内压式与外压式超滤膜在实际应用中的分析比较

1、冶金动力METALLURGICAL POWER2009年第5期总第135期来源水清水箱清水泵换热器砂滤器叠片过滤器超滤反渗透除碳器中间水箱中间水泵混合除盐水箱加氨除盐水泵外供离子交换器浓水浓水箱1前言随着世界范围内的水资源紧张,日益突出的水资源供求矛盾促使水处理技术尤其是膜法水处理技术不断得到完善和发展,其中超滤技术近年来在国际、国内更是取得了长足的进步,因其操作方便、设备紧凑、过程安全、分离效果好等原因,不仅广泛应用于食品、酿造、医药、化工、环保等行业;而且用途日益广泛,可用于饮用水处理、反渗透的预处理、中水回用和物质分离、浓缩等领域。下面,笔者以实际工作经历来谈谈内压式与外压式中空纤维超滤

2、膜作为反渗透预处理系统在实际应用中的比较。2工程案例概述某钢铁公司在一高炉工程中,新建一座75t/h 的脱盐水站,该系统主要采用超滤和反渗透双膜法混床工艺的水处理技术,其中超滤机组分为4套,运行方式3用1备,超滤膜选用材质为SPES 的内压式中空纤维膜元件,系统管道采用UPVC 管(反渗透高压部分为金属管道,整个系统由PLC 程序控制实现全自动运行。站内原工艺流程如下:其中超滤浓水回流至清水箱循环使用,反渗透浓水回流至浓水箱作为超滤反洗用水。3工程案例出现的事故及改造经过该系统自2005年9月投入运行以来,2005年年底出现超滤膜丝严重损坏、反渗透保安过滤器滤袋污堵严重、超滤管道及超滤膜组件振

3、动大等一系列设备事故,严重影响除盐水的安全生产。2006年厂方对站内系统进行第一次技术改造,通过仔细分析发现该系统的设计存在重大缺陷,即原系统中超滤产水直接经高压泵进入反渗透,当超滤进入周期性反洗时,超滤总产水量会出现周期性减少,此时无法满足反渗透高压泵的进水要求,反渗透高压泵进水压力骤然降低,甚至压力为零,形成高压泵对超滤膜丝吸、拉作用,使超滤系统的跨膜压差增大;又由于该超滤膜水通量较小、膜丝污染速度较快、膜丝强度不高等原因,造成超滤系统在投运后不久出现膜丝大面积断裂,导致超滤出水水质恶化(SDI 7,从而引发上述设备问题出现。针对上述问题,厂方进行了技术改造,具体改造措施为:将浓水箱改造为

4、超滤水箱,增加三台超滤水箱提升泵,并将相应的管道和PLC 控制程序进行调整,使反渗透和超滤独立运行,设备厂家对超滤膜全部更新,将原有的超滤膜丝全部更换为该品内压式与外压式超滤膜在实际应用中的分析比较任立纲,马红刚(安阳钢铁集团公司动力厂,河南安阳455004【摘要】通过实际工程中超滤系统出现的故障分析以及采取的改造措施,对内压式超滤膜与外压式超滤膜进行了综合比较。【关键词】内压式;外压式;超滤【中图分类号】TQ085【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(200905-0078-03Analysis and Comparison of Internal Pressure-type an

5、d externalpressure-type Ultrafiltration Membrane in ApplicationREN Li-gang M A Hong-gang(Power Plant,Anyang Iron &Steel Group Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455004,China【Abstract 】On the basis of analysis of failures in the ultrafiltration membrane system of an actualengineering and the improvement measu

6、res adopted,a comprehensive comparison was made on the internal pressure-type ultrafiltration membrane and the external pressure-type ultrafiltration mem-brane.【Key words 】internal pressure-type;external pressure-type;ultrafiltration78冶金动力METALLURGICAL POWER2009年第5期总第135期设备进水压力/M Pa跨膜压差/MPa产水量/(t/h

7、产水SDI运行情况超滤A 套0.150.160.040.064650 1.31.5正常超滤B 套0.150.160.060.074447 1.31.5正常超滤C 套0.140.160.040.064347 1.41.5正常超滤D 套0.140.160.050.0741461.41.5正常设备进水压力/MPa跨膜压差/M Pa产水量/(t/h 产水SDI运行情况技术要求0.20.15353超滤A 套0.160.180.040.082835 1.87.5有振动超滤B 套0.150.180.060.082833 1.87.5有振动超滤C 套0.140.170.070.102633 2.47.5基本正

8、常超滤D 套0.140.170.080.1026342.47.5基本正常来源水清水箱清水泵换热器砂滤器叠片过滤器超滤反渗透超滤提升泵超滤水箱除盐水箱加氨除盐水泵外供混合离子交换器浓水浓水外排除碳器中间水箱中间水泵牌材质为改性PVC 的内压式中空纤维膜。改造后系统工艺流程如下:其中超滤浓水回流至清水箱循环使用,反渗透浓水直接排入地沟排出,利用超滤产水反洗超滤。但是运行一段时间后,厂方又发现超滤装置出现了新的问题,主要表现为超滤出水量严重不足(每小时少30m 3左右,超滤膜丝污堵严重,化学清洗频繁(约两星期清洗一次,高峰期每星期清洗一次,进而无法满足反渗透系统进水水量要求,使反渗透启、停频繁,对水

9、泵、反渗透膜危害很大,使整个系统的制水能力降低约30%,对后续用户的供应能力造成巨大影响。经过认真分析,厂方发现该型超滤膜元件虽然机械强度高,产水水质稳定,但膜元件内膜表面积较小,其水通量也较小;膜丝直径较小易污堵,由于是内压式膜元件,当来源水水质出现波动时,膜丝污染情况更加明显,因此会出现产水量偏小、污染速度快等问题。通过广泛的考察研究,厂方认为内压式超滤膜对来源水水质要求较高,不适用于处理水质波动大的地表水(冶金行业多以地表水为原水。决定选用国内某品牌、材质为PVDF 的外压式中空纤维超滤膜代替原有的内压式中空纤维超滤膜,对超滤系统进行第二次技术改造。具体改造内容为:拆除旧的超滤膜组件,安

10、装新的超滤膜组件,对原有的设备支架进行修改以满足新膜组件的尺寸要求;修改超滤的运行方式,由内压式运行改为外压式运行,提高膜丝的抗污染能力,将超滤的运行工艺由运行-上反洗-下反洗-正洗-运行改为运行-气洗-水洗-下排污-运行,增加气洗提高反洗效果,延长运行周期,节约反洗用水量,提高超滤装置的运行效率;修改超滤PLC 控制程序;增加空气干燥机,确保阀门用的压缩空气无油无水;更换有问题的电磁阀,保证所有阀门开关正常;超滤化学清洗装置增加药液回流管道,提高清洗液的混合均匀度。改造工作完成后,经过72h 联动试车考核及为期1个月的试运行,运行情况良好。4超滤系统不同膜元件性能参数对比与分析针对三种超滤膜

11、元件,我们对运行数据进行了汇总对比,主要参数有进水压力0.2M Pa 跨膜压差0.1MPa 单套产水量35t/h 产水SDI 3本体无跑、冒、滴、漏现象,无明显震动,运行平稳。实际检测数据如下:(1不同膜元件运往动态数比较,见表13。从表13中可以看出:材质为SPES 的内压式超滤膜组件,运行产水量有所不足,但产水水质不合格,断丝严重,对反渗透系统影响很大。材质为改性PVC 的内压式超滤膜组件,运行产水量严重不足,产水水质较差,运行情况较差;外压式超滤膜组件各项运行数据正常,其中产水量和产水SDI 两项表1材质为PVDF 的外压式超滤膜组件的运行数据统计表2材质为SPES 的内压式超滤膜组件的

12、运行数据统计79冶金动力METALLURGICAL POWER2009年第5期总第135期(上接第77页蒸发式冷却器投资略高,但每年节约运行费用400多万元,若按换热设备使用寿命10年计算,扣除第一次投资,10年节约运行费用4000多万元,相当于再建一套完整的高炉水处理设施的总投资。9结束语中国是世界上人均水资源最缺乏的国家之一,居世界第88位,已被列为世界上人均水资源最缺乏的13个国家之一。联合软水闭路冷却供水方式和蒸发式冷却器最符合国家节能减排政策,应大力推广。参考文献1戴杰.高炉软水密闭循环冷却系统若干问题的探讨.炼铁J.1996.06.2许尉良.高炉软水密闭循环冷却水处理技术的研究及在

13、武钢五号高炉的应用.工业水处理J.1997.17.3张学超.武钢新3号高炉软水密闭循环系统的设计.炼铁J.1992.5.收稿日期:2009-05-04作者简介:林清鹏(1965-,男,1987年大学本科毕业,高级工程师、注册公用设备工程师,现长期从事冶金给排水设计、项目管理、技术管理工作,先后获国家级银奖、铜奖各一项,省部级优秀设计奖3项。设备进水压力/M Pa跨膜压差/MPa产水量/(t/h 产水SDI运行情况技术要求0.20.15353超滤A 套0.130.180.070.092228 2.53.2有振动超滤B 套0.130.180.060.091827 2.53.2基本正常超滤C 套0.

14、130.180.070.101824 2.43.5有漏水超滤D 套0.140.180.070.0918252.43.5有漏水材质类型膜丝直径/mm膜表面积/m 2水通量/(Lh反洗方式SPES 内压式0.91.433.251155水洗改性PVC内压式0.91.6625.061750水洗PVDF外压式0.61.1403000气、水双洗数据表现得更好,比较适合当前系统的要求。(2不同超滤膜组件的性能参数比较见表4表3材质为改性PVC 内压式超滤膜组件的运行数据统计从表4中可以看出:外压式超滤膜元件的特点是膜丝外空间大,膜表面积较大,水通量较大,因而其在运行时纳污量大、抗堵塞,对原水水质要求低,适用水质范围较广,适用于污水处理或原水水质波动较大的系统;内压式超滤膜元件的特点是膜丝内部孔道小,膜表面积和水通量较小,对进水悬浮物含量要求较严,适用于原水水质较好的水处理系统。5结论通过上述分析和实际工作经历,笔者认为外压式超滤膜元件在实际运行中有以下特点对原水水质要求较低、纳污量大,适应能力较强;运行方式灵活,可选择死端过滤或错流过滤;反洗周期和清洗周期相对较长(PVDF 材料抗污染能力强是目前所公认的;运行压差相对较低(原内压式超滤系统跨膜压差0.15MPa ,新换外压式超滤系统跨膜压差0.1MPa ;运行费用相对