超滤膜组件技术 PPT课件

膜与组件。
结果。
• 1867年，Traube第一次制 取人工超滤膜。（瓷板铁青 化铜）
• 80年代先后研制出中空纤维、 板式、卷式超滤膜与组件。
• 90年代已进入商业化与工业化
• 1907年，Bchhold 定义
的生产。
“超滤”。
• 1960年，Loeb与 Sourirajan共同研制出CA超 滤膜。
• 日本 Daicel 加拿大ZENONE公司、
NITTO 公司
法国AQUAS
7
超滤膜污染与再生
• 物理法 高纯水、热水等反冲洗、正洗 超声清洗 气、水混合冲洗 • 化学清洗法（循环、浸泡） 酸洗 碱洗 消毒剂 加酶洗
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微孔膜与超滤膜的区别
微孔膜
超滤膜
孔径范围 0.1～1.0μm
0.001～0.1μm
47
典型工艺流程图
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内循环式超滤运行工艺流程
表征方式
孔径
切割分子量
反洗方式
气、水
水
膜材料
通常为憎水材料
通常分为亲水和憎 水材料
使用范围
只要不易形成孔污 膜表面可截留的范
染，均可使用
围
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超滤的截留范围
原料液 原料流量
截留率=0%截留率=部分
压力
悬浮固体 胶体 大分子物质
截留率=100%
渗透液
水 盐 可溶性固体
BOD COD 小分子
非对称膜
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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、机械强度；5、耐化学 性
• 操作参数
----流速
----压力与压力差
----回收比与浓缩排放量
4
超滤工作原理示意
在动力的驱使下，利 用膜本身的筛分作用 使物料得到净化、浓 缩。
5
超滤膜与组件
1、材质：CA，CTA、PS，PSA，PP，PVDF，PE，PAN。 2、结构：管式，中空纤维、平板式、卷式 3、化学成分：有机，无机 4、供应商：
观察气泡
密封
渗透侧检测方式 密封 观察气泡
密封
干净空气或氮气 0.1MPa
密封
干净空气或氮气
0.1MPa
30
油田回注水装置
31
除热源装置
32
33
40吨/小时反渗透预处理
34
工艺设计与计算
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。
2J
死过滤
1
△P1 △P2△P3
△P
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错流过滤与死过滤
进料液
压力 浓缩液
进料液 压力
透过液 错流过滤
透过液 死过滤
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透膜压差，KPa
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
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UF膜的特点
强的亲水性能 —低污染、易恢复、能长期维持 稳定的透量， 特别是在原水水质 较差的情况下 较窄的孔分布 —良好的截留性能和稳定的出水水 质 较长的使用寿命 —实际运行中最长寿命可达6年
磺化聚醚砜 三醋酸纤维
(SPES)
(CTA)
聚醚砜 (PES)
PS、PAN、PP、 PE
SO42-带负电 天然亲水 添加亲水材料 荷
非亲水性
德国 membrana
OKM
日本Daicel 荷兰X-Flow 国外：美国高科，
OKM
( Norit公司) U.S.Filter
法国Aquas
海德能 国内：浙大，天 纺、海洋所
• 温度与通量关系
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UF膜组件的工程设计参数
• 系统的设计步骤 • 典型的工艺流程图 • 设计的主要内容 • 系统的控制 • 设计的主要参数 • 流程图
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UF系统的设计
第一步
第二步
小试
中试
▪原水来源 (自来水/地表水/
地下水\废水) ▪操作方式
(错流/死过滤)
▪过滤通量
▪操作压力
▪确定最佳透量 ▪确定反洗频率 ▪操作压力选择 ▪合理的化学清洗
•除热原
•蛋白浓缩
•发酵液澄清
•果汁/果酒澄清
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超滤膜组件(12")
26
超滤膜组件
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UF膜组件的性能指标
用途 组件规格 尺寸 膜面积(m2) 外壳材料 粘接材料 端头材料 进口尺寸(mm) 出口尺寸(mm)
大规模水处理 12〞
Φ310×1180 65或50
环氧玻璃钢 环氧树脂 不锈钢/FRP
• 1963年，Michaels创办 Amicon公司专门从事超滤 膜生产与销售。
• 1965年以后已商业化、工业 化
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超滤工作原理
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）
亲水性
HF-SPES
磺化聚醚砜 (SPES)
永久亲水
HF-CTA
三醋酸纤维素 (CTA)
天然亲水
HF-PAN 聚丙烯腈(PAN)
憎水
HF-PES 聚醚砜(PES)
憎水
切割分子量 80K (Dalton)
150K
30K/150K
6/10/30/500K
纤维内外径 0.7/1.0 mm
0.8/1.3 mm 1.0/1.4 mm
50～55
4.7～6.5
0.5
-30
PES*
PAN*
聚醚砜 聚丙烯腈
30
100
0.8/1.3 0.8/1.3
65～70 52～58
0.4～0.6 2.5～3.6
3.5
1.3
-4.2
-7.5
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国内外产品性能比较
亲水性
非亲水性
0
永久亲水性
非永久亲水性
1 膜材料 2 亲水性来源 3 主要供应商 4 操作压力
HYDECANME;AMICON；ZENON；MILLIPORE；FILTIRON； NITTO；OSMONICS；DESALL；DAICEL
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UF膜产品的概况
• 膜材料种类：SPES，CTA，PES，PAN
• 膜组件规格：12˝组件（50或65m2）
5˝组件（10-12m2）
3˝组件（4m2）
• 膜产地： Hydecanme、德国Membrana、
B：膜易形成孔污染，透量不易恢复 50,000 150,000 0.2μm 孔径 • A：膜透量衰减的慢，
• B：膜衰减的快
返1回2
亲水性/非亲水性膜的比较
胶体
蛋白
过
油
滤
胶体 油 蛋白 非亲水性膜
杂质在膜表面状态:附着 胶体 油 蛋白
反 洗
胶体
蛋白
油
过 滤
胶体 油 蛋白
亲水性膜
杂质在膜表面状态:聚结成 球状 胶体 油 蛋白
膜组件的装填面积大
独特的“七芯”设计，装填面 积可达50～65平方米
化学清洗的频率低
强的亲水性，凭简单的 反冲洗便可恢复透量，大大降 低了化学清洗的频率
良好的化学稳定性
允许广泛的化学清洗
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SPES膜横截面电镜照片
22
CTA膜横截面电镜照片
CTA膜电镜照片
UF膜的主要性能指标
膜型号 膜材料
HUF10-90
HUF10-90
SPES
CTA
5m2、10m2、65m2
5m2、10m2、65m2
死过滤/错流操作/自动反洗/恒流控制
0.02～0.06
0.4
98℃
45℃
2～12
3～8
60～100L/m2·hr·0.05MPa·25℃
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UF膜的主要设计参数(二)
膜组件型号 反洗条件 反洗压力(Mpa) 反洗流量 反洗频率 反洗时间 化学清洗条件 清洗频率 清洗剂的组成
第三步
实际设计
▪确定控制系统 ▪设计清洗系统 ▪操作方式 ▪计算投资量和
运行成本
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内循环式超滤工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流程
• 运行 • 化学反冲洗（水洗、气洗） • 待机保护 • 化学清洗
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典型工艺流程图
原水 供水箱
循环水 反洗排污水
恒流控制 成品水箱
NaClO
原水泵
反洗排污水
反洗泵
加药泵
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超滤进水要求
• 水中不溶解固体含量<5wt% • 颗粒粒径<140µm • 死过滤要求浊度<15NTU
超滤膜组件讲座
北京海德能科技有限公司
1
目录
• 超滤发展状况 • 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
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超滤发展状况
• 1861年，Schmidt首次公开 • 70年代，首次研制出管式超滤
牛心胞膜截留阿拉伯胶实验
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超滤膜的操作方式
正常操作 原料出口
反洗 反洗出口
正洗 原料出口
渗透液
原反洗进口 料 液
原 料 液
渗
渗
透
透
渗透液
液 反洗进口
液
压0 力2变0化 原料进口
0 10 压力变化
反洗出口
渗透液
原 料 液
渗透液 0 20 30 压力变化
原料进口
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超滤系统的设计
膜及膜组件的选择 操作方式的确定 操作压力的选择 设计透量的选择 膜面积的选择 反洗频率/强度的选择 化学清洗的确定 操作程序的确定
HUF10-90
HUF10-250
0.1～0.15最大不超过0.2 反洗流量是渗透流量的4倍
1次/30～60min 30～90s/次
2 ～ 3月/次
4 ～ 6月/次
酸洗为柠檬酸(1%) 酸洗为柠檬酸(1%)
碱洗为NaOH PH<12 表面活性剂清洗
杀菌为NaClO(200ppm) 杀菌为NaClO(200ppm)
0.8/1.3 mm
主要用途
大规模水处理
特殊分离
反渗透预处理 油水分离
废水处理
反渗透预处理 酶制剂浓缩 饮用水处理 中水回收
除热原 发酵液的澄清 果汁/果酒的澄清
产地
HYDECANME
HYDECANME 日本Daicel
日本Daicel
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特殊超滤膜的性能
膜型号
HF/PAN
HF/PES
膜材料
聚丙烯腈
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工艺设计与计算
2、工艺设计参数： ----初始通量Q1 ----稳定通量Qs ----稳定系数：Sm=Qs/Q1 （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
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温度、压力与通量的关系
0.02～0.06 MPa
0.1～0.2 MPa
5 化学清洗
频率低,2～3月/次
频率高
15
典型亲水膜的操作特点
操作压力 (TMP)
0.12MPa
透量单位:L/m2·hr·25℃
透量 (FLUX) 12 0
0.02MPa
0.02MPa 1年
设计透量 30
2年
3年 寿命 16
亲水性膜与非亲水性膜的 反洗及化学清洗的比较
DN65 DN65
一般用途
3〞
5〞
Φ76×1100
Φ100×1100
4或8或10
ABS/PS
环氧树脂
ABS
DN20
DN32
DN20
DN25
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UF的质量保证体系
• 稳定的膜材料及膜性能 —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
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中空膜组件的完整性检测
原料侧检测方式
反 洗
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常见膜材料的性能比较
膜 膜材料
SPES 磺化聚醚砜
切割分子量(kD)
80
内外径(mm)
0.7/1.0
接触角(deg)
45～50
水膨胀率(%)
7～8
牛血清蛋白吸附
0.4
量(mg/m2)
带电性能
-40
(mV,PH7)
PES*为没有改性的 PAN*为改性后的
CTA
CA
醋酸纤维素
150
150
0.8/1.3
膜透量
反洗后的透量接 近100%恢复 化学清洗
化学清洗
化学清洗 亲水膜
化学清洗
化学清洗
反洗后的透量 80～90%恢复
操作时间
化学清洗 非亲水膜
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临界压力或临界流量的选择
低于临界压力或临界流量，可逆再生，采用反洗获得稳
定流量；
高于临界压力或临界流量，不可逆再生，采用化学清洗
J
纯水
JJ3
切向流速高 切向流速低
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超滤系统的控制
原 料 泵： 变频控制，实现恒流供水 压 力： 进水压力/浓水压力的控制 流 量： 浓水流量/产水流量的控制 温 度： 进水温度的控制 流道控制： 气动隔膜阀 水质控制： 进水/产水的浊度控制
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UF膜的主要设计参数(一)
膜组件型号 膜材料 膜组件面积 操作方式 使用条件 设计压力(TMP,MPa) 最大进口压力(Mpa) 最高使用温度(℃) PH范围 设计透量
超滤膜污染的成因
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
吸附 附着
堵塞
操作时间
优质超滤膜的表征
• 孔分布窄（如图中红线）
孔 分
A
布
• 没有大孔缺陷（如图中阴影部分）
• A：为质量好的超滤膜
B
B：为质量差的超滤膜实际应用中的
具体表现
• A：膜形成表面污染，透量易恢复
聚醚砜
切割分子量(KD)
30
150
6
30 150
纯水透量 (L/m2·hr·0.1MPa·25 ℃)
纤维内外径(mm)
300 1.0/1.5
600 1.4/2.0
1000 0.5/1.0
520 800 0.8/1.3 0.8/1.3
最高操作温度
45 ℃
98 ℃
膜组件的面积(5〞组件)
主要应用领域
•酶制剂浓缩