超滤膜使用手册

1、第一章 公司简介 1 第二章 超滤技术介绍 3 第三章 OMEXELLTM 中空超滤膜介绍 11 第四章 OMEXELLTM 系列膜组件性能参数 15 第五章 超滤系统的设计 21 第六章 超滤装置的运行 28 第七章 超滤元件的完整性检测 36 第八章 系统的维护及故障分析 38 第九章 超滤装置的清洗 40 第十章 超滤膜组件的包装、运输与贮存 43 第十一章 工程运行实例 44 第十二章 免责说明 51超滤系统管道及仪表流程图 52 超滤装置管道及仪表流程图 53 清洗系统管道及仪表流程图 54 1.1 公司概况美国 Omexell 公司专注于先进的膜分离技术及产品开发、生产与应用,是

2、世界超滤(UF 和电除盐(EDI 以及浸没式膜过滤产品的主要供应商之一。 为快捷服务于中国市场,美国 Omexell 公司在北京注册了 “ 欧梅塞尔 (北京 膜技 术有限公司 ” 。 Omexell 公司在中国设有技术中心,与全球用户分享先进的膜分 离技术,并为客户提供便捷的服务。欧梅塞尔公司负责 OMEXELL TM 超滤及 OMEXELL TM EDI在大中国地区的 销售和技术服务。资深的膜分离技术专家、经验丰富的工程师和先进的分析检 测手段为客户提供最专业的服务,随时解决用户遇到的问题。 OMEXELL TM 超滤在饮用水处理、污水中水回用、反渗透预处理等方面有 着广泛的应用。其优异的性

3、能帮助客户开发有挑战性的工程应用,从循环水零 排放到炼油废水处理,从电子研磨废水回用到海水淡化预处理, OMEXELL TM 超滤不断突破新的领域。如今, OMEXELL TM 超滤技术正在为全球越来越多的 客户提供水资源解决方案。特别地, OMEXELL TM 超滤在中国取得了良好的业绩。燕山石化炼油废水 回用、高井电厂循环排污水零排放等里程碑式的大型工程业绩为 OMEXELL TM 超滤建立了市场地位。1.2 品质保证 Omexell 依靠世界领先的多孔膜研究手段和精密控制的自动化生产线,最 恰当地设计 QA 系统,严格、精确地控制纺丝和元件生产环节的每一个细节, 使得最终产品的性能得到最

4、大限度的保证。公司在中空纤维超滤产品的全生产过程中,严格依据 ISO9001:2000标准 的要求进行全程管理和控制,涵盖设计控制、采购控制、进货检验、生产过程 控制与检验、成品检验、产品标识控制和产品防护控制等各过程。这些严格的程序使得 OMEXELL TM 超滤具有良好的纤维强度、一致的孔径 分布、超强的化学稳定性和高度抗污染的能力,树立了其卓越品质的形象。每一只出厂元件都经过 8道工序的严格检验 1.3 研发与服务 Omexell 公司高科技的形象,来自于公司拥有的持续创新能力。公司在中 国设立有自己的技术中心,拥有世界膜分离领域的一流专家,水和废水处理业 界的优秀工程师,配置了齐备的尖

5、端仪器设备,为产品开发和服务用户提供必 要且充足的支持。技术中心的尖端手段中,和超滤膜有关的包括表征膜孔径的系列仪器,表 征亲水性的接触角测定仪,进行水质全分析的原子吸收光谱仪、离子色谱仪、 液相色谱仪、 TOC 仪、气质仪等。其它还包括扫描电镜、颗粒仪等等。这些设 施,能够为大中国地区的用户提供最深入的水质剖析服务、便捷的技术支持以 及及时准确的故障诊断,解决用户遇到的难题。 氮吸附孔径仪毛细流动孔径仪接触角测定仪原子吸收30万倍扫描电镜 2.1 超滤简介近 30年来,超滤技术的发展极为迅速,不但在特殊溶液的分离方面有独 到的作用,而且在工业给水方面也用得越来越多。例如在海水淡化、纯水及高

6、纯水的制备中,超滤可作为预处理设备,确保反渗透等后续设备的长期安全稳 定运行。在食品饮料、矿泉水生产中,超滤也发挥了重要作用。因为超滤仅去 除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质,而保留了对人体健康有益的矿物质。 超滤是一种膜分离技术,其膜为多孔性不对称结构。过滤过程是以膜两侧 压差为驱动力,以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程,使用压力通常为 0.030.6 MPa, 筛分孔径从 0.0050.1m, 截留分子量为 1000 500,000道尔 顿左右。 1分离过程不发生相变化,耗能少;2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;3分离过程仅以

7、低压为推动力,设备及工艺流程简单,易于操作、管理及 维修;4应用范围广,凡溶质分子量为 1000500,000道尔顿或者溶质尺寸大小 为 0.0050.1m左右,都可以利用超滤分离技术。此外,采用系列化不同截留 分子量的膜,能将不同分子量溶质的混合液中各组分实行分子量分级。1筛分孔径小,几乎能截留溶液中所有的细菌、热源、病毒及胶体微粒、 蛋白质、大分子有机物。2能否有效分离除决定于膜孔径及溶质粒子的大小、形状及刚柔性外,还 与溶液的化学性质(pH 值、电性 、成份(有否其它粒子存在以及膜致密层 表面的结构、电性及化学性质(疏水性、亲水性等有关。3整个过程在动态下进行,无滤饼形成,使膜表面不能透

8、过物质仅为有限 的积聚,过滤速率在稳定的状态下可达到一平衡值而不致连续衰减。这种过滤膜对大分子溶质的分离主要依赖于膜的有孔性,即膜对大分子溶 质的吸附、排斥、阻塞及筛分效应。2.2 影响超滤性能的因素 可以用来制造超滤的材质很多, 包括:聚偏氟乙烯 (PVDF、 聚醚砜 (PES、 聚丙烯 (PP、聚乙烯 (PE、聚砜 (PS、聚丙稀腈 (PAN、聚氯乙稀 (PVC等。 90年代初,聚醚砜材料在商业上取得了应用;而 90年代末,性能更优良 的聚偏氟乙烯超滤开始被广泛地应用于水处理行业。因此聚偏氟乙烯和聚醚砜 成为目前最广泛使用的超滤膜材料。聚偏氟乙烯(PVDF材料的分子结构CF2CH 2n P

9、VDF 最突出的特点 -抗氧化能力十分出众当超滤和微滤用于水处理时,其材质的化学稳定性和亲水性是两个最重要 的性质。化学稳定性决定了材料在酸碱、氧化剂、微生物等的作用下的寿命, 它还直接关系到清洗可以采取的方法;亲水性则决定了膜材料对水中有机污染 物的吸附程度,影响膜的通量。 1化学稳定性 聚偏氟乙烯 (PVDF 材质的化学稳定性最为优异,耐受氧化剂(次氯酸钠 等的能力是聚醚砜、聚砜等材料的 10倍以上。在水处理中,微生物和有机物 污染往往是造成超滤不可逆污堵的主要原因,而氧化剂清洗则是恢复通量最有 效的手段,此时聚偏氟乙烯 (PVDF 材质体现出了其优越性。2亲水性人们相信,亲水性好的膜材料

10、就不容易被污堵,污堵后也容易清洗恢复。 亲水性往往采用接触角来衡量。接触角的含义如图所示,值越大,表明材料越疏水,当等于零时,表明液 体(水能浸润固体表面,以下是一些数据。5001000150020000.01500ppm NaClO下处理时间,小时相 对 拉 伸 强 度 不同公司超滤膜材料的接触角数据膜材料 接触角 纤维素 1245 聚醚砜 4481 聚丙烯 108 聚砜 3881 PVDF3066注:不同产品,不同人测试结果差异较大。有些膜材料可能经过亲水改性。大量的研究结果发现,用接触角来评价膜的抗污染性有一定的局限性。这 是由于一方面接触角的测定数据本身不够准确,它受到被测材质表面的光

11、滑程 度、水的纯度以及测定技术的影响;另一方面,当浓差极化等问题突出时,膜 本身性质的影响则退居次席。(注:Omexell 在中国的技术中心能够进行接触角测定和材料亲水性的全 面评价,为客户提供充分的技术支持。 超滤膜通常采用不对称结构,即由致密的皮层和多孔的支撑层构成,通常 支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上。这种结构有以下的优点:a 致密的 皮层提高了过滤的精度; b 多孔的支撑层降低了过滤的阻力,并且使得穿过皮 层的微小杂质被截留的几率降低到最小。这些优点使得超滤基本实现了表面过 滤,清洗恢复性比微滤有明显的改善,因而其长期通量更稳定。=0 2超滤膜的孔径超滤膜的孔径有很多种测定和表征

12、方法。其中泡点法是实施最为简便的一 种。泡点法理论基础是毛细现象。有如下的定量公式:DP cos 4= 式中 P 就是泡点压力。把膜浸入到水中,逐渐增加膜的一侧的气压,当观 察到气泡连续从膜的另一侧逸出,此时的气压就是泡点压力。 是液体(水 /空气的表面张力; 是液体 (水 -固体 (膜 的接触角; D 是毛细管的直径 (孔 径 。可以看到:a 泡点测定方法测得的实际是膜上的最大孔径;b 膜孔径,即毛细管直径 D 越小,泡点压力越大。理论上,这个关系和膜 的材质无关。这一原理在超滤中的一个重要应用是完整性检测。在超滤膜的一侧为液体 (水 ,另一侧通入压缩空气。通过观察气体侧压力下降的速率,或者

13、观察液体 侧是否出现连续气泡,来判断膜的完整性。当然, 进一步拓展该原理的 “ 气体渗透法 ” 不仅可以测定膜的最大孔径, 而且运行时间致密皮层 海绵支撑层 能够测定膜的孔径分布。(注:Omexell 在中国的技术中心可提供多种方式的孔径分布测定,包括 电子显微镜、气体渗透法和比表面积测定。 组件的结构设计是连接膜丝特点和操作参数的中间纽带。 在众多的形式中, 目前以中空纤维膜为主,也有管式和卷式膜。组件的结构需要考虑的因素包括:1尽量提高膜的填充密度,增加单位体积的产水量;2尽量减小浓差极化的影响;3对进水水质的要求越宽越好;4便于清洗;5制造成本低。中空纤维膜以其无可比拟的优势成为超滤的最

14、主要形式。根据致密层位置 不同,中空纤维滤膜又可分为内压膜、外压膜及内、外压膜三种。外压式膜的进水流道在膜丝之间,膜丝存在一定的自由活动空间,因而更 适合于原水水质较差、悬浮物含量较高的情况;内压式膜的进水流道是中空纤 维的内腔,为防止堵塞,对进水的颗粒粒径和含量都有较严格的限制,因而适 合于原水水质较好的工况。1超滤的运行方式超滤的运行有全流过滤(死端过滤和错流过滤两种模式。全流过滤时, 进水全部透过膜表面成为产水;而错流过滤时,部分进水透过膜表面成为产水, 另一部分则夹带杂质排出成为浓水。全流过滤能耗低、操作压力低,因而运行 成本更低;而错流过滤则能处理悬浮物含量更高的流体。具体的操作形式

15、宜根 据水中的悬浮物含量来确定。 当超滤的过滤通量较低时,超滤膜的过滤负荷低,膜面形成的污染物容易 被清除,因而长期通量稳定;当通量较高时,超滤膜发生不可恢复的污堵的倾 向增大,清洗后的恢复率下降,不利于保持长期通量的稳定。因此,针对每种 具体的水质,超滤都存在一个临界通量,在运行中应保持通量在此临界通量之 下。临界通量往往需要通过试验确定。 2超滤的清洗方式超滤的清洗方式包括水的正洗、反洗,气洗,分散化学清洗,化学清洗等。 其中正洗、反洗可以清除膜面的滤饼层,而气洗则利用气水混合液的强力湍动, 更有效地清除膜表面的污染层。 分散化学清洗和化学清洗则通过化学药剂来清除胶体、有机物、无机盐等 在

16、超滤膜表面和内部形成的污堵。清洗频率提高、清洗强度增大都有利于更彻 底地清除各类污染物。 2.3 超滤技术术语1不对称膜 (Anisotropic Membrane人工合成聚合中空纤维,由一层均匀致密的、很薄的外皮层及起支撑作用 的海绵状内层结构构成。这层均匀致密的外皮层起真正截留污染物的作用。 2原水 (Feed进入超滤系统的水。3产水 (Permeate正常工作时透过滤膜的那部分水,基本上无胶体,颗粒和微生物等。 4通量 (Flux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,其单位 多用 L/m2.h 。5透膜压差 (Trans-membrane Pressure简称 TMP

17、 , 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。 浓水排力+进水压力膜两侧平均压力 = - 产水出口压力如全流过滤,则:膜两侧平均压力差 =进水压力 -产水出口压力6反洗 (Backwash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中空纤维膜丝,从而松解并冲 走了膜外表面在过滤过程中形成的污物。7气洗 (Air Scrubbing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。8分散化学清洗 (Chemically Enhanced Back

18、wash在中空纤维膜膜丝外侧即原水侧加入具有一定浓度和特殊效果的化学药 剂,通过循环流动、浸泡等方式,将膜外表面在过滤过程中形成的污物清洗下 来的方式。9回收率 (Recovery产水占总原水的百分比,回收率 %=产水 / 原水 100Omexell 生产 OMEXELL TM 系列外压式中空超滤膜组件。 OMEXELL TM 系列超滤膜组件,采用聚偏氟乙烯 (PVDF 材料,可长期耐 受高浓度的氧化剂, 充分抑制微生物繁殖。 在工业应用的 PVDF 超滤膜组件中, OMEXELL TM 系列超滤膜组件具有小的公称孔径,能够去除几乎所有的微粒、 细菌、大多数病菌以及胶体;其极高的孔隙率使得 O

19、MEXELL TM 系列超滤膜组件能够获得和微滤相当相近的通量, 因而在大多数情况下是比微滤更好的选择。 OMEXELL TM 系列超滤膜组件,采用不易堵塞的外压式结构,具有更高的 截污量,更大的过滤面积,使清洗更简便、彻底。采用的流态设计以全流过滤 为主,但组件也可以很方便地转换成错流过滤的模式,与错流相比,全流过滤 能耗低、操作压力低,因而运行成本更低;而错流过滤则能处理悬浮物含量更 高的流体。因此具体的操作形式宜根据水中的悬浮物含量来确定。OMEXELL TM 系列膜组件,通常以恒流方式运行,透膜压差将随运行时间 逐渐增加,此时通过定期的反洗、气擦洗以及化学分散清洗等手段,可以清除膜面的

20、滤饼层;而在反洗水中加入杀菌剂则能够有效地控制膜组件内微生物繁殖,更彻底地除去膜面污染物。 3.1 OMEXELLTM 超滤的主要技术特征1耐氧化、抗污染的聚偏氟乙烯 (PVDF 材料-产品寿命更长目前全球超滤主流产品分为聚偏氟乙烯 (PVDF 和聚醚砜 (PES 两大类主体材料。 PVDF 的重要优点是其化学稳定性远远优于聚醚砜材料,特别是耐 受氧化剂清洗的能力更强。 而氧化剂清洗是解决有机物污堵超滤膜的主要手段,因此 PVDF 材料的超滤膜更耐久,长期通量更稳定。2采用专利的共混配方-强度更高专利的共混配方使得该超滤膜的抗拉和抗压强度大大提高,从而更好地适 应用于污水或者废水时的恶劣运行状

21、况和清洗条件,解决了其它 PVDF 膜抗拉 和抗压强度低的缺陷。3适应范围更宽的外压式结构-纳污量大、易清洗在超滤元件中,中空纤维膜丝内腔空间是固定的,而膜丝之间存在着自由活动的空间。因此采用外压式进水方式,对于进水最大颗粒尺寸的限制以及进中空纤维膜海绵状多孔支撑层膜丝断面 水悬浮物浓度的限制都更宽松, 因而大大降低了过滤流道被堵塞的风险或几率。 例如类似外压式结构的膜生物反应器,可对高悬浮物污水直接进行处理。表 3-1 通常外压式和内压式超滤对进水水质的要求 项 目超滤品牌 A 超滤品牌 B OMEXELL 流动形式内压 内压 外压 纤维丝外径 /内径, mm预过滤精度要求, m进水最大浊度

22、, NTU同样地,由于膜丝之间存在的自由活动空间,外压式超滤可以采用最廉价、 高效的气水混合擦洗方式减轻超滤膜的污堵;内压式则不能采用气水混合擦洗 的方式,而往往必须采用频繁的化学分散清洗来缓解该问题。4过滤精度极高的 PVDF 超滤-产水水质更好目前全球采用 PVDF 材料的超 /微滤供应商主要包括 Omexell 等五家, 其中 只有包括 Omexell 在内的两家公司属于超滤产品, Omexell 超滤产品的公称膜 孔径只有 0.03m,过滤精度是目前 PVDF 超滤 /微滤产品中最高的。可以在各 种进水水质条件下为超滤下游的工艺设备如反渗透提供最佳的保护。5高度亲水的膜材料-先进的专利

23、改性技术OMEXELL TM 中空超滤膜在提高强度、提高过滤精度的同时,特别进行了 膜材料的改性。专利的改性技术使得 PVDF 超滤膜的亲水性大大提高,从而更 进一步提高了超滤的抗污染能力。 6 在处理复杂水质的大量工程业绩中, 在行业权威科研机构组织的对比试验中, OMEXELL TM 超滤性能表现优异在各大电力公司、各电科院及大学组织的超滤对比试验中, OMEXELL TM 超 滤无论是产水水质、通量还是抗污堵能力均超越其它产品;在电厂循环排污水、 石化炼油废水和海水过滤的工程应用, 验证 OMEXELL TM 超滤最出色的抗污染能力,最稳定的运行工况。 接触角 3.2 OMEXELLTM

24、 系列超滤在中国的业绩早在 2002年, 700m 3/h 的 OMEXELL TM 超滤装置就在山西三维投入运行, 自此开始了 OMEXELL TM 超滤在中国的大规模工业应用。随着中国水资源的日 益短缺和水质污染的加重, OMEXELL TM 向市场推出了高度抗污染、抗氧化的 PVDF 超滤,凭借卓越的性能,不断在工业领域特别是废水回用领域开创先河, 在中国建立了多个里程碑式的成功业绩。为用户节约水资源、降低成本做出了 贡献:中国热电系统第一套全膜法锅炉补给水处理系统选用 OMEXELL TM 超滤产 品。中国第一套 230万千瓦火力发电机组全膜法锅炉补给水处理系统选用 OMEXELL T

25、M 超滤产品,处理黄河水。中国第一套 260万千瓦火力发电机组全膜法锅炉补给水处理系统选用 OMEXELL TM 超滤产品,处理地表水。中石化第一套规模型 ( 500m 3/h 炼油废水回用系统选用 OMEXELL TM 超 滤产品,处理炼油废水。中国第一套 100万千瓦机组双膜处理工艺中, 选用 OMEXELL TM 超滤产品, 回用市政污水。2002年至 2005年取得的这些成功业绩,为中国工业节水开创了新工艺、 新技术,获得用户和市场的广泛认可。此外,在中国电力系统的包头二热、霍州电厂、榆次电厂、垞城电厂、临 沂电厂等大型电厂获得普遍的应用。在大唐王滩电厂的海水淡化系统中,在著名的电子行

26、业用户,如北京松下、 吉林华微半导体、杭州士兰、 Infineon 等的超纯水系统和电子废水处理系统也 均使用 OMEXELL TM 超滤元件。 4.1 OMEXELLTM 组件型号及规格说明 超滤膜组件的膜材料按表 4-1的规定。表 4-1 超 滤 膜 组 件 的 膜 材 料膜材料名称 膜材料缩写 代 号聚砜聚偏氟乙烯聚醚砜聚丙烯腈聚丙烯聚乙烯醋酸纤维素芳香聚酰胺聚氯乙烯再生纤维素 RC 10 OMEXELL TM SFX X X X产品规格属性(膜公称长度规格,详见表 4-2产品规格属性(公称内径规格,详见表 4-2产品规格属性(膜材料代号,详见表 4-1产品型号名称(膜组件用途,详见表

27、4-3产品商标品牌名称超滤膜组件的规格属性按表 4-2的规定。表 4-2超滤净水膜组件的规格属性超滤膜组件的用途按表 4-3的规定。表 4-3超滤膜组件的用途说明 产品型号 用途区分 SFP 预处理 SFD 中水 /污水回用 SFR饮用水处理示例:OMEXELL TM SFP-2660型超滤膜组件:表示膜材料为聚偏氟乙烯的外压 式超滤膜组件,其公称内径为 6英寸,膜公称长度 60英寸。膜形式 中空纤维 平均膜孔径0.03m膜丝外径 组件规格膜有效面积(m重量 (湿态 (Kg组件公称内径 mm(in超滤膜公称长度mm(in外形尺寸 (mmmm165135616518561652356225186

28、02252360165185622518602252360 4.2 膜组件规格及基本参数表 4-4 OMEXELLTM 系列超滤膜组件规格及基本参数表膜 形 式 外压式中空纤维 膜 材 料 (聚偏氟乙稀 壳体材料 (聚氯乙烯 公称膜孔径 0.03m膜内外径 外径 1.3mm组件型号 组件公称膜面积 组件重量 (湿态 组件水容积 m 222 Kg 7 L m 232 Kg 16 L m 244 Kg 25 L m 283 Kg 30 L m 298 Kg 40 L m 2最大进水压力 6.0 bar产水浊度 0.2 NTU产水 SDI 2.5TOC 去除率 60 %注:组件水容积指单支组件可容纳

29、溶液的容积 4.3 膜组件外型及接口尺寸组件外形参数表(mm1210SFX-266018561500SFX-268023562000 组件外形参数表(mm型号 SFX-266018601500SFX-268023602000 4.4 膜组件的使用条件表 4-5 OMEXELLTM 系列超滤膜适用条件pH 范围 211 (清洗时 112最大进水浊度 300 NTU最大进水压力 6.0 bar最高使用温度 40最大进水余氯浓度 200 mg/L清洗剂最大余氯浓度 5000 mg/L运行方式 全流过滤或错流过滤表 4-6 OMEXELLTM 系列超滤膜适用条件进水条件 进水类型浊度(NTUTOC(mg/L透水速率(L/m2.h反洗间隔(分钟 最低气洗频率(次 /天 化学分 散清洗地下水 不推荐 地表水 (自来水 可选用 地表水 (经砂滤 25 可选用 地表水 515可选用 地表水 50推荐 海水 P1 7.2 完整性测试方法将膜组件中充满测试所用的液体,使膜完全浸润,膜丝所有的孔中都充满