中空超滤膜技术手册

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。图1FiltrateFeedFiltrateCapillaryfibersEpoxytubesheetEpoxytubesheetFigure1-SchematicCrossSectionalViewofHYDRAcap™MembraneAssemblyFeedConc.Conc.CoreTube产品水进水浓水环氧树脂密封中空丝中心管环氧树脂密封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：表1HYDRAcap™性能成分去除效果微粒＞2μm2.5~3.5logSDI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%*：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4log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℃1.5HYDRAcap组件参数表2HYDRAcap™膜的工艺参数构造中空丝膜聚合物亲水性聚醚砜MWCO(截流分子量)100,000~150,000道尔顿组件标准膜面积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150μm正常水通量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35psi(240KPa)反洗水流量185gfd(315L/m2/hr)反洗频率每隔15~60分钟一次反洗时间每次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)]1.6结构和材料表3HYDRAcap组件各部分材质部件材质中空纤维丝聚醚砜密封材料环氧树脂纤维束隔离网聚丙烯容器端盖Glass-filled聚丙烯外壳与中心管PVC图2膜元件型号A–英寸(mm)BCHYDRAcap4043(1092)46⅛(1172)47¼~47⅜(1197~1203mm)HYDRAcap6063(1600)66⅛(1680)67¼~67⅜(1705~1711mm)1.7HYDRAcap™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(BackWash)、化学清洗(Cleaning)和完整测试(Integritytesting)。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。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(BackWash)，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：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。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。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C32~85gfd错流过滤A至B,C32~60gfd(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。1.8HYDRAcap™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40HYDRAcap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支60HYDRAcap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4HYDRABLOC类型sub-Blocs基本单元sub-Blocs垂直方向层数sub-Blocs水平方向数量-1sub-Blocs水平方向数量-2sub-Blocs水平方向数量-38×40HYDRAcap1HYDRABLOC-AHYDRABLOC-CHYDRABLOC-E8×40HYDRAcap2HYDRABLOC-BHYDRABLOC-DHYDRABLOC-F24×60HYDRAcap1HYDRABLOC-MHYDRABLOC-PHYDRABLOC-S24×60HYDRAcap2HYDRABLOC-NHYDRABLOC-QHYDRABLOC-T24×60HYDRAcap3HYDRABLOC-OHYDRABLOC-RHYDRABLOC-U表5HYDRABLOC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)A84015.8B164031.6C244047.4D164031.6E324063.2F484094.8M246079.0N4860158.0O7260237.0P4860158.0Q9660316.0R12460474.0S7260237.0T14460474.0U21660711.01.9超滤系统工程指南海德能公司推荐以下的系统操作方式，请参阅UFSY460(见说明书)。1.9.1总述如前所述，海德能公司将HYDRAcap组件组装为sub-Blocs基本单元，再将sub-Blocs组成HYDRABLOC装置。HYDRABLOC过滤原理与单支HYDRAcap组件相同，并有独立的控制阀门和检测仪表