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1、简述超滤设备的运行管理及结构概述（总10页）本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可 内页可以根据需求调整合适字体及大小-简述超滤设备的运行管理及结构概述超过滤（简称超滤）和微孔过滤（简称微滤）也是以压力差为 推动力的膜分离过程，一般用于液相分离，也可用于气相分 离，比如空气中细菌与微粒的去除。超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约 为10 200A，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微 粒，所用操作压差在一。原料液在压差作用下，其中溶剂透过 膜上的微孔流到膜的低限侧，为透过液，大分子物质或胶体微 粒被膜截留，不能透过膜，从而实现原料液中大分子物质与胶 体物质和溶剂的分离。超
2、滤膜对大分子物质的截留机理主要是 筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小 与形状。除了筛分作用外，膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜 孔中的滞留也使大分子被截留。实践证明，有的情况下，膜表 面的物化性质对超滤分离有重要影响，因为超滤设备处理的是 大分子溶液，溶液的渗透压对过程有影响。从这一意义上说， 它与反渗透类似。但是，由于溶质分子量大、渗透压低，可以 不考虑渗透压的影响。微滤所用的膜为微孔膜，平均孔径一10，能够截留直径一 10的微粒或分子量大于100万的高分子物质，操作压差一般 为。原料液在压差作用下，其中水（溶剂）透过膜上的微孔流 到膜的低压侧，为透过液，大于膜孔的微粒被截
3、留，从而实现 原料液中的微粒与溶剂的分离。微滤过程对微粒的截留机理是 筛分作用，决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的形状和大 小。超滤膜一般为非对称膜，其制造方法与反渗透法类似。超 滤膜的活性分离层上有无数不规则的小孔，且孔径大小不一， 很难确定其孔径，也很难用孔径去判断其分离能力，故超滤膜 的分离能力均用截留分子量来予以表述。定义能截留90%的物 质的分子量为膜的截留分子量。工业产品一般均是用截留分子 量方法表示其产品的分离能力，但用截留分子量表示膜性能亦 不是完美的方法，因为除了分子大小以外，分子的结构形状， 刚性等对截留性能也有影响，显然当分子量一定，刚性分子较 之易变形的分子，球形和有
4、侧链的分子较之线性分子有更大的 截留率。目前用作超滤膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙 烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等。微滤膜一般均为均匀的多孔膜，孔径较大，可用多种方法 测定，可直接用测得的孔径来表示其膜孔的大小。超滤、微滤和反渗透均是以压差作为推动力的膜分离过 程，它们组成了可以分离溶液中的离子、分子、固体微粒的这 样一个三级分离过程，其分工及范围见图1014。根据所要分 离物质的不同，选用不同的方法。但也需说明，这三种分离方 法之间的分界并不十分严格。下表列出超滤、微滤和反渗透过 程的原理和操作性能，以资比较。【超滤系统的运行管理】1、预处理系统预处理系统是指原液在进入超滤装置之前去除各
5、种有害杂 质的工艺过程及设备。预处理工艺是根据原液情况及处理的要 求来确定的，没有固定模式，但下述选择原则可供参考。(1) 地下水及含悬浮物、胶体物质小于50mg/l时宜采用直 接过滤或者在管道中加入絮凝剂过滤；(2) 地面水及含悬浮物、胶体物质大于50mg/l应采用混凝 沉淀、过滤工艺；(3) 原水中含有细菌、藻类及其他微生物较多时，必须先行 杀菌，然后再按常规程序处理，灭菌剂有氯、次氯酸钠、臭氧 等，而过氧化氢、高锰酸钾等多用清洗组件时用来杀菌，因为 预处理用量大，不经济；原水经杀菌剂处理后，如果水中含有较多的余氯或其他 强氧化剂，可加入亚硫酸钠等还原剂或者用活性碳吸附去除。上述为常规的传
6、统的预处理工艺，在膜集成工艺中，中空 纤维超滤膜常作为其他膜处理的预处理。如在反渗透脱盐工艺 中，超滤本身即属预处理工艺，在电渗析脱盐工艺中亦可以超 滤作为电渗析脱盐预处理，以补充电渗析脱盐工艺的不足。此 外，在矿泉水制备工艺中以超滤作为主要的处理工艺，化学药 剂的加入，会使矿泉水水质受到污染，因此在矿泉水处理工艺 中，不适宜用化学药剂作为预处理措施。在某种情况下，例如以城市自来水为水源进行深度净化， 或以地下水为水源，水质较好时，过多的常规预处理，可能带 来二次污染。超滤的预处理可以极为简化，仅采用粗过滤以避 免大颗粒悬浮物进入超滤系统损害超滤膜，即可直接用超滤去 除少量细菌微生物、胶体、悬
7、浮物。采用加强反冲洗，快速冲 洗以及增加浓缩水排量(回流)等措施防止超滤膜的堵塞。2、运行前的准备工作(1) 进水水质的检查，重点是检查进水的浊度或SDI值、PH 值和细菌、微生物、余氯等项目，应达到设计要求的进水指标 后方可输入超滤系统，一般中空纤维超滤膜要求原水的PH值并 无严格要求。在PH=211范围内均可使用，但用于工业浓缩 时，原液的PH值必须严格根据膜材料的要求。超滤膜对余氯要 求也无严格规定，一般情况下，要求含有一定余氯以保证细菌 不超标。当后续工艺对余氯有要求时，可在超滤工艺之后用活 性碳去除，效果更佳。(2) 清洗设备及管道，超滤系统组装完成后，在启动之前还 必须对系统中所有
8、过流部分进行清洗，一方面清洗掉设备及管 道中的碎屑及其他有害杂质，一方面对系统进行严格的灭菌作 用，以免残留的细菌、微生物在管道及超滤膜组件中滋长。一 般常采用分段清洗法，即按照工艺流程路线由前往后、按设备 和管路分段清洗，以保证设备安全运行。(3) 管路系统检查，操作人员必须掌握工艺流程路线，检查 各有关设备和管是否有误接的地方，同时还要检查进、出口阀 门的启闭情况，特别是要注意浓缩水出口阀门不能全部关闭及 进口阀门不能开启，以防止系统在封闭状态下，突然启动引起 系统内压力过高以及水流冲击作用而损坏设备。3、启动当做完上述各项准备工作后，可先进行试启动，即接通电 源，打开进水阀门，开动泵后立
9、即停止，观察水泵叶轮转动方 向是否正确，检查水泵在启动时有无反常的噪音产生，以判断 水泵是否能正常运行。【影响超滤过程稳定运行的因素分析】一、超滤透过通量超滤在操作压力为一、温度为60C以下时，其透过通量应 在100500L/为宜，实际中比它要小得多，一般为1100L/。 当超滤透过浓差通量低于1L/时，过程缺乏经济效益，其原因 是浓差极化在膜面上形成的边界层（或凝胶层），使流体阻力增 加，因此必须相应采取一些措施来解决。1、料液流速提高料液流速对防止浓差极化、提高设备处理能力有利。 但增大压力使工艺过程耗能增加，结果导致费用增大。一般湍 流体系中流速为13m/s。在螺旋式组件体系中，常在层流
10、区操作，可在液流通道上 设湍流促进材料，或采用振动的膜支撑物，在流道上产生压力 波等方法，以改善流动状态，控制浓差极化，从而保证超滤组 件的正常运行。2、操作压力超滤膜透过通量与操作压力的关系决定于膜和边界层的性 质。在实际超滤过程中往往后者控制着超滤透过同量。在用渗 透压模型时，膜透过通量与压力成正比，而用凝胶化模型时， 膜透过通量与压力无关。此时的透过通量称为临界透过通量。实际中超滤操作应在临界透过通量附近进行，此时操作压力约 为一,除了克服透过膜的阻力外，还要克服通过膜表面的流体压 力损失。3、温度操作温度主要决定与所处理料液的化学、物理性质和生物 稳定性，应在膜设备和处理物质允许的最高
11、温度下进行操作， 因为高温可以减少料液的黏度，从而增加传质效率，提高透过 通量。温度与扩散系数的关系，可以用下式表示：uD/T=常数由上式可见，温度T愈高，黏度u变小，而扩散系数D则 变大。例如，酶最高温度为25C，电涂料为30C，蛋白质为 55C，制奶工业为5055C，纺织工业脱浆废水中回收PVA时 为 85C。4、操作时间随着超滤过程的进行，浓度极化在膜表面上形成了浓缩的 凝胶层，使超滤透过通量下降。其透过通量随时间的衰减情 况，与膜组件的水力特性、料液的性质和膜的特性有关。当超 滤运行一段时间后，就需要进行清洗，这段时间称为一个运行 周期，当然运行周期的变化还与清洗情况有关。5、进料浓度
12、随着超滤过程的进行，料液(主体液流)的浓度在增高，此 时黏度变小，边界层厚度扩大，这对超滤来说无论从技术上还 是经济上都是不利的，因此对超滤过程主体液流的浓度应有一 个限制，既最高允许浓度。6、料液的预处理为了提高膜的透过通量，保证超滤膜的正常稳定运行，在 超滤前需对料液进行预处理，虽然超滤的预处理过程不像反渗 透过程那么严格，但这种预处理也是保证实现超滤过程正常运 行的关键，通常采用的预处理方法有：(1) 过滤；(2) 化学絮凝；(3) PH调节；(4) 消毒；(5) 活性炭吸附；上述预处理方法可以根据料液的性质和需要进行选用。此外，经超滤回收的水，在使用前还需进行再处理(称为后 处理，如电
13、子工业用水)如脱除CO2、PH调节、过滤、消毒等。二、膜的寿命膜的寿命是根据生产厂提出的膜在正常使用条件下可以保 证使用的最短时间，一般在规定的料液和压力下，在PH允许的 范围内，温度不超过60C时，超滤膜可使用12-18个月。当然 超过规定的条件时，会使膜的寿命缩短。三、膜的清洗和消毒膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长 膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确 定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采 用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离 子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品 工业中蛋白质沉淀可以用肮酶溶剂或磷酸
14、盐、硅酸盐为基础的 碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合 剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件，可以选用不同的清 洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式 组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处 理。【EDI工作原理】EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在 每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂 质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填 满，这些树脂位于两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交 换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，电压使 进水中的水分子分解成H
15、+及OH-，水中的这些离子受相应电极 的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，当 这些离子透过交换膜进入浓室后，H+和OH-结合成水。这种H+ 和OH-的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。当进水中的Na+及Cl-等杂质离子吸咐到相应的离子交换树 脂上时，这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换 反应，并相应地置换出H+及OH-。一旦在离子交换树脂内的杂 质离子也加入到H+及OH-向交换膜方向的迁移，这些离子将连 续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由 于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步 地迁移，因此杂质离子得以集中到浓水室中，然后可将这种含 有杂质离子的浓水排出膜堆。
简述超滤设备的运行管理及结构概述
