超滤膜组件技术

1、.,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

2、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）/L P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/C2 C1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

3、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（10-12m

4、2） 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

5、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

6、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,.

7、,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,

8、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

9、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

10、,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

11、,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

12、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

13、% 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） 0.1 35 SDI(15mins) 1.0 35 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 0.2 1,.,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

14、% 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/m2h 18L/m2h 3. 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

15、.1-0.5 m 颗粒 80% 0.5-1.0 m 颗粒 90% 1.0-10 m 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

16、,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