超滤的应用探讨

超滤的应用探讨主讲人：Kevin内容提要公司与产品简介如何选择超滤产品DOW超滤的运行过程我们的经验是什么应用领域与案例Q&A公司与产品简介如何选择超滤产品DOW超滤的运行过程我们的经验是什么应用领域与案例Q&A•全球领先的科技公司，2007年销售额达到540亿美元•1897年由HerbertH.Dow在美国密歇根州米德兰市创立•在全球37个国家设有180余处生产基地，可供应3,500多种产品•在全球约有42,000名员工陶氏简介公司创始人：HerbertH.Dow1930s－开始对华贸易1957－在香港设立办事处1968－在台北设立办事处1972－开始向中国直接销售1976－香港青衣聚苯乙烯工厂投产1980－在北京设立办事处1981－在上海设立办事处1989－成立浙江太平洋化学有限公司1998－广州聚氨酯组合料工厂投产2002－张家港基地投产2004－设立大中华区，总部设在上海2005－宣布在中国设立陶氏研发及信息技术中心2006—全资收购欧美公司，水净化部成立陶氏大中华区大事记•十一大生产基地•五大业务中心•1,400多名员工•2007年销售额逾33亿美元香港宁波南岗广州ZJG北京上海台北武汉中山新竹南通业务中心生产基地地区总部陶氏大中华区湖州我们的愿景，使命，价值观与战略愿景：成为全球规模最大、盈利最佳且最受尊敬的化工公司使命：通过掌握和运用科学和技术，坚持不懈地改进可推动人类进步的因素价值观：诚信并以人为本战略：加强陶氏专营基础化学品业务的优势，优先对功能性化学品业务投资DOW能为您提供什么？RawWaterStorageTankReclaim(Recovery)SystemUFUVSecondaryLoop(PolishingStage)Pre-treatmentSystemStorageTankFinalPolisherMultiMediaFilterorUFStorageTankPointofUseOptionalDischargeStorageTankPrimaryLoop(RoughingStage)2B3TSystem(UPCORE*System)SinglePassRO+WorkingMixedBedDoublePassROSinglePassRO+CDIorEDIPolishingMixedBedOptionalROIXUFEDI*陶氏是世界上唯一能同时提供包括：超滤，反渗透，电除盐（EDI）和离子交换树脂在内的关键水处理产品的全球性公司DOW超滤和EDI水处理产品选择SFP2680SFP2660SFP2860产品(Product)膜组件(Membrane)电除盐组件(EDI)超滤膜(UF)MBR膜（浸没式）EDI210&UEDI316DOWSFP超滤膜的介绍膜形式外压式中空纤维膜材料PVDF（聚偏氟乙烯）壳体材料UPVC（聚氯乙烯）公称膜孔径0.03um膜丝外径1.3mm组件型号组件公称膜面积m2(ft2)组件重量（湿态）kg(1b)组件尺寸(mm)SFP264020(215)22(49)165·1356SFP266033(335)32(71)165·1856SFP268044(474)44(97)165·2356SFP286052(560)83(183)225·1860SFP288070(753)98(216)225·2360最大进水压力≤6.0bar(87psi)产水浊度（NTU）≤0.2NTU产水SDI（15min）≤2.5TOC去除率（占产水百分比）20%-60%目前的主力产品特点：•小筛分孔径和高填充密度在保证产水质量前提下增加单位体积的产水量。•缺陷少•对进水水质的要求宽•化学稳定性高，适应化学清洗剂•清洗方便•抗拉、抗压强度高•低运行成本膜丝断面SFP超滤膜的特点1st分离层进水(O/I)LumenArea2nd分离层0.30mm厚度膜的特性–化学稳定性•聚偏氟乙烯（PVDF）材质的化学稳定性是各类膜材质中最优异的，耐受氧化剂等化学药品的持续清洗能力强。膜的特性–强度•未加工的聚合物强度——使用高分子量PVDF[300,000]•无需加强材料的超强度膜结构典型系统流程图膜系统的基本构成现场照片模块化的设计和小的占地空间公司与产品简介如何选择超滤产品我们的经验是什么应用领域与案例Q&A哪些因素影响膜过滤过程？宏观流道与颗粒杂质---内压？外压？微观流道（孔径、临界通量）---MF?UF?膜与杂质的相互作用---膜材质的选择水本身（温度）－－－膜的选择原理膜丝间隙截面积膜丝厚度截面积膜丝内孔截面积膜丝间隙截面积膜丝厚度截面积膜丝内孔截面积1：宏观流道——内压？外压？污染物在膜丝两端的累积外压膜具有各大的过滤空间（是内压膜2倍左右）---更高的抗污染性能•内压式，流道空间固定，当进水悬浮物含量较高时，宜采用错流过滤，或者降低水回收率。•假设原水悬浮物含量50mg/L，错流过滤，单程回收率95％，则出水端的悬浮物含量高达1000mg/L。•采用内径更大的管式膜来处理发酵液、活性污泥等高悬浮物体系。项目内压膜1内压膜2外压膜1流动形式内压内压外压纤维外径/内径,mm1.3/0.81.3/0.81.25/0.7预过滤精度要求,μm150150300进水最大浊度，NTU1001003001：宏观流道——内压？外压？•外压包括浸没式，流道空间不固定，常采用夹气清洗的方式，利用气泡的剪切、湍动提高清洗效果。•内压式采用夹气方式效果不明显，多采用分散化学清洗（CEB）的方式。引发清洗的问题1：宏观流道——内压？外压？内表面污染外表面污染反洗反洗内表面污染外表面污染反洗反洗1.宏观流道问题小结外压式操作，对来水最大颗粒粒径要求宽松；外压式操作，允许进水更高的悬浮物含量；外压式操作，单程回收率更高，应对水质波动能力强；外压式操作，采用廉价的气水混合清洗效果更好。为什么选择“UF”？UltrafiltrationMicrofiltrationPermeateFlux时间MicrofiltrationUltrafiltrationCIP/BWFluxUFMF清洗通量恢复好通量衰减快2：微观流道——孔径？01002003004005006000.00.20.40.60.81.01.2SDI15OperationTime,HoursOMEXELLTMUFMF更小的过滤精度更好的产水水质为什么选择“UF”？表1MF设计情况项目参数备注设计产水量200T/H/套膜面积50m2回收率90％膜组件数30支/套设计通量133l/m2.h设计通量过大产水流量6.7m3/hr/支MF?UF?表2.MF实际运行情况项目参数备注实际产水量(平均)90T/H/套为设计值的45％膜面积50m2回收率（平均）～75％膜组件数30支/套实际运行通量60l/m2.h为设计值的45％产水流量3m3/hr/支---实际案例研究MF:实际运行通量衰减超过45％！！！表3.运行情况No.项目频率时间1反洗周期30～50min2～4min2化学加强洗（EFM）1～2次/天80分20秒3化学清洗周期10天8小时4MF压差（TMP）1~1.5Bar项目EFMCIP药品浓度100～1000ppm,NaClO2000mg/L柠檬酸1000~5000ppm,+2%NaOH/2%柠檬酸清洗时间80.2min8小时时间间隔1～2次/天10天MF?UF?频繁的化学清洗和高的药耗2：微观流道——结构、材料、应用？海绵体，抗压密，强度高指状孔海绵体（DowTMUF)优点流动阻力小流动阻力大缺点抗压密性差，强度差抗压密性好，强度好适用疏水性材料；硬脆亲水性材料；柔韧指状孔，短时通量高指状孔海绵体2.微观流道问题小结超滤过滤精度高；超滤可能初始通量低，但长期通量高；存在临界通量，宜通过小试、中试等确定合理的设计通量；膜丝需要一定的抗压强度，否则不能保证长期供水量。使用某种絮凝剂，增加悬浮物含量，但是改善了凝胶层的性质，显著提高通量可以建立一种评价通量衰减的方法，或者反映凝胶层性质的参数，以定量表述此现象。胶体或者悬浮物的带电性质0200400600800100150200250300350400450500Flux(L/m2h,1bar)Time(min)050100150200250300350400100150200250300350400Flux(L/m2h,1bar)Time(min)3：膜材料与杂质的相互作用材质的选择规模（m3/h)投运时间MBR/UF材质燕山石化120004-6PVDF燕山石化40004-10PVDF齐鲁石化15004-6PVDF哈石化13006-3PVDF…….90％的石化废水回用采用PVDF超/微滤膜！Why?膜材料的一些物理性能膜材料熔点其他物理性质应用聚丙烯腈(PAN)-机械强度j较差(1)果汁饮料的浓缩与精制(2)水的净化与除菌聚醚砜(PES)刚性材料,柔软性较差(1)不同的工业废水(2)水的净化与除菌(3)市政污水(4)海水淡化(5)食品和制药业聚偏氟乙稀(PVDF)176机械强度好,柔软性好,耐热好(1)不同的工业废水(2)水的净化与除菌(3)市政污水(4)海水淡化(5)食品和制药业聚氯乙稀(PVC)175机械强度较好(1)水的净化中空纤维物理性质PVDFPS/PESNaOCl最大清洗浓度,ppm2000~5000100~500膜材料的化学性能更宽的应用范畴膜材质对水中化学物的适应性比较有机物PVDFPES冰醋酸CN苯甲醇CN氯仿(三氯甲烷)CN氯甲烷CN三氯乙烷CN丙酮CN甲乙酮LN醋酸乙酯LN二甲基亚砜DMSONN四氢呋喃NN苯胺NN二乙基乙酰胺NN吡啶SL苯酚，10％水溶液LN3.膜与杂质的相互作用小结杂质带电性质对超滤通量影响很明显；絮凝剂、氧化剂等可以调剂水质，显著改善膜的污堵；有机物类的吸附污堵因有机物的种类不同而千差万别；对膜进行的必要化学清洗要求膜材质化学稳定性好，PVDF是目前最佳的选择。WaterViscosity0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.001020304050607080Temperature,°CViscosity,cPTempViscositycP°C/°CcPcP40°C41.56772.39101.30771.99181.05581.61201.00491.53250.89351.36300.80071.22350.72251.10400.65601.00450.59880.91500.54940.84550.50640.774.水本身的性质－温度（粘度）flux=ε*D2*PTM*φ/(k*∆t*µ)过膜压差——水温对产水量/压差的影响0.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.101.151.201.251.300481216202428323640液体温度(℃)通量校正系数对超滤的性能要求－Summary可靠的去除效果耐化学清洗（尤其是耐氧化性）•---应对膜的污堵高污染负荷•---可经受水质的波动高机械强度•---可经受频繁的清洗•---高抗老化性宽的进水限制•---降低预处理的投资•---膜的耐冲击性均一的产品品质公司与产品简介如何选择超滤产品DOW超滤的运行过程我们的经验是什么应用领域与案例Q&A概要•化学清洗(CIP)•气洗•反洗•化学分散洗(CEB)－在水质特别差或水质波动较大时可选•正冲洗•反洗周期•过滤运行过程:DOW超滤膜组件的运行过程FiltrationUltrafiltrateRawWaterFilter200-300mBackwashTankAirChemicalsBackwashPumpFeedPumpEffluentUltrafiltrateRawWaterFilter200-300mBackwashTankAirChemicalsBackwashPumpFeedPumpEffluentAirScour