超滤膜组件讲座教学内容

1、超滤(UF)工艺(gngy)技术讲座第一页，共68页。目录(ml) 超滤发展(fzhn)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 我们的服务第二页，共68页。超滤发展(fzhn)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(shngchn)与销售。1965年以后已商业化、工业化70年代，首

2、次研制(ynzh)出管式超滤膜与组件。80年代先后研制(ynzh)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。第三页，共68页。超滤工作(gngzu)原理定义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

3、强度；5、耐化学性操作参数(cnsh)-流速-压力与压力差-回收比与浓缩排放量-工作温度第四页，共68页。超滤工作原理(yunl)示意在动力(dngl)的驱使下，利用膜本身的筛分作用使物料得到净化、浓缩。第五页，共68页。超滤膜与组件(z jin)1、材质：CA，PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN, PVC 等2、结构：管式，中空纤维(xinwi)、平板式、卷式3、化学成分：有机，无机4、供应商：AMICON；ZENON；KOCH；MILLIPORE；FILTIRON；NITTO；OSMONICS；DESALL；MEMBRANA；DAICEL第六页，共68页。PARKRICH供应商英国

4、英国(yn u)INGU(yn u)INGU公司公司, ,全球最大超滤膜全球最大超滤膜生产商生产商日本日本DaicelDaicel公司公司, ,日本最大饮用水处理膜供日本最大饮用水处理膜供应商应商加拿大加拿大ZENONEZENONE公司公司NITTONITTO公司公司HydranauticsHydranautics法国法国AQUCELLAQUCELL公司公司美国美国KOCHKOCH公司公司 十几年超滤膜应用和开发的经验十几年超滤膜应用和开发的经验第七页，共68页。UF膜产品(chnpn)的概况 膜材料种类：膜材料种类：SPESSPES，CTACTA，PESPES，PAN, PVCPAN, PV

5、C 膜组件规格：膜组件规格：1212组件（组件（5050或或65m265m2） 1010组件（组件（45m245m2） 5 5组件（组件（10-12m210-12m2） 3 3组件（组件（4m24m2） 膜产地：英国膜产地：英国INGU INGU 日本日本Daicel Daicel 加拿大加拿大ZENONEZENONE公司公司(n s)(n s)、NITTONITTO公公 司司HydranauticsHydranautics、法国、法国AQUCELLAQUCELL第八页，共68页。超滤膜污染(wrn)与再生 物理法 高纯水、热水等反冲洗(chngx)、正洗 超声清洗 气、水混合冲洗(chngx

6、) 化学清洗法（循环、浸泡） 酸洗 碱洗 消毒剂 加酶洗第九页，共68页。微孔(wi kn)膜与超滤膜的区别微孔膜微孔膜超滤膜超滤膜孔径范围孔径范围0.11.0m 0.0010.1m 表征方式表征方式孔径孔径切割分子量切割分子量反洗方式反洗方式气、水气、水水水膜材料膜材料通常为憎水材料通常为憎水材料通常分为亲水和憎通常分为亲水和憎水材料水材料使用范围使用范围只要不易形成孔污只要不易形成孔污染，均可使用染，均可使用膜表面可截留的范膜表面可截留的范围围第十页，共68页。截留率截留率=0%水水盐盐可溶性固体可溶性固体截留率截留率=部分部分BODCOD小分子小分子原料液原料液渗透液渗透液非对称膜非对称

7、膜悬浮固体悬浮固体胶体胶体大分子物质大分子物质截留率截留率=100%原料流量原料流量压力压力第十一页，共68页。表面吸附表面吸附颗粒的堵塞颗粒的堵塞由于传质过程而形成由于传质过程而形成(xngchng)的的表面的附着表面的附着活性物质嵌入膜并生长聚集过程活性物质嵌入膜并生长聚集过程第十二页，共68页。优质(yuzh)超滤膜的表征孔分布窄（如图中红线孔分布窄（如图中红线(hn xin)）没有大孔缺陷（如图中阴影部分）没有大孔缺陷（如图中阴影部分）A：为质量好的超滤膜：为质量好的超滤膜 B：为质量差的超滤膜：为质量差的超滤膜实际应用中的具体表现实际应用中的具体表现A膜形成表面污染，透量易恢复，膜形

8、成表面污染，透量易恢复， B膜易形成孔污染，透量不易恢膜易形成孔污染，透量不易恢复复A膜透量衰减的慢，膜透量衰减的慢，B膜衰减的快膜衰减的快孔分布孔分布AB50,000150,0000.2m 孔径孔径返回返回(fnhu)第十三页，共68页。亲水性亲水性/ /非亲水性膜的比较非亲水性膜的比较(bjio)(bjio)非亲水性膜非亲水性膜胶体胶体(jio t)油油蛋白蛋白(dnbi)胶体胶体油油蛋白蛋白杂质在膜表面状态杂质在膜表面状态:附着附着胶体胶体油油蛋白蛋白过滤过滤反洗反洗亲水性膜亲水性膜胶体胶体油油蛋白蛋白胶体胶体油油蛋白蛋白杂质在膜表面状态杂质在膜表面状态:聚结成球状聚结成球状反洗反洗胶体

9、胶体油油蛋白蛋白过滤过滤第十四页，共68页。常见(chn jin)膜材料的性能比较膜膜IPVCCTACAPES*PAN*膜材料膜材料改性聚氯乙烯改性聚氯乙烯醋酸纤维素醋酸纤维素聚醚砜聚醚砜聚丙烯腈聚丙烯腈切割分子量切割分子量(kD)8015015030100内外径内外径(mm)0.7/1.00.8/1.30.8/1.30.8/1.3接触角接触角(deg)4550505565705258水膨胀率水膨胀率(%)784.76.50.40.62.53.6牛血清蛋白吸附牛血清蛋白吸附量量(mg/m2)0.40.53.51.3带电性能带电性能(mV,PH7)-40-30-4.2-7.5PES*为没有为没有

10、(mi yu)改性的改性的PAN*为改性后的为改性后的第十五页，共68页。国内外产品(chnpn)性能比较亲水性亲水性非亲水性非亲水性永久亲水性永久亲水性非永久亲水性非永久亲水性1 膜材料膜材料改性聚氯乙改性聚氯乙烯烯(IPVC)三醋酸纤维三醋酸纤维(CTA)聚醚砜聚醚砜(PES)PS、PAN、PP、PE2 亲水性来源亲水性来源SO42-带负电带负电荷荷天然亲水天然亲水添加亲水材料添加亲水材料非亲水性非亲水性3 主要供应商主要供应商法国法国AQUCELL英国英国INGU日本日本DaicelOKM法国法国AQUCELL英国英国INGU荷兰荷兰X-Flow( Norit公司公司)海德能海德能国外：

11、美国高科，国外：美国高科，U.S.Filter国内：浙大，天国内：浙大，天纺、海洋所纺、海洋所4 操作压力操作压力0.020.06 MPa0.10.2 MPa5 化学清洗化学清洗频率低频率低,23月月/次次频率高频率高第十六页，共68页。典型典型(dinxng)亲水膜的操作特亲水膜的操作特点点0.02MPa0.12MPa1年年2年年3年年操作操作(cozu)压力压力(TMP)透量透量(FLUX)寿命寿命(shumng)设计透量设计透量0.02MPa12030透量单位透量单位:L/m:L/m2 2hr25hr25第十七页，共68页。亲水性膜与非亲水性膜的反洗及化学清洗(qngx)的比较间间化学化

12、学(huxu)清清洗洗化学清洗化学清洗化学清洗化学清洗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反洗后的透量接近100%恢复恢复亲水膜亲水膜非亲水膜非亲水膜反洗后的透量反洗后的透量8090%恢复恢复返回返回第十八页，共68页。第十九页，共68页。第二十页，共68页。错流过滤(gul)与死过滤(gul)的能耗比较备注：备注：1、过滤介质为、过滤介质为20水水2、膜为内径、膜为内径0.7mm的中空纤维的中空纤维3、回流、回流(hu li)比比R=回流回流(hu li)量量/产水量产水量透膜压差透膜压差(y ch)(y ch)，KPaKPa第二十一页，共68页。UF膜的特点(t

13、din)强的亲水性能强的亲水性能(xngnng)低污染、易恢复、能长期维低污染、易恢复、能长期维持持稳定的透量，稳定的透量， 特别是在原特别是在原水水质水水质较差的情况下较差的情况下较窄的孔分布较窄的孔分布良好的截留性能良好的截留性能(xngnng)和稳定的出水水质和稳定的出水水质较长的使用寿命较长的使用寿命实际运行中最长寿命可达实际运行中最长寿命可达6年年l膜组件膜组件(z jin)的装填面的装填面积大积大l独特的独特的“七芯七芯”设计，设计，装填面积可达装填面积可达5065平方米平方米l化学清洗的频率低化学清洗的频率低l 强的亲水性，凭简单强的亲水性，凭简单的反冲洗便可恢复透量，的反冲洗便

14、可恢复透量，大大降低了化学清洗的频大大降低了化学清洗的频率率l良好的化学稳定性良好的化学稳定性l 允许广泛的化学清洗允许广泛的化学清洗第二十二页，共68页。IPVC膜横截面电镜照片(zhopin)第二十三页，共68页。CTA膜电镜照片膜电镜照片(zhopin)第二十四页，共68页。UF膜的主要(zhyo)性能指标膜型号膜型号HF-IPVCHF-CTAHF-PANHF-PES膜材料膜材料磺化聚醚砜磺化聚醚砜(IPVC)三醋酸纤维素三醋酸纤维素(CTA)聚丙烯腈聚丙烯腈(PAN)聚醚砜聚醚砜(PES)亲水性亲水性永久亲水永久亲水天然亲水天然亲水憎水憎水憎水憎水切割分子量切割分子量(Dalton)8

15、0K150K30K/150K6/10/30/500K纤维内外径纤维内外径0.7/1.0 mm0.8/1.3 mm1.0/1.4 mm0.8/1.3 mm主要用途主要用途大规模水处理大规模水处理特殊分离特殊分离反渗透预处理油反渗透预处理油水分离水分离废水处理废水处理反渗透预处理反渗透预处理饮用水处理饮用水处理中水回收中水回收酶制剂浓缩酶制剂浓缩除热原除热原发酵液的澄清发酵液的澄清果汁果汁/果酒的澄清果酒的澄清产地产地德国德国Membrana英国英国INGU法国法国AQUCELL日本日本Daicel英国英国INGU日本日本Daicel日本日本Daicel第二十五页，共68页。特殊(tsh)超滤膜的

16、性能膜型号膜型号HF/PANHF/PANHF/PESHF/PES膜材料膜材料聚丙烯腈聚丙烯腈聚醚砜聚醚砜切割分子量切割分子量(KD)(KD)30301501506 63030150150纯水透量纯水透量(L/m2hr0.1MPa25)30030060060010001000520520800800纤维内外径纤维内外径(mm)(mm)1.0/1.51.0/1.51.4/2.01.4/2.00.5/1.00.5/1.00.8/1.30.8/1.30.8/1.30.8/1.3最高操作温度最高操作温度45 45 98 98 膜组件的面积膜组件的面积( (5 5组件组件) )主要应用领域主要应用领域酶制

17、剂浓缩酶制剂浓缩蛋白浓缩蛋白浓缩除热原除热原发酵液澄清发酵液澄清果汁果汁/ /果酒澄清果酒澄清第二十六页，共68页。超滤膜组件(z jin)(12)第二十七页，共68页。超滤膜组件(z jin)第二十八页，共68页。UF膜组件(z jin)的性能指标用途用途大规模水处理大规模水处理一般用途一般用途组件规格组件规格12123 35 5尺寸尺寸3103101180118076761100110010010011001100膜面积膜面积(m(m2 2) )6565或或50504 4或或8 8或或1010外壳材料外壳材料环氧玻璃钢环氧玻璃钢ABS/PSABS/PS粘接材料粘接材料环氧树脂环氧树脂环氧树

18、脂环氧树脂端头材料端头材料不锈钢不锈钢/FRP/FRPABSABS进口尺寸进口尺寸(mm)(mm)DN65DN65DN20DN20DN32DN32出口尺寸出口尺寸(mm)(mm)DN65DN65DN20DN20DN25DN25第二十九页，共68页。UF的质量(zhling)保证体系 稳定(wndng)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第三十页，共68页。中空膜组件(z jin)的完整性检测观察气泡观察气泡密封密封密封密封干净空气或氮气干净空气或氮气0.1MPa原料侧检测原料侧检测(jin c)方式方式渗透侧检测渗透侧检测(jin c

19、)方方式式观察气泡观察气泡密封密封密封密封干净空气或氮气干净空气或氮气0.1MPa第三十一页，共68页。油田(yutin)回注水装置第三十二页，共68页。除热源(ryun)装置第三十三页，共68页。第三十四页，共68页。40吨/小时(xiosh)反渗透预处理第三十五页，共68页。工艺设计(shj)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性小膜组件的选用：板式：初级(chj)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。2、工艺设计参数：-初始通量Q1-稳定通量Qs-稳定系数：Sm=Qs/Q

20、1 （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、膜材质等第三十六页，共68页。温度(wnd)、压力与通量的关系 温度(wnd)与通量关系 第三十七页，共68页。UF膜组件(z jin)的工程设计参数 系统的设计步骤系统的设计步骤 典型的工艺流程典型的工艺流程(n y li chn)图图 设计的主要内容设计的主要内容 系统的控制系统的控制 设计的主要参数设计的主要参数 流程图流程图第三十八页，共68页。第一步第一步 第二步第二步 第三步第三步确定最佳透量确定最佳透量确定反洗频率确定反洗频率(p

21、nl)操作压力选择操作压力选择合理的化学清洗合理的化学清洗确定控制系统确定控制系统设计设计(shj)清洗清洗系统系统操作方式操作方式计算投资量和计算投资量和 运行成本运行成本原水来源原水来源 (自来水自来水/地表水地表水/ 地下水地下水/废水废水(fishu)操作方式操作方式 (错流错流/死过滤死过滤)过滤通量过滤通量 操作压力操作压力第三十九页，共68页。内循环式超滤工艺流程(n y li chn) 运行 化学(huxu)反冲洗（水洗、气洗） 待机保护 化学(huxu)清洗第四十页，共68页。典型(dinxng)工艺流程图成品成品(chngpn)水水箱箱NaClO加药泵加药泵反洗泵反洗泵原水

22、泵原水泵(shubng)原水原水供水箱供水箱循环水循环水反洗排污水反洗排污水恒流控制恒流控制反洗排污水反洗排污水第四十一页，共68页。超滤进水要求(yoqi)水中不溶解水中不溶解(rngji)(rngji)固含量固含量5wt%5wt%颗粒粒径颗粒粒径140140m m死过滤要求浊度死过滤要求浊度15NTU15NTU第四十二页，共68页。超滤膜的操作(cozu)方式原料进口原料进口原料出口原料出口渗透液渗透液渗透液渗透液020压力变化压力变化原料液原料液30正常正常(zhngchng)操作操作反洗反洗正洗正洗原料进口原料进口原料出口原料出口渗透液渗透液020渗透液渗透液渗透液渗透液压力变化压力变

23、化原料液原料液反洗出口反洗出口(ch ku)10压力变化压力变化反洗出口反洗出口反洗进口反洗进口反洗进口反洗进口0渗透液渗透液原料液原料液第四十三页，共68页。膜及膜组件的选择膜及膜组件的选择操作方式的确定操作方式的确定操作压力的选择操作压力的选择设计透量的选择设计透量的选择膜面积膜面积(min j)的选择的选择反洗频率反洗频率/强度的选择强度的选择化学清洗的确定化学清洗的确定操作程序的确定操作程序的确定第四十四页，共68页。原原 料料 泵：泵： 变频控制，实现恒流供水变频控制，实现恒流供水压压 力：力： 进水压力进水压力/ /浓水压力的控制浓水压力的控制流流 量：量： 浓水流量浓水流量/ /

24、产水流量的控制产水流量的控制温温 度：度： 进水温度进水温度(wnd)(wnd)的控制的控制流道控制：流道控制： 气动隔膜阀气动隔膜阀水质控制：水质控制： 进水进水/ /产水的浊度控制产水的浊度控制 第四十五页，共68页。UF膜的主要(zhyo)设计参数(一)膜组件型号膜组件型号HF-SPES-5/10/65HF-CTA-5/10/50膜材料膜材料SPESCTA膜组件面积膜组件面积5m2、10m2、65m25m2、10m2、65m2操作方式操作方式死过滤死过滤/错流操作错流操作/自动反洗自动反洗/恒流控制恒流控制使用条件使用条件设计压力设计压力(TMP,MPa)0.020.06最大进口压力最大

25、进口压力(Mpa)0.4最高使用温度最高使用温度()98 45 PH范围范围21238设计透量设计透量6060100L/m100L/m2 2hr0.05MPa25hr0.05MPa25第四十六页，共68页。UF膜的主要设计(shj)参数(二)膜组件型号膜组件型号HF-SPES-5/10/65HF-SPES-5/10/65HF-CTA-5/10/50HF-CTA-5/10/50反洗条件反洗条件反洗压力反洗压力(Mpa)(Mpa)0.10.15最大不超过最大不超过0.20.2反洗流量反洗流量反洗流量是渗透流量的反洗流量是渗透流量的4 4倍倍反洗频率反洗频率1 1次次/30/3060min60min

26、反洗时间反洗时间303090s/90s/次次化学清洗条件化学清洗条件清洗频率清洗频率2 23 3月月/ /次次4 46 6月月/ /次次清洗剂的组成清洗剂的组成酸洗为柠檬酸酸洗为柠檬酸(1%)(1%)碱洗为碱洗为NaOH PH12NaOH PH12杀菌为杀菌为NaClO(200ppm)NaClO(200ppm)酸洗为柠檬酸酸洗为柠檬酸(1%)(1%)表面活性剂清洗表面活性剂清洗杀菌为杀菌为NaClO(200ppm)NaClO(200ppm)第四十七页，共68页。典型典型(dinxng)工艺工艺流程图流程图第四十八页，共68页。内循环式超滤运行(ynxng)工艺流程第四十九页，共68页。内循环式

27、超滤反洗工艺(gngy)第五十页，共68页。内循环(xnhun)超滤待机消毒工艺第五十一页，共68页。内循环超滤化学(huxu)清洗工艺第五十二页，共68页。UF膜的主要(zhyo)应用 UFUF膜用于反渗透预处理膜用于反渗透预处理 主要性能指标主要性能指标 UFUF预处理与传统预处理的比较预处理与传统预处理的比较 成本分析成本分析 UFUF膜用于油水分离膜用于油水分离 油田油田(yutin)(yutin)回注水处理回注水处理 凝结水处理凝结水处理 中水回用中水回用 废水处理废水处理 饮用水处理饮用水处理第五十三页，共68页。 膜种类膜种类 HF-SPESHF-SPES和和HF-CTAHF-C

28、TA 出水水质出水水质 SDISDI1212 出水浊度出水浊度 0.1NTU0.1NTU 对胶体对胶体(jio t)(jio t)去除率去除率 99%99% 对悬浮固体去除率对悬浮固体去除率 99%99% 对对TOCTOC去除率去除率 30%30% 操作压力操作压力 0.030.06MPa0.030.06MPa 设计透量设计透量 6080L/m2hr0.05MPa256080L/m2hr0.05MPa25第五十四页，共68页。UF预处理与传统(chuntng)预处理方法比较(一) UF预处理预处理 传统预处理传统预处理进水水质进水水质(shu zh)要求要求(浊度浊度) 3500NTU以以下下

29、 200NTU出水水质出水水质(shu zh)浊度（浊度（NTU） 0.1 35SDI(15mins) 1.0 35水的回收率水的回收率 9095% 耗水耗水量大量大,8590%自动化程度自动化程度 高高 通常通常为半自动为半自动占地面积占地面积 0.2 1第五十五页，共68页。 UF UF预处理预处理 传统预处理传统预处理对于反渗透系统的影响对于反渗透系统的影响RORO膜的使用寿命膜的使用寿命5656年年 33年年RORO膜不可逆污染膜不可逆污染没有没有 经常出现经常出现RORO运行压力运行压力(yl)(yl)降低降低20% 20% RORO清洗频率清洗频率812812月月 3434月月RO

30、RO产水量产水量增加增加20%20% 反渗透的回收率反渗透的回收率 7580% 7075%7580% 7075% UF UF预处理与传统预处理与传统(chuntng)(chuntng)预处理方法比预处理方法比较较( (二二) )第五十六页，共68页。 传统预处理 UF/MF做预处理1. 设备(shbi)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/m2h3. 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

31、条件下第五十七页，共68页。 膜种类膜种类(zhngli) HF-SPES(zhngli) HF-SPES 对乳化油去除率对乳化油去除率 99%99% 对悬浮固体去除率对悬浮固体去除率 99%99% 对颗粒去除率对颗粒去除率0.10.5 m 0.10.5 m 颗粒颗粒 80%80%0.51.0 m 0.51.0 m 颗粒颗粒 90%90%1.010 m 1.010 m 颗粒颗粒 99.8%99.8% 膜透量膜透量 400L/m2hr0.1MPa50400L/m2hr0.1MPa50 操作压力操作压力 0.08MPa0.08MPa第五十八页，共68页。第五十九页，共68页。 废油水分离废油水分离

32、(fnl)(fnl)方法方法悬浮固体悬浮固体 浮油浮油乳化液乳化液已溶解固体已溶解固体滤芯过滤滤芯过滤隔网隔网重心沉淀重心沉淀凝聚过滤器凝聚过滤器APIAPI分离器分离器绳带撇油器绳带撇油器撇油器撇油器超滤超滤化学物理法化学物理法加温加温运走运走 反渗透反渗透活性炭吸附活性炭吸附 生物处理生物处理分离分离(fnl)(fnl)效益效益第六十页，共68页。标准标准(biozhn)超滤工艺图解超滤工艺图解废油水废油水(yu shui)(yu shui)撇油器撇油器平衡平衡(pnghng)(pnghng)槽槽1 1至至2 2天天存储存储表面活性剂表面活性剂添加添加( (如需要如需要) )浓缩液收集槽浓缩液收集槽液位控制液位控制流量计算器流量计算器处理槽处理槽半天半天存储存储UFUF低液位开关低液位开关PHPH调节调节( (如需要如需要) )PHPH调节调节( (如需要如需要) )透过液透过液透过液透过液平衡槽平衡槽平衡槽平衡槽RORO碳吸收碳吸收透过液透过液重用重用/ /排放排放oror* *200200微米过滤器微米过滤器( (只适用于中空纤维和卷式只适用于中空纤维和卷式) )* * *流量计算器为可选件流量计算器为可选件. .亦可安装在超滤亦可安装在超滤透过液线上透过