超滤预处理技术课件

1、预处理技术8/1/20221预处理技术(一)超滤技术介绍要点、超滤技术的发展、超滤技术、超滤前处理技术、超滤装置的设计、超滤膜的污染和清洗2 超滤（简称UF）：是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量（CWCO）一 般为6000到50万，孔径为100nm（纳米）。 起源于1748年，Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度远远超过滤纸，于是他提出超滤一语，1896年，Martin制出了第一张人工超滤膜，其20世纪60年代，分子量级概念的提出，是现代超滤的开始，70年代和80年代

2、是高速发展期，90年代以后开始趋于成熟。 我国对该项技术研究较晚，70年代尚处于研究期间，80年代末，才进入工业化生产和应用阶段，到现阶段才有了长足的发展 。随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，制膜成本大为降低，目前在饮用水净化、饮料食品、医疗医药等许多方面已得到广泛应用。 、超滤技术的发展 3一. 超滤的基本原理、超滤技术 超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液

3、，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。参见图一。4二. 超滤的分类及特点 分类主要对超滤膜的分类，主要分为卷式，板框式，管式和中空纤维式。其中，中空纤维式国内应用最为广泛的一种，其典型特点为没有膜的支撑物，是靠纤维管的本身强度来承受工作压力的。 又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，可分为内压式和外压式。现在应用的大部分为内压式。主要优点为单位容积内装填的有效膜面积大，且占地面积小。 1、净化 （1）制水工业 a 天然水净化; b 作为反渗透的前级过滤。 （2）无菌液体食品制造。a 低度白酒的去浊除菌;b 制造速溶液茶;c 果酒、啤酒及其它酒类的制造。（3）医疗、医药方面的应用

4、。 2、浓缩如浓缩果汁、酶制剂、蛋白质、生物制剂等方面应用 特点：一 分离过程无相变化，因此节约能源。 二 分离是在常温下进行，适合于一些热敏感性物质（如果汁、药 品、生物制剂）的浓缩和提纯。 三 系列化的超滤膜，可将多组份的大分子溶液体系实行分子量分 级。 四 设备简单，易于操作和管理和维修。 五 超滤是一个由高分子聚合物制成的均匀的连续体，在使用过程 中，膜本身无任何碎悄或微粒脱落 51. 超滤（UF）膜简介超滤是一种过滤技术，通过中空纤维膜管管壁进行过滤分离。 膜壁孔径0.20.02um，小于SDI测定膜片0.45um孔径，因而UF滤后水足以保证SDI值2um100%污染密度指数（SDI

5、 ） 出水99.99%浊度出水0.5NTU溶解性总固体（TOC）去除99.0%微生物99.999%2.典型超滤膜的过滤效果(仅供参考)7特点：1、自动控制，间断出水2、气水反冲洗技术和错流工艺，使RO 进水的SDI23、占地面积小，投资成本高4、TOC去除率低，一般可延长RO系统 清洗周期和膜使用寿命3.超滤技术应用操作：1、0.5-1hr反洗一次2、水气联合反洗，更具良好反洗效果3、膜丝具有足够强度，抗拉强度4、膜材质一般具有良好化学稳定性8三. 内压式中空纤维膜元件的结构示意图分离层外层内 壁(原水)过滤流道某膜横截面电镜照片(一、二)某膜横截面电镜照片(三)9四. 内压式中空纤维超滤膜组

6、件的结构10五. 典型超滤膜组件的结构效果图11五. 典型超滤膜组件的结构效果图12五. 典型超滤膜组件的结构效果图叠片式预过滤器超滤组件控制电柜13六. 超滤膜组件的稳定运行要求 满足一定要求的水质才能被允许进入超滤系统，但超滤的稳定运行还需要在多方面加以保证，如膜的适应性能、反洗方法、清洗方法和膜运行方式，因此合格的预处理是超滤稳定运行的关键之一。通常解决的办法参考如下篇：14引起膜失败的原因机械破损机械堵塞强酸/碱有机溶剂污染金属氧化物有机物胶体膜老化粘 度破坏物沉积物性能衰减因素一. 预处理的必要性、超滤预处理技术我们不防从引起膜失败的原因着手分析： 预处理的作用就是最大限度地减少引起

7、超滤膜失败的原因，通常是用来减少机械杂质，但前处理正象上文所述只是超滤稳定运行的关键之一，通常超滤在设计时所涉及的超滤操作方式、膜的使用、反洗和化学清洗条件以及其整体的综合考虑才是超滤系统稳定运行的关键。15二. 预处理水源：气体 N2、 O2、 CO2、 H2S 悬浮物、固体颗粒无机物、各种离子有机物(当水中TOC含量达到2mg/L时就应引起足够的重视)微生物、细菌、病毒A 通常水中含有以下杂质(溶质)种类：16B 通常水特点可分为地表水与地下水一、地表水： 苦咸水反渗透系统需要以地表水作为给水水源。地表水以污染物含量高而出名，因此要求在反渗透预处理设计时予以高度注意: 以井水为给水水源相比

8、，以地表水为给水水源的反渗透水处理系统的工艺设计和系统监控更为复杂，各种参数的选定更加保守。其原因可归为以下几个方面： 地表水中的各种悬浮物和胶体的含量较高，需要更多的预处理；市政水处理或反渗透预处理过程中往往引入了反渗透系统的污染物 (如明矾、阳离子、聚合物电解质、正磷酸锌及活性碳微粒等)，有机污染物以及微生物、藻类等生物活性较高的特质；地表水的温度、总溶解固形 (TDS)和污染物含量的季节性变化较大。二、地下水： 地下水相对水质单纯得多，主要含有少量胶体、悬浮物和盐份，大量钙镁离子、氯根离子和硫酸根离子存在于盐份中，通常深层的地下水不含有机物，在一段时间同内大部分参数非常稳定。17MF 澄

9、清，悬浮物UF 悬浮物，微生物，澄清，消毒NF 胶体，微污染，软化，脱色， 二价离子等以上分离，200 以上有机物RO 单价离子，微污染，小分子量有机物 膜法水处理特点(补充) 超滤要求设计足够预处理以使给水水质满足超滤进水要求。预处理应减少悬浮物和胶体含量以使水中不溶解固体含量5wt%，颗粒粒径100m，死过滤要求浊度100微米流量：30T/Hr22七.多介质与微滤器作为预处理比较(以常用的叠片式过滤器为例)23a. 错流过滤死过滤一、超滤膜工作方式. 超滤装置的设计压力压力浓缩液错流过滤死过滤进料液透过液透过液进料液适用于浊度较大水质膜不易堵塞，能耗大适用于浊度较小水质(15NTU)膜易堵

10、塞，能耗小24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，KPa25b. 膜的水透量等确定 上文在水质，预处理方式和膜过滤方式作了超滤膜设计的分析，这些参数确定以后则我们可以依次作如下设计：1.膜水透量和系统回收率;2.膜面积确定，膜支数和系统产水量;3.超滤反洗，正洗频率和化学清洗涉及到具体设计不再细述26二、超滤装置组成超滤本体：原水泵前处理器超滤超滤水箱超滤清洗系统超滤反洗系统超滤加药系统原水进口控制电柜叠片式过滤器RO膜组件27三、超滤本体设计需考虑的因素1、系统回收率 （1）超滤系统的最大回收率取决于水中含

11、所能截留杂质的多少； （2）回收率确定以后，膜面积就确定了。2、膜面积和反洗和运行方式3、原水水质4、原水温度28四、超滤的控制29五、超滤系统的仪表配置1. 温度： 给水温度 清洗溶液温度2. 压力： 超滤进口压力 超滤进口高压开关 超滤浓水及产品水压力3. 流量： 超滤产品水流量 超滤进水流量或浓水流量(如果有)4. 分析仪表： 给水PH 出水SDI 出水浊度仪30六、超滤装置典型工艺流程31、超滤膜的污染和恢复 由于超滤膜严重污染或是细菌的过快繁殖，通常在反洗时辅以药剂进行反洗，可达到较好的膜性能恢复。 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作

12、用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。 随着超滤膜的长期使用，原水中被截留下来的各种胶体、悬浮物、微生物等杂质会依附于超滤膜的表面，一些细小的微粒会渗入到膜孔中堵塞膜孔，使超滤膜的分离能力和产水量逐渐下降，尤其是源水水质污染严重时，更易引起超滤膜的堵塞。因此必须对超滤膜进行短时间的顺向直冲洗或反冲洗，以恢复膜的性能，维持系统的流量的稳定。一、反洗二、化学反洗32过滤液反洗反洗反洗过程膜 层过滤液进水正常过滤膜 层通量：3585 gfd ( 59145 L/m2/hr ) 膜层压降：422 psig ( 27152 KPa

13、 ) 回收率：9098% ( W/ BW )通量：175200 GFD (298340 l/m2/hr) 压力：35 psig (242 kPa) 频率：once every 1560 minutes 持续时间：3060 seconds 化学清洗频率：max - every BW min - 1-2 times per day 持续时间：110 minutes 药剂：NaOCl or H2O2 or acid / caustic 过 滤 反 洗 过 程33 超滤装置尽管采取了控制膜污染的各种有效措施，但在长期运行过程中，膜的透水通量随运行时间增长而下降，即膜污染问题必然发生，因此必须采取一定的

14、清洗方法，使膜面或膜孔内污染物去除，达到透水量恢复，延长膜寿命的目的，如透膜压差达到厂家指定的值且通过反洗不能恢复较好 。 由于物理作用、化学吸附等多种原因，实际上每次反冲洗后，超滤膜的过滤能力总不能完全恢复到初始水平，而是随着每一个（过滤一反洗）周期的重复膜的过滤阻力逐渐增大，为了补偿阻力增大而造成的流量下降，自控系统自动增大压力。这样，正常运行经过一段相当长的时间后运行压力达到上限，当膜通量不能保持时，就需要化学清洗。清洗剂有酸液和碱液两种，化学清洗流程为先酸洗，再水洗，再碱洗，再水洗，持续时间为24小时。化学清洗使膜污染物松动、乳化和分散，水洗使膜污染物得以去除。化学清洗后，膜通量可恢复

15、到初始水平 。三、化学清洗34频 率：每隔12月 清洗药剂：NaOCl +NaOH或柠檬酸膜 层进水浓水过滤液化学清洗过程35四、膜污染的控制1、抗污染膜材料2、较窄的膜孔径分布 3、不对称的膜微观结构4、抗污染膜组件形式5、错流的膜过滤方式五、超滤常见的污染物二氧化硅铁、锰、铝等的金属氧化物 胶状沉积物（无机或无机/有机混合物） 自然或合成有机物 生物质（生物污泥、霉菌或真菌）36六、常用的清洗药剂方法1酸洗为柠檬酸(1%)碱洗为NaOH PH12杀菌为NaClO(200ppm)方法2酸洗为柠檬酸(1%)表面活性剂清洗杀菌为NaClO(200ppm)七、超滤清洗装置组成完整的超滤清洗装置包括

16、： 清洗水箱 清洗水泵 保安过滤器仪表配制： 温度计、液位计、压力表、流量计37典型超滤组装效果图38典型超滤清洗装置组装效果图39典型超滤组装图40典型超滤系统组装效果图41传统方法多介质与超滤作为RO预处理经济性比较以某一地下水(悬浮物含量50mg/L，TOC1mg/L)要求产水1000T/h计算，系统投资我们从设备成本投资和设备运行成本两大方面来考虑其经济性。结论：超滤设备投资成本与运行成本都较多介质系统高，多介质过滤系统的经济性显而易见。42 UF预处理 传统预处理进水水质要求(浊度) 300NTU以下 20NTU出水水质浊度（NTU） 0.1 1.0SDI(15mins) 2.0 3

17、.0TOC去除 效果不好 效果好水的回收率 耗水量大8595% 9598%自动化程度 高 高占地面积 0.8 1UF预处理与传统预处理方法比较(一) 43 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56年 5年RO膜不可逆污染没有 容易出现RO运行压力 可降低20% RO清洗频率 46月 34月RO膜通量可增加10% 反渗透的回收率 7580% 75%UF预处理与传统预处理方法比较(二) 44 1、UF技术是先进成熟的技术, 其运行稳定与否有多方面决定因素； 2、多介质和叠片式过滤器均可作为超滤预处理，但多介质过滤器能较好地保护超滤，但投资成本高，占地面积大，原水浊度低的情况下宜采用叠片式过滤器； 3、超滤对有机物去除是有限的，当原水有机物浓度高时应考虑采用