注药剂； 它是一种绝对的过滤作用； 它不产生副产品； 它运行的驱动力是压力，容易实现自动控制。1.2、膜分离过程分类介绍、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。微滤微滤 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0.7-7bar。超滤超滤 能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等

3、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1000-500000之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。纳滤纳滤 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，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，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，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。反渗透反渗透 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

4、量大于100的有机物，同时允许水分子通过。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。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar。1.3、超滤膜的种类及应用特点、超滤膜的种类及应用特点超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜，卷式膜，管式膜，中空纤维膜。板式膜板式膜：它是最早出现的膜，但因为难以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；卷式膜卷式膜：以板式膜为起点发展起来的，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、高压物料分离等，前处

5、理要求也不严格；管式膜管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。中空纤维膜中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。注：因为中空纤维膜应用最广泛，后面资料中除共同点外，其他均以中空纤维膜为例进行说明。1.4、应用范围、应用范围 超滤在水处理领域应用十分广泛，按应用场合划分，主要可以用于：原水前处理（地表水、地下水、自来水）澄清池、砂滤替代、RO前处理及离子交换前处理应用在前置予处理中，超滤替

6、代澄清池或砂滤器，用于去除原水中的固体和胶体以改善后续工段设备的运行，如改善离子交换器的反洗频率和反渗透膜元件的更换频率，但其需要较频繁的清洗/冲洗。膜型一般为10万分子切割量。纯化处理去颗粒（如18W水）、去微生物及热原体、RO或离子交换后处理应用在反渗透/离子交换设备后，超滤用于去除水体中的胶体和固形物，水透过率较高，清洗频率较低，其不需要较频繁的清洗/冲洗，只有当系统压力降低到操作不便或有细菌产生时才清洗。在医药及电子行业，超滤放在使用点用以去除微生物及热原体。膜型一般为1-10万分子切割量。水循环和回用生化处理后、澄清后（二级和三级）2、超滤基超滤基本原理本原理概述概述基本原理基本原理

7、2.1概述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水中颗粒。超滤膜的孔径大约在0.0020.1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能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质将被截留下来浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜去除。中空纤维超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚砜PS，聚醚砜PES，PVDF或聚丙烯腈（PAN）制成并带有非对称的微孔结构。不对称超滤膜拥有一层极光滑极薄（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微米的非

8、对称结构海面体支撑结构支撑。这种小孔径光滑膜表面合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并不易堵塞。超滤膜对比传统膜不对称超滤膜2.2基本原理基本原理超滤是一个错流合切向流的过程，要过滤的液体沿膜表面流动。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。要过滤的水经由超滤给水泵加压后输入膜组件中。由于膜内外的压力差，一部分水渗过滤膜，而水中的杂质则截留在剩余部分水中被过滤除去。超滤膜工作原理3、SVU内压超内压超滤膜优滤膜优点点膜组件的命名膜组件的命名膜技术特性膜技术特性使用条件使用条件 3.1、SVU 内压超滤膜组件的命名内压超滤膜组件的命名坎普尔公司的

9、SVU 系列超滤膜组件为内压式运行，材料为改性聚砜（mPS），截留分子量（MWCO）为45,000Dalton。本课主要介绍超滤膜组件直径为10的产品。SVU 系列产品的命名包括几个组成部分：组件形式、组件外形尺寸和膜丝内外径。示意如下： S V U - 1 0 6 0 - B 表示内径/ 外径：B: 1.0/1.5 mm C: 1.2/1.8 mmD: 1.5/2.2 mm 表示膜丝长度：30 inch (0.75m)60 inch (1.5m )80 inch (2.0m )表示膜组件的公称直径：10inch (250mm)表示膜组件形式，U 表示内压式超滤表示坎普尔公司超滤膜品牌Save

10、yor( 塞伟尔)3.2 、SVU 内压超滤膜技术特性内压超滤膜技术特性塞伟尔(Saveyor) 内压超滤膜采用专利成膜技术，具有耐污染性强、膜丝强度高、截留精度高的特点。对原水水质变化适应性强，操作维护简单，产水水质稳定可靠，适合于处理各类地下水、微污染地表水、市政污水/ 工业废水回用处理、海水脱盐预处理等场合，可有效去除水中浊度、悬浮物、胶体、微生物等指标物质。3.2.1 耐污染性强耐污染性强1）. 永久亲水性永久亲水性塞伟尔内压超滤膜采用由亲水性组分PVP 交联的改性聚砜（mPS）材料制成。经过成膜液共混亲水材料和成膜后亲水处理专利技术，使得膜表面的亲水性得到深化和固定。超滤膜不易受到有

11、机物污染和油污染，即使受到污染也较易恢复，且亲水性不会随运行时间延长而损失。膜运行污染和膜清洗造成的亲水性基团损失是导致膜通量不稳定衰减的主要原因之一，因此保持超滤膜的永久亲水性是超滤膜耐污染的关键。亲水改性较好的膜，水通量随运行时间的延长变化较小。2）. 均匀的布水方式均匀的布水方式塞伟尔(Saveyor) 内压超滤膜组件采用分散式布丝，将每个膜组件内部分为18 个次级膜束（如图 坎普尔超滤膜组件端面），目的是尽量使每一根中空膜丝的跨膜压差趋于一致，避免中空膜丝因通量不均而导致污染分布不均衡的现象。分散式布丝方式可以使膜组件的抗污染能力进一步提高。3）. 较粗的中空膜丝内径较粗的中空膜丝内径

12、实践证明，较粗的中空膜丝内径在同等条件下具有更好的抗污染性和污染后的可恢复性，因此对水源水质变化的适应性也更强；同时，也大大降低了运行阻力。市场中常见内压式超滤膜组件的中空膜丝内径一般为0.6-0.9mm。坎普尔公司提供了三种不同膜丝内径的中空膜组件，膜丝内径分别是1.0mm、1.2mm、1.5mm，使用者可以根据原水被污染的程度选择较为适合的膜组件，使之抗污染能力和污染后可恢复能力得到保证。3.2.2 膜丝强度高膜丝强度高1). 特殊结构膜丝特殊结构膜丝SVU 内压超滤膜是均相非对称的多孔结构膜，由致密的分离层和较为疏松的支撑层组成。传统的聚砜超滤膜丝断面结构是大孔指状结构，透水性能好，但是

13、影响膜丝强度；而传统的聚醚砜材质的膜丝断面属于海绵状结构，强度较高但透水阻力较大。坎普尔公司提供的超滤膜结合两种结构的特点，膜丝两侧为致密的海绵状结构，中间为透水性好的指状结构，保证膜丝强度的同时又有很好的透水性能。（见下图）SVU 内压内压超滤膜超滤膜与传统超滤膜膜丝对比与传统超滤膜膜丝对比SVU 内压超滤膜：膜丝两侧为致密的海绵状结构，中间为透水性好的指状结构传统的聚砜超滤膜丝断面结构是大孔指状结构，透水性能好，但是影响膜丝强度2). 膜丝壁厚膜丝壁厚为了提高超滤膜的机械强度，有效控制膜丝破损，坎普尔的内压超滤膜采用中空丝壁较厚的膜丝，其中内径为1.0mm、1.2mm 和1.5mm 的中空

14、膜丝，其膜壁厚度分别为0.25mm、0.30mm 和0.35mm。通常厚度的增加会使通量降低，但是坎普尔的内压超滤膜由于具有良好的亲水性和理想的孔隙结构，使得其在保证高机械强度的同时，也保证超滤膜的通量。3). 特殊的根部保护特殊的根部保护超滤膜断丝是影响超滤膜寿命的最大问题，而中空膜丝根部与浇铸层结合部是最容易断裂的地方。SVU 内压超滤膜组件采用了根部添加弹性材料的专利技术，实现了根部与环氧树脂浇铸层的柔性连接，彻底杜绝了中空膜丝根部断裂的隐患。3.2.3 截留精度高截留精度高SVU 内压超滤膜具有良好的亲水性和理想的孔隙结构，在保证高水通量的同时也保持了高过滤精度。SVU 内压超滤膜的截

15、留分子量为45,000Dalton，过滤孔径小于0.01m，能够有效去除给水中的病毒、细菌等微生物，对有机物也有部分截留作用，产水水质优良。在用于反渗透预处理时，SVU 内压超滤膜产水的SDI 值一般小于2。3.3 SVU 超滤膜组件的超滤膜组件的使用条件使用条件型号型号SVU1030-B/C/DSVU1060-B/C/DSVU1080-B/C/D最高进水温度最高进水温度45 最高进水温度45pH 耐受范围耐受范围1 13 pH 耐受范围1 13耐过氧化氢能力短耐过氧化氢能力短时时200ppm耐过氧化氢能力短时200ppm操作模式全量或错操作模式全量或错流，定时反洗流，定时反洗操作模式全量或错

16、流，定时反洗最大产水通量最大产水通量150 L/m2h最大产水通量150 L/m2h反洗通量反洗通量180 240 L/m2h反洗通量180 240 L/m2h最高进水压力最高进水压力0.5 MPa最高进水压力0.5 MPa化学加强反洗化学加强反洗药剂浓度药剂浓度化学加强反洗药剂浓度化学加强反洗药剂浓度NaClO(10 30ppm)，NaOH（pH：11 12），），NaClO(10 30ppm)，NaOH（pH：11 12），HCl（pH：2 3）HCl（pH：2 3）化学清洗周期化学清洗周期30 180 day化学清洗周期30 180 day化学清洗耗时化学清洗耗时60 180 min化学

17、清洗耗时60 180 min化学清洗流量化学清洗流量2.5 4 m3/h / 支膜组件支膜组件化学清洗流量2.5 4 m3/h / 支膜组件SVU 内内压超滤压超滤膜在我膜在我厂的应厂的应用用SVU 内压超滤膜系内压超滤膜系统统超滤系统工作过程超滤系统工作过程4.1.1 超滤系统超滤系统组成组成1）. 预过滤器超滤系统前必须配置一定过滤精度的预过滤器，防止大颗粒物进入超滤膜组件而堵塞膜丝和过滤通道，甚至对膜丝造成划伤和破损。SVU 内压超滤膜要求配置过滤精度小于150m 的预过滤器。过滤器的形式可以有多种选择。2）. 前加药系统超滤系统前可根据具体水源情况考虑投加絮凝剂和杀菌剂。一般而言，絮凝

18、剂的投加有助于膜表面滤饼层的形成，可以防止发生膜表面、微孔内的深层污染，而且反洗时容易把污染物清洗出膜系统；投加种类和剂量根据水源浊度、pH 等参数确定。杀菌剂的投加可以有效防止生物污染和降低有机物污染，同时使超滤产水保留一定的杀菌剂余量，可抑制在管路和水箱中发生二次污染。3）. 反洗系统和产水箱超滤系统必须配置反洗系统，以定期清除截留的污染物，恢复超滤膜系统过滤性能。反洗系统由产水箱、反洗泵、管路、阀门和加药系统组成。反洗过程通过自动控制程序完成。超滤反洗一般分为水反洗和加药反洗。加药反洗可以选择加杀菌剂、酸和碱，根据水源水质的不同，选择优化的配置。加药反洗是超滤系统必须采用的膜性能恢复手段

19、之一，它可以大大延长停机化学清洗的周期。4）. 化学清洗系统化学清洗系统一般由清洗水箱、清洗泵、过滤器和搅拌加温设备组成。当超滤受到严重污染或透膜压差已经达到规定的限值，而且加药反洗已经不能够使超滤系统性能恢复时，需要进行停机化学清洗。化学清洗系统一般由手动阀门控制。4.2 超滤系统工作过程超滤系统工作过程超滤系统工作过程包括：过滤、在线冲洗、停机化学清洗三个主要部分。下面分别对过滤和在线冲洗过程进行介绍，化学清洗过程在后续章节有详细介绍。1. 超滤过滤模式水处理超滤膜过滤可分为全量过滤和错流过滤两种模式。全量过滤又称“死端过滤”，是指给水全部透过膜（运行时产水量等于给水量），被截留物质留在超

20、滤膜的给水一侧，经过一段时间的运行，被截留物质累积到一定程度，需进行冲洗。当进水悬浮物含量、浊度和COD 值均较低时，可以考虑采用全量过滤。错流过滤是指给水中的大部分透过膜，剩余部分给水形成浓水沿膜表面排出系统。错流的目的是增加膜表面的切向流速，缓解膜污染；但水利用率相对较低，能耗较大。根据原水水质的不同，选择不同的错流量。一般情况下，系统错流量应设计为过滤流量的10-35%。全量过滤通常需要考虑正冲，错流过滤一般无需正冲。2. 在线冲洗过程超滤膜组件在运行一段时间后，原水中的胶体、悬浮物、细菌等被膜内表面截留，这些物质会在膜丝内积累造成膜的污染。为了维持膜的性能和保持膜透水量的相对稳定，需要

21、定期对膜组件进行冲洗。在多数情况下，系统每运行30-60 分钟需要冲洗一次。冲洗方式包括正冲和反洗，反洗又分为顶部反洗、底部反洗和两端反洗。根据水源情况和过滤模式可以选择不同冲洗方式的组合。一般情况下，推荐在线冲洗过程如下表：过滤模过滤模式式冲洗形冲洗形式式步骤步骤1步骤步骤2 步骤步骤2 步骤步骤3步骤步骤4全量过全量过滤滤水冲洗正冲顶部反洗底部反洗加药冲洗正冲两端反洗进药浸泡顶部反洗底部反洗错流过错流过滤滤水冲洗顶部反洗底部反洗加药冲洗两端反洗进药浸泡顶部反洗底部反洗表3-2 SVU 内压超滤膜系统设计导则正冲：正冲水可选用超滤给水或超滤产水。正冲目的是为了将膜丝内污染物快速冲出系统，减少

22、反洗阻力。冲洗水从进水口进入，浓水口排出，属于膜表面冲洗。有效正冲时间一般设为10-30 秒，如图3-2 所示。顶部反洗：一般采用超滤产水作为反洗水，由组件产水口进入，浓水口排出。此时进水口关闭，水流方向与产水时相反。通过反洗可以把膜孔和膜表面中残留的污染物带出膜组件。此过程反向透过膜表面的水从膜组件顶部排出，对顶部膜表面的冲洗效果较好（具体见示意图）。顶部反洗时间一般为15-30 秒。底部反洗：其目的与顶部反洗一致。该过程反向透过膜表面的水从膜管底部排出，对底部膜表面的冲洗效果较好。底部反洗时间一般为15-30秒。浸泡：加药反洗后，为了增加反应效果，进行浸泡。浸泡时间为60-120 秒。两端

23、反洗（一般是进药过程采用）：为了使药剂能够快速且保证浓度地进入膜组件，一般采用较低冲洗流量，通过两端反洗加入药剂。采用超滤产水，从超滤膜产水侧进水，从浓水侧和进水侧两端排水。两端反洗进药时间为20-50 秒。化学加强反洗程序是在反洗过程中向反洗水中加入化学药品。对于污染物以有机物为主的给水，加入的药品通常是次氯酸钠或氢氧化钠，对于铁、锰、钙、镁、铝等金属离子对膜造成的污染，通常需要加入酸。为了增加化学药品的反应时间，增加一定的浸泡时间，对恢复膜的功能通常较有帮助。系统运行中，操作者可以根据运行经验选择反洗方式和反洗周期。对于水质较好的地下水或自来水，可能只需要简单进行顶部反洗和底部反洗，或者每

24、1-7 天进行一次化学加强反洗。对于地表水、中水等污染较重的给水，可能需要每天进行多次化学加强反洗。具体可以参考设计导则。5 、超滤膜、超滤膜组件的安组件的安装、运行装、运行与维护与维护超滤膜组件的安装超滤膜组件的安装系统调试、运行与系统调试、运行与维护维护化学清洗化学清洗气密性检测气密性检测组件的保存与运输组件的保存与运输5.1 超滤膜组件的安装超滤膜组件的安装在超滤膜组件安装和调试时，务必注意以下事项：1）. 安装前，冲洗干净超滤系统进水管道，确认系统管路中无硬性颗粒杂质，如铁屑、塑料管件残屑、沙砾等；2）. 打开包装，取出膜组件。取放务必小心，避免膜组件受到撞击或摔到地上造成损坏；3）.

25、 膜组件一经拆开包装，务必尽快连接组件与管路，并通水冲洗，以防膜丝变干燥；4）. 在通水冲洗前，将浓水和产水阀门全开，进水阀门不可全开，以避免系统内可能存在的残留空气，在开机时对膜组件冲击过大；5）. 充分冲洗干净超滤膜组件（超滤膜内部保护剂全部被清水置换出为止）。5.2 系统调试、运行与维护系统调试、运行与维护安装结束后，对系统进行调试。调试过程中需要注意的是，在系统正式通水前，检查自动阀启闭是否正常，以及启闭顺序，防止出现膜组件憋压；检查故障报警装置工作是否正常，防止压力突变（如水锤）对系统造成破坏；此外，还需要注意做好调试过程中的记录工作，详细记录超滤系统的进水条件、各项运行参数和产水水

26、质，以便于日后超滤系统标准化参照使用。调试结束后即可正常运行。运行过程中，应该注意以下几点：1）. 定时检查仪表是否正常，水泵有无异常噪音，产水水质是否符合要求，尤其是注意产水流量和压力表。当发现异常时，应立即停机检查。2）. 按设计要求做好设备监控和记录工作。建议监控的参数包括进水指标（温度、浊度、COD 等）、操作参数或运行条件（进水、产水和浓水压力，进水、产水和浓水流量，正冲和/或反洗压力和流量，反洗加药浓度（量）和pH 值，反洗时间；化学清洗药液浓度（量）和pH 值，化学清洗时间）以及产水指标（SDI 等）。3）. 按设计要求定期清洗、杀菌和消毒。4）. 定期对设备进行排气或检查自动排

27、气阀的工作状态。5.3 化学清洗化学清洗5.3.1、化水药品的选用、化水药品的选用虽然定时的反洗能较好地维持膜性能的相对稳定，但反洗不能使通量达到100% 的恢复。随着膜组件工作时间的延长，膜污染会不断加重，膜的透水速率会下降。为了恢复膜的通量，需要对膜组件进行化学清洗。当系统的跨膜压差达到0.14MPa 时，系统就应该进行化学清洗了。清洗后，在系统设计的跨膜压差范围内，系统的产水应达到原设计要求，否则应继续进行化学清洗或缩短化学清洗的间隔时间，调整反洗周期及反洗运行时间。化学清洗时应根据原水中杂质的情况选择适合的化学药品。1). 酸洗：酸洗液一般采用pH=2 的盐酸（HCl）；2). 碱洗：

28、0.4的氢氧化钠（NaOH）/200ppm 次氯酸钠（NaClO），pH 13；3). 表面活性剂：根据具体种类选择。注：pH 值需要使用仪表测量，试纸误差较大。5.3.2、清洗步骤、清洗步骤1）. 关闭所有自动控制阀；按要求配置好清洗液，打开清洗入水阀和清洗浓水出水阀，启动循环泵，循环冲洗30 分钟；2）. 测量清洗水pH 值。如果pH 值发生明显变化，添加相应药品，调整pH 值到规定值；直至pH 值稳定；3）. 浸泡30 分钟；4）. 将清洗浓水出水阀和产水侧清洗出水阀开度均调至一半，打开清洗入水阀，启动循环泵，错流清洗30 分钟；5）. 重复1-4 步；6）. 把清洗液排空，用清水冲洗至

29、系统pH 为中性或无NaClO 残留为止。清洗中要做好记录，观察清洗后压差是否恢复，否则改变药剂配方，重新清洗至压差恢复正常。清洗过程中要控制进水压力小于0.8bar。警 告盐酸、氢氧化钠和次氯酸钠均为腐蚀性化学品，必须遵守这些化学品的操作要求。警 告排放药液时必需参照排放标准进行必要处理。5.4 气密性检测气密性检测在超滤系统运行过程中，由于污染、压力波动、水锤等原因可能会造成膜丝的破裂（断丝），从而破坏了膜组件的完整性。原水中的杂物会通过断裂的膜丝进入产水中。所以定时进行检测、及时发现断丝并将其隔离，对系统保持完整性有重要的作用。气密性检测系统包括：干净无油的压缩空气源，压力在0.10MPa 以上；气体调压阀；压力变送器；每支膜组件产水端安装长度不低于10cm 的透明管。自动完整性检验系统可以对超滤系统定期做完整性检验，具体操作过程如下：1). 停止制水：关闭入