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超滤系统
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超滤系统概述

超滤系统的规格如下:
产水水量:    10-200m3/h(套)
水的回收率:   95%
浊度去除率:   ≥99%

超滤技术简介
     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0.03~0.6 MPa,筛分孔径从 0.005~0.1µm,截留分子量为 1000 ~500,000 道尔顿左右。


超滤装置示意图



性能参数

一、超滤系统的技术优势
相对于反渗透膜和气体分离膜等其它膜分离技术,超滤的分离过程具有以下几个显著特点:
1、在常温下和低压下进行分离,因而能耗低,从而使设备的运行费用低。
2、设备体积小,结构简单,故投资费用低。
3、超滤分离过程只是简单的加压输送液体,工艺流程简单,易于操作管理。
4、超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体,纯物理方法过滤,物质在分离过程中不发生质的变化。并且在使用过程中不会有任何杂质脱落,保证超滤液的纯净。

超滤系统在使用过程中也具有显著的优势,总结如下:
 □多组交替运行,连续反冲
 □大流量错流,污染均化
 □反冲加药,抑制污染
 □化学药洗,及时恢复
 □反冲水回用,节约用水
 □易于自动控制,直观高效
     以上特点决定了超滤膜的的应用非常广泛,从普通家用饮水的净化到高新技术领域都有大规模的应用,因而超滤膜分离技术是一种具有广阔发展前景的膜法分离技术。


二、超滤与活性炭性能比较

超滤与活性炭性能比较


超滤

活性炭

过滤精度

0.01mm

>100 mm

生物污染

去除

滋生

有机污染

去除大分子有机物

去除小分子有机物

游离氯

不去除

去除

寿命

>36(月)

<6 (月)

更换成本

0.08/t

0.17/t

三、超滤系统的评价指标

针对一个超滤系统,如何评价它,是我们要关注的问题。有很多的技术指标从不同的角度来衡量和评价一个超滤系统,现选取部分定义如下。

序号名词术语定义
1泡点测试Bubble point test[BP]泡点是用来测试监控膜性能及膜组件完整性的一种常用方法,泡点是指膜完全浸润并浸泡在液体中,从膜的一边加以一定压力的气体,从膜的另一边开始出现连续气泡时的最低压力。泡点测试也常常被用来检测膜的最大孔径。
2错流过滤cross-flow filtration指进水平行膜表面流动,透水垂直于进水流动方向透过膜,被截留物质富集于剩余水中,沿进水流动方向排出组件,返回进水箱,与原水合并循环返回超滤系统。循环水量越大,错流切速越高,膜表面截留物质覆盖层越薄,膜的污堵越轻。
3死端(全流)过滤Dead-end filtration指原料以垂直膜表面的方式透过膜流动,并全部透过膜得产水,水中的污染物被膜截留而沉积于膜表面。
4原水 feed进入超滤系统的液体,还没有透过超滤膜。
5超滤Ultra-filtration[UF]液体通过超滤膜将其中的固体颗粒以及不同粒径的物质截留分离的过程。
6透量/通量Flux一般用来表示水等液体透过膜的速率,通常表示为每平米膜过滤面积每小时透过水等液体的体积(如3   2m /m .h)。
7污染Fouling被膜截留而沉积在膜表面的固体物质。污染常常导致膜透量的衰减。通常需要采用化学清洗的方法清除膜表面的污染物,恢复膜的透量。
8疏水性(憎水性)Hydrophobic膜材料的对水的排斥特性,疏水性膜材料具有很低的吸水性能,因此在表面水常成颗粒状。
9亲水性Hydrophilic亲水性膜材料对水有较强的吸引力,它们的表面很自然的具有润湿的化学特性。
10跨(透)膜压差Trans-membrane Pressure[TMP]表示水透过膜的实际所需的驱动压力,计算为原水侧的平均压力与产水侧平均压力的差,即:跨膜压差=(P进+P浓)/2-P产
11透膜流量Trans-membrane flow[TMF]证明膜流量特性的单位。定义为液体在一定时间内透过膜的初始体积,与膜的过滤面积和跨膜压差相关,一般表述单位为:ml/min cm² bar
12切割分子量Molecular Weight Cut Off超滤膜的孔径通常用它截留物质的分子量大小来定义,将能截留 90%的物质的分子量为膜的切割分子量。通常用典型的已知分子量的球形分子如葡萄糖、蔗糖、杆菌肽、肌红蛋白、胃蛋白酶、球蛋白等作基准物进行此种测定。
13反洗Back flush将超滤透过液从膜丝外侧(产水侧)在一定压力作用下流向膜丝内侧(原水侧)
14回收率Recovery单位时间超滤净产水量(去处反洗所需用水)与总原水量的百分比R%=净产水量/总原水量×100
15浓差极化Concentration Polarization引起被截留的悬浮物在膜表面聚集的现象。通常提高膜丝表面液体的切向流速可以有效降低浓差极化的现象

四、如何确定一个贵单位所需超滤系统的性能参数

当您要选择一套适合的超滤系统时,对于不深入了解上述技术参数的其他行业专家,显然需要拥有更多经验的公司支持。

欲了解详细情况,请询中环碧洋技术部。  
 
 
工艺流程

在膜法分离技术中膜的微孔径在20×10-10m~1000×10-10m之间的过滤膜称为超滤膜,即0.002-0.1um之间,而一般胶体体积均≥0.1um,乳胶≥0.5um,大肠菌、葡萄球菌等细菌体积≥0.2um,悬浮物、微粒子等体积≥5um,因此超滤膜可以过滤出溶液中的细菌、胶体、悬浮物、蛋白质等大分子物质。
 

 
 
选型指导

1.超滤的基本形式及应用范围
从结构来划分为:板框式、管式、卷式和中空纤维式四种;从膜的致密层(分离层)是在中空纤维的内表面或者外表面来划分为:内压式、外压式及内外压三类从操作方式来划分为:死端、错流和部分错流三类;从运行方式上分为:恒压、恒流及变压流三种方式。  
 
形式应用领域
板框式废水回用,食品、化工及医药方面的浓缩或提纯等
管式食品、化工及医药方面的浓缩或提纯等
卷式电泳漆回用等
中空纤维废水回用、地表水处理、反渗透预处理等

 
2. 内压式和外压式中空纤维超滤膜
 

  1.内压式:即原液先进入中空丝内部,经压力差驱动,沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液,浓缩液则留在中空丝的内部,由另一端流出,其流向参见图1所示。
 
  其中环氧树脂端封的作用是在中空纤维膜丝的端头密封住膜丝之间的间隙,从而使原液与透过液分离,防止原液不经过膜丝过滤而直接渗入到透过液中。
 
 图1是一个内压式毛细管超滤膜组件的工作原理图。
 

2.外压式中空纤维超滤膜则是原液经压力差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液,而截留的物质则汇集在中空丝的外部,其流向见图2所示。

   3.全量过滤和错流过滤方式
    中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量过滤和错流过滤两种。
    全量过滤方式是指原液中的水分子全部渗透过超滤膜,没有浓缩液流出。
而错流过滤方式则是在过滤的过程中有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉。
超滤膜堆(UF)
1)设备工艺原理:
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的压差为驱动力,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0.03-0.6MPa。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米范围内。溶解物质和比膜孔径小的物质将作为透过液透过滤膜,不能透过滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水(透过液)将含有水、离子和小分子量物质,而胶体物质、颗粒、细菌、病毒和原生物将被膜去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。
2)超滤膜材质:
目前市场上比较常见的是聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)等几种,关于几种材质的膜元件性能比较如下:
材料 优点 缺点

PTFE(聚四氟乙烯)亲水性膜,耐温-90---250℃,高机械强度能承受1000N(>PVDF材质),耐强酸强碱及强氧化性,可干式贮藏,重量轻。
PAN (聚丙烯腈) 亲水性膜,不易污染,耐药品性强 抗化学腐蚀性和机械强度不如PVDF或PS
PVDF(聚偏氟乙烯)耐药品性强(耐臭氧性膜也有)机械强度高 疏水性膜
PS(聚砜) 耐药品性和机械强度较好 疏水性膜
CA(醋酸纤维) 亲水性膜,膜面不易污染 抗化学腐蚀性和机械强度不如PVDF或PS,易受细菌侵蚀
PP(聚丙烯) 机械强度高(抗拉强度) 耐氯性弱
陶瓷 耐药品性和机械强度都很好 成本高,脆性大
3)运行方式:
目前超滤膜元件的运行方式有两种,内压式及外压式,关于两种运行方式的比较如下:
运行方式     优点       缺点
外压式    膜面积大,单位膜面积的负荷小         透水量稳定 需要进行空气擦洗的附加设备
内压式    膜面流速快,杂质不易附着在膜表面  膜面积小,单位膜面积的负荷高进料侧流路容易堵塞电力消耗大
4)运行参数:
超滤处理装置的规范如下:
产水水质:    SDI≤3;
产水水量:    10-200m3/h(套)
过滤周期:    ≥30分钟
水的回收率:   ≥90%
反洗总历时:   ≤2分钟
化学清洗周期: ≥30天
膜通量:      小于50.0L/m2.h
每套超滤装置安装在一个框架上,膜元件采用并列布置的方式,每一列的进出水母管设置阀门,以便清洗时与清洗液进出管相连接。每个超滤膜组件产品水管和进、排水管设取样点和必须的检测表计,数量及位置能有效地监督、诊断并确定系统的缺陷。取样点集中设置,便于取样。框架上配备全部管道及接头,还包括所有的支架、紧固件、夹具等且框架的设计需满足当地的地震烈度。
5)运行方式
超滤系统的运行及反洗为自动控制,同时可实现手动与自动运行方式的切换,实现现场手动操作,超滤装置的运行根据超滤产水箱的水位或流量自动控制运行。
超滤系统运行过程分为如下几个方面:
产水过程,超滤系统在此过程中,由超滤给水出口的水经过自清洗过滤器过滤后打入超滤系统,经超滤膜过滤后,出水满足出水水质要求。
反洗过程,随着过滤的进行,过膜压差不断增加,超滤运行一段时间后(PLC自动设定),进行反洗来降低超滤膜过膜压差,反洗过程分两步,第一步,水气反洗,在反洗的过程中加入一定压力的压缩空气,将污染物从膜丝上有效的松动、擦洗。第二步,水反洗,在上一步的作用下,反洗的效率大大的提高,不但使反洗水量减少而且将反洗的时间也缩短,总体每次反洗水量大大减少。
加强反洗过程,随着产水—反洗—产水…等过程的进行,超滤膜的过滤压差会有上升,此时,超滤系统设置了加强反洗过程,加强反洗是在反洗的过程中加入一定的化学药剂,此过程能更加强化反洗,使反洗更加有效。系统设计有柠檬酸、次氯酸钠、氢氧化钠三套化学加强反洗加药装置。
化学清洗过程,超滤运行一段时间后,利用化学清洗液循环清洗膜丝,使膜恢复过滤性能的过程,针对不同的过滤水质,会有不同的污染物,污染物不同,化学清洗剂也不同。

3. Waste Water Treatment  

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