中空超滤膜HYDRAcap技术手册(海德能)

成了加利福尼亚州卫生局(DHS)的测试，证实 HYDRAcap 适用于饮用水的处理，DHS 已经认证
HYDRAcap 的细菌和病毒去除率可达 4 log
HYDRAcap 适用 pH 值范围宽泛，为 2~13。因此不易受化学损伤。而且，它能用标准柠檬酸和氢
氧化钠/次氯酸钠溶液清洗，而不需要特别的化学药品
HYDRAcap 为亲水性膜且抗污染
1.4 进水要求
HYDRAcap 需要精度为 150μm 的预过滤，以防止中空丝不可恢复的堵塞
进水浊度最大峰值为 200NTU，连续过滤时最大进水浊度为 100NTU
进水最高温度为 40℃
1.5 HYDRAcap 组件参数
表 2 HYDRAcap™膜的工艺参数
支 60"HYDRAcap 给件构成的 sub-Blocs，适于产水量大于 158 吨/小时(1mgd)的系统。sub-Blocs 可垂直 或水平放置，两侧最多可以各放置 3 个(小型系统为 2 个)。组合类型见下表。
表 4 HYDRABLOC 类型
sub-Blocs 基本单元
sub-Blocs 垂直方向层数
在运行中，固体颗粒物在膜表面积累。因此，需要过滤后的水对膜进行短时间的清洗或反洗，以恢复膜 的性能。通常系统自动控制程序被设置成每隔 15~60 分钟便对 HYDRAcap 膜进行约 60 秒钟的反洗(Back Wash)，有时加入氯(10~50ppm)进行反洗以对膜进行灭菌消毒。为了达到清洁膜表面的最佳效果， HYDRAcap 的反洗过程有几个步骤：
*：加利福尼亚 DHS 认证 **：测试时给水浊度最高为 50NTU 海德能公司认为 HYDRAcap 组件有许多优点，如：
HYDRAcap 能抗氧化，并且允许长期处于 100ppm 浓度的游离氯环境
HYDRAcap 是一种超滤膜，可有效去除水中 99.99%以上的细菌和病毒。海德能公司目前已经完
运行方式
错流过滤或全量过滤、反洗
最高耐受压力
60psi
最高运行温度
104℉(40℃)
20℃时透膜压差(TMP)
4~22psi (28~150KPa)
最大透膜压差
30psi
过程设计条件
反洗压力 反洗水流量
35psi (240KPa) 185gfd (315L/m2/hr)
反洗频率
每隔 15~60 分钟一次
在偶尔情况下，HYDRAcap 组件中空丝会发生破裂，破坏了其完整性(Integrity)。破裂的中空丝会使透 过的颗粒物增加。尤其当系统用于饮用水处理时，找出破裂的纤维并将其隔离是十分重要的。当单套装置 从系统中隔离开后，可以用一个简单的压力气泡试验来鉴定其膜丝的完整性。如果发现有破裂纤维，可以 在中空丝端部插入针栓，使其与系统永久隔离。
sub-Blocs 水平方向数量-1
sub-Blocs 水平方向数量-2
sub-Blocs 水平方向数量-3
8×40"HYDRAcap
1
HYDRABLOC-A HYDRABLOC-C HYDRABLOC-E
8×40"HYDRAcap
2
HYDRABLOC-B HYDRABLOC-D HYDRABLOC-F
正向冲洗 反洗一：反洗水从给水口排放 反洗二：反洗水从浓水口排放 浸泡 冲洗 其细节将在以后描述。
衡量超滤膜性能的一个重要指标是 TMP，即透膜压差，它是指中空丝内平均给水压力与渗透液压力之 间的差值，它能够反映膜表面的污染程度。一个新组件在 20℃时开始运行时，其 TCTMP(温度修正透膜压 差)为 3~6psi，但是当系统经过初期调试后，TCTMP 反而可降至 1~3psi，这样的现象是正常的，与组件 的完整性无关。随着固体物在膜表面的积累，TCTMP 随之增大。反洗能够使透膜压差降低，但是反洗并 不能达到 100%的恢复效果。当温度修正透膜压差达到 20psi 时，便需要对膜进行化学清洗。化学清洗 (Cleaning)一般要将单套装置从系统中断开，用低 pH 值的柠檬酸溶液循环清洗，然后用高 pH 值的 NaOH 和 NaOCl 溶液循环清洗。也可根据污染物类型采用其它清洗溶液。
图 3 显示了 HYDRAcap 组件内单根中空丝在各工况时的水流方式
模式
流向
流量
正常过 滤
全量过 滤
A至C
32~85gfd
错流过 滤
A 至 B,C
32~60gfd(0.2~0.4m/s)
反洗过 程
顺向冲 洗
A至B
~0.4m/s
顶端反 洗
C至B
~185gfd
底部反 洗
C至A
~185gfd
浸泡
None
Hale Waihona Puke Baidu构造
中空丝
膜聚合物
亲水性聚醚砜
MWCO(截流分子量) 组件标准膜面积
100,000~150,000 道尔顿 40 组件：320ft2(30m2) / 40-LD 组件：210ft2(19.5m2) 60 组件：500ft2(46m2) / 60-LD 组件：325ft2(30.0m2)
中空丝内径 / 外径
HYDRAcap60
63 (1600)
66 ⅛ (1680)
67 ¼ ~ 67 ⅜ (1705~1711mm)
1.7 HYDRAcap™运行方式说明
以下是对 HYDRAcap 组件怎样运行的说明，大部分系统将遵循相同的原理。
HYDRAcap 有四种运行模式：正常过滤(Processing)、反洗(Back Wash)、化学清洗(Cleaning)和完整 测试(Integrity testing)。
24×60"HYDRAcap
1
HYDRABLOC-M HYDRABLOC-P HYDRABLOC-S
24×60"HYDRAcap
2
HYDRABLOC-N HYDRABLOC-Q HYDRABLOC-T
24×60"HYDRAcap
3
HYDRABLOC-O HYDRABLOC-R HYDRABLOC-U
图1
环氧树脂密封
中空丝
中心管
环氧树脂密封
产品水
进水
浓水
1.2 应用简介 HYDRAcap™ 适用于下列情况： 1.2.1 处理地表水和井水用于饮用(符合地表水处理规定) 1.2.2 反渗透的预处理，如: 高度污浊的地表水 海水 1.2.3 深度处理废水(tertiary)的回收利用 1.3 过滤性能： 目前为止，已经对 HYDRAcap 用各种各样的水源进行了测试，证实有以下的去除效果：
2"直径的维多利亚卡环固定，拆装只需约 2 分钟 HYDRAcap 组件可以垂直安装在 HYDRABLOC 上，减少占地并便于检查维护 海德能公司生产两种模块装置“sub-Blocs”，仅由 HYDRAcap 膜组件、管路和支持框架组成(不含阀 门仪表)。多个“sub-Blocs”可以拼装成一个 HYDRABLOC 整体，它有独立的阀门仪表和控制盘。一个 由 8 支 40"HYDRAcap 组件构成的 sub-Blocs，适于产水量小于 158 吨/小时(1mgd)的系统，另一种由 24
表 5 HYDRABLOC 各型号的性能参数
HYDRABLOC 编号 组件数量 组件尺寸 清洁原水/55gfd(94L/m2/hr)通量条件下产水量(m3/h)
A
8
40"
15.8
B
16
在正常过滤(Processing)模式中，过滤出清洁的水。过滤方式可以是全量过滤(Directflow)，也可以是错 流过滤(Crossflow)。在全量过滤方式中，所有 HYDRAcap 组件的进水都透过膜得以净化。而错流方式则 类似于反渗透系统，会在运行中形成一股“浓水”，这股“浓水”有一切向速度沿膜表面流动。“浓水” 一般全部或部分循环回到给水中。HYDRAcap 系统装置一般全量过滤运行，但在进水浊度高时会自动切换 成错流过滤方式。
1.6 结构和材料
表 3 HYDRAcap 组件各部分材质
部件 中空纤维丝
密封材料 纤维束隔离网
容器端盖 外壳与中心管
材质 聚醚砜 环氧树脂 聚丙烯 Glass-filled 聚丙烯 PVC
图2
膜元件型号
A – 英寸(mm)
B
C
HYDRAcap40
43 (1092)
46 ⅛ (1172)
47 ¼ ~ 47 ⅜ (1197~1203mm)
普通组件：0.31ft(0.8mm) / 0.047ft(1.3mm) LD 组件：0.047ft(1.2mm) / 0.80ft(2.0mm)
使用条件
预过滤 正常水通量
150μm 32~85gfd (60~150L/m2/hr)
pH 范围
2~13
连续余氯浓度可耐受
100ppm
间歇余氯浓度可耐受
200ppm
表 1 HYDRAcap™性能 成分
去除效果
微粒＞2μm
2.5~3.5 log
SDI
出水＜4
病原体
＞ 4log *
鞭毛虫 (Giardia)
＞ 4log *
隐孢子 (Cryptosporidium)
＞ 4log *
浊度
出水 ＜0.1NTU **
TOC 去除
0~25%
加入凝聚剂后 TOC 去除率
25~50%
化学清洗频率
每隔 1~2 月一次
化学清洗用药剂
柠檬酸 / NaOH + NaOCl
中空丝透膜压差(TMP) = (给水压力+浓水压力) / 2 - 产水压力 温度修正中空丝内外压差(TCTMP) = TMP × e0.019(T-20)
给水至浓水压降
40 组件 = ( 0.11 × 错流流量 gpm + 0.9) × 2.72[-0.014(T-20)] 60 组件 = ( 0.19 × 错流流量 gpm + 1.8) × 2.72[-0.014(T-20)]
反洗时间
每次 30~60 秒
加药反洗(CEB)频率
最多每隔 15~60 分钟一次，最少每天 1~2 次
加药反洗(CEB)时间
每次 1~10 分钟
加药反洗所用药剂
通常(用于灭菌消毒)
使用 15ppm 的次氯酸钠或 30ppm 的过氧化氢
其它(如用于除去混凝剂)
pH 为 2 的柠檬酸或 pH 为 12 的 NaOH
中空超滤膜 HYDRAcap™ 技术手册
1. 超滤系统的运行和设计
1.1 技术介绍 HYDRAcap 是一种中空纤维超滤膜组件，其平均截留分子量为 150,000 道尔顿。一个直径为 8.9 英 寸（225mm）的 HYDRAcap 组件包含大约 12,000 条内径为 0.8mm 的中空丝,中空丝的化学成分为聚醚 砜，是一种耐有机污染的亲水性材料。过滤方式是由内向外，也就是说原水在中空丝内部流动，而滤液沿 径向向外穿过中空丝。 HYDRAcap 超滤膜是专为去除微粒而设计的。水被施压后透过滤膜，微粒则留在中空膜的内表面。 由于膜上的微孔很小，用这种技术可以有效地除去所有悬浮物包括微生物再内。这些污染物会在膜表面累 积，因此，需要周期性地用逆向的水流来清除污染物(即反洗)。 海德能公司提供两种尺寸的 HYDRAcap 组件。其外径都是大约 9 英寸，内含 12,000 根中空丝。一 种组件长为 60 英寸，另一种长度为 40 英寸。 由于 HYDRAcap 有除菌除病毒性能，在处理地表水和井水作为饮用水的项目时十分理想，HYDRAcap 已经成功地取得了加利福尼亚州卫生局（DHS）在饮用水方面的认证，此外，HYDRAcap 对于去除胶体 物质也很有效。同时对于反渗透系统而言，也是一种极好的预处理手段。
两端反 洗
C 至 A,B
~185gfd
化学清 洗
A 至 B,C
~30gfd(~0.1m/s)
完整性 检测
进气
B 至 A(空 气)
密封加 压
B 至密封 端
注意：当以错流方式运行时，每次反洗后，制水(错流过滤)时流动方向和正冲洗的流动方向都要与清洗前 相反，如从“A 至 B”变为“B 至 A”。
参阅 HYDRAcap 试验运行数据以获得更详细资料。 1.8 HYDRAcap™单元模块介绍 海德能公司将 HYDRAcap 组件组合在一起，称为 HYDRABLOC。HYDRABLOC 在正常过滤、反洗、 化学清洗和完整性测试方面与单个 HYDRAcap 组件相同。所有的 HYDRAcap 组件在 HYDRABLOC 中都 是并联运行的。每个 HYDRABLOC 单元包括组件、自动阀门、检测仪表、支撑框架和连接管路。此外， 海德能公司推荐每一个 HYDRABLOC 都有自己的局部控制 PLC 和操作界面。HYDRABLOC 有以下优点： HYDRABLOC 由重量相对较轻的 8.9"直径 HYDRAcap 组件构成，每个 HYDRAcap 组件有 3 个