超滤预处理技术教程文件

超滤预处理技术超滤（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。

Ⅰ、超滤技术的发展

2一.超滤的基本原理Ⅱ、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，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。参见图一。3二.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。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41.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0.2×0.02um，小于SDI测定膜片0.45um孔径，因而UF滤后水足以保证SDI值<3。单支膜SDI可小于0.5，工业系统保证值为≤1.5。•细菌直径5um—0.3um，大于超滤膜壁孔径，UF对菌藻去除率≥99%，故超滤在防生物污堵方面仍具良好作用，对于加氯效果不好的情况下，起到屏障作用。5水中的成分滤除效果悬浮物，微粒>2um100%污染密度指数（SDI）出水<1病原体>99.99%浊度出水<0.5NTU溶解性总固体（TOC）去除<30%胶体硅、胶体铁、胶体铝>99.0%微生物99.999%2.典型超滤膜的过滤效果(仅供参考)6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SDI≤23、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7三.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)8四.内压式中空纤维超滤膜组件的结构9五.典型超滤膜组件的结构效果图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叠片式预过滤器超滤组件控制电柜12六.超滤膜组件的稳定运行要求项目内容解决方法水源合格的进水—配套的预处理

硬件采购1本体设备超滤机组(泵)膜或膜壳、管阀、仪表硬件采购2辅助设备加药装置、反洗和清洗装置电气控制配套电气系统药剂杀菌剂和清洗剂等(据不同膜有一定变化)运行采购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：13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Ⅲ、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。14二.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：15B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，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。16MF澄清，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<100µm，死过滤要求浊度<15NTU(以内压式中空纤维膜为例)。

三.预处理目的17四膜污染原因A超滤膜污染的成因(从膜微观物理过程来分)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改变膜材料改进制作工艺定期杀菌18可能污堵形式造成原因解决办法机械杂质污堵水中含固体颗粒物方式一：多介质过滤+超滤方式二：微滤器+超滤有机物污堵造成膜表面有黏层,水量下降方式一：活性炭过滤+亲水性超滤膜+反洗加碱方式二：絮凝+过滤+亲水性超滤膜+反洗加碱生物污堵由于菌藻孳生导致膜的污堵方式一：加氯杀菌+活性炭过滤+超滤+反洗杀菌方式二：加氯杀菌+超滤+反洗杀菌分析：•絮凝和多介质过滤在国内外均是成熟技术，机械污堵情况易于解决;•活性炭吸附技术是成熟技术,有机物污染在稍高的投资成本下也容易解决;•关键在于一：微滤器对机械杂质的去除能否满足超滤进水要求;•关键在于二：超滤膜各项性能(材质、强度和孔径分布)能否长期稳定B根据进水所含杂质造成膜污染以及采用的相应措施19五.多介质与活性炭过滤作为预处理•原理：利用滤层颗粒堆积产生的孔隙滤水并拦截水中固体颗粒物，阻力上升至一定程度后反洗。•应用于RO的技术措施：a滤速取低一点，8—12m/h。b进水加混凝剂，絮凝剂使颗粒物絮凝长大从而便于拦截。c占地面积小，产水回收率高，控作简单•不足的方面：a空间占用较大，厂房要求较高。b出水水质不及微滤和超滤。c加混凝剂可从一定程度上保证出水浊度，增加了运行费用的同时增加了水中的含盐量。•多介质过滤器—拦截水中杂质•活性炭过滤器—吸附水中余氯、有机物、胶体等20六.针对超滤前的微滤技术(以常用的叠片式过滤器为例)主要参数标准范围请咨询ARKAL公司长期工作温度<70Co70-90Co工作压力<10Bar，>1Bar>10BarPH范围4-13<4,或>13可捕捉杂质负荷<150ppm>150ppm流体水及水性溶液其它流体3”单元–2spines20微米流量：10T/Hr55微米流量：20T/Hr>100微米流量：30T/Hr21七.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)性能SPINKLIN砂滤器过滤精度2020过滤精度稳定性高一般细菌稳定性不受影响导致过滤砂结块反冲效果很好一般总反冲用水量少多占地面积少且灵活多重量低高应用范围可应用于各种低黏度流体及食品医药级过滤基本上只有水过滤介质更换成本几乎没有一般设备总运营成本低一般澄清效果（NTU）决定于水中杂质分布系统运行正常时很好TSS去除效果好好22a.错流过滤死过滤一、超滤膜工作方式Ⅳ.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)膜易堵塞，能耗小23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，KPa24b.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25二、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26三、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27四、超滤的控制28五、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29六、超滤装置典型工艺流程30Ⅴ、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31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：35~85gfd(59~145L/m2/hr)膜层压降：4~22psig(27~152KPa)回收率：90~98%(W/BW)通量：175~200GFD(298~340l/m2/hr)压力：35psig(242kPa)频率：onceevery15~60minutes持续时间：30~60seconds化学清洗频率：max-everyBW min-1-2timesperday持续时间：1~10minutes药剂：NaOClorH2O2oracid/caustic

过滤反洗过程32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2—4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，膜通量可恢复到初始水平。三、化学清洗33频

率：每隔1~2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34四、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）35六、常用的清洗药剂方法1酸洗为柠檬酸(1%)碱洗为NaOHPH<12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：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36典型超滤组装效果图37典型超滤清洗装置组装效果图38典型超滤组装图39典型超滤系统组装效果图40成本投资过滤系统超滤系统设备成本本体投资13台Ø3000过滤器180万1000T/H800万基建要求标准化水厂房少厂房高度可适当降低以0计辅助设备无以0计升温与清洗系统30万占地大小传统做法10.8运行成本电力消耗1000X20X0.00572X0.7=80KWh0.02¥/T水1000X20X0.00572X0.7=80KWh0.02¥/T水絮凝药剂投加0.02¥/T水清洗药剂0.03¥/T水成品水单价1.02¥/T水1.06¥/T水水体升温离子交换无需升温以0计将水温升至25℃左右0¥/T水系统回收率>98%≈93%处理价1.06¥/T水1.11¥/T水传统方法—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，TOC<1mg/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。41

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≤3.0TOC去除效果不好

效果好水的回收率耗水量大85~95%