中空纤维膜简介解读

江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.中空纤维膜简介苏净研究院中空纤维膜项目组江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.目录一、膜分离技术概述二、中空纤维膜纺丝工艺三、超滤膜组件四、MBR膜组件五、发展前景及展望2江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.一、膜分离技术概述膜(Membrane)是什么？所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。3江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.1.1膜分离技术发展简史1748年，耐克特（A.Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。1861年，施密特（A.Schmidt）首先提出了超过滤的概念。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。1961年，米切利斯（A.S.Michealis）等人制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。4江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.1.2膜的分类51.按膜的材料分类类别膜材料举例纤维素酯类纤维素衍生物类醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等非纤维素酯类聚砜类聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亚)胺类聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)类聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他壳聚糖，聚电解质等江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.2.按膜的分离原理及适用范围分类根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微虑膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。6膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤压力差颗粒大小形状水、溶剂溶解物悬浮物颗粒纤维多孔膜超滤压力差分子特性大小形状水、溶剂小分子胶体和超过截留分子量的分子非对称性膜纳滤压力差离子大小及电荷水、一价离子、多价离子有机物复合膜反渗透压力差溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐非对称性膜复合膜江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.7umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL过滤对象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水盐份Metalions金属离子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY过滤方法Pyrogens热源Virus病毒Colloidalsilica胶体硅Albuminprotein白蛋白Bacteria细菌Carbonblack碳黑Paintpigment颜料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海滩沙砾Pollens花粉RO反渗透Ultrafiltration超滤Microfiltration微滤Particlefiltration一般过滤THEFILTRATIONSPECTRUM过滤谱图NF纳滤江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.按膜的形态分类膜组件的结构及型式取决于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.四种膜组件的综合性比较9江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.二、中空纤维膜纺丝工艺相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是L—S型制膜法。10聚合物溶剂添加剂均质制膜液流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维蒸出部分溶剂凝固液浸渍水洗后处理非对称膜L—S法制备工艺流程框图江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.2.1中空纤维膜的结构双皮层结构11表面膜孔结构江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.PVDF超滤膜公称孔径为0.1µm，过滤精度高，对菌类和病原体的去除率99.9%，使其获得优良的产水品质。120.00.10.20.3PVDF超滤膜孔径分布孔径umPES超滤膜孔径分布窄，孔径分布在0.009—0.011µm之间，对于100,000dalton的过滤精度达到99.99%以上，因此，它具有优异的过滤精度。0.010.03PES超滤膜孔径分布孔径um江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.2.2纺丝影响因素1.制膜液的均匀性：排料均匀铸膜液温度2.温度控制纺丝室的温度3.干程高度：是一个传热的过程，空气中的微量水蒸气在膜表面发生延迟相分离，形成比较致密的皮层。4.凝固浴温度：溶剂与凝固液的双向扩散作用，瞬时相分离发生，形成指状孔。当超过一定温度时，由于温度过高，则反而在中空纤维膜的表面形成致密的皮层，从而导致中空纤维膜的水通量急剧下降。1310156020颜色江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.机械调节圆度、毛刺喷丝板的调节：及时调圆纺丝微调保证壁厚14江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.2.3后处理15•水处理：继续充分进行扩散交换，防止溶剂再次反溶解，导致出现连贯的大指状孔。•甘油处理：进行保湿作用，从低浓度到高浓度充分交换，减少膜中水分，降低液体的表面张力。•膜的收缩：发生在湿态保存时的失水，收缩变形使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时还会造成膜的破裂。当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩散而失水，也会造成膜的变形收缩。江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.三、超滤膜组件16晾丝装丝切头抹胶安装甩油安装浇铸一次加胶二次加胶脱模放置组件切头检漏补漏及测试灌保护液超滤膜组件工艺流程图江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.1工艺操作注意要点1.装丝的时候注意防止擦损膜丝2.切头注意余量，抹胶控制胶量并完全堵死3.安装注意零部件的紧固4.在不同的环境条件，控制甩油程度5.加胶分两步骤，离心去除气泡；减少发热量6.浇铸之前模具需要抹黄油，之后继续放置3d固化17江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.2气压检漏1、侧口封堵，组件灌满水2、底部通气压，恒定0.1MPa3、气压稳定运行1-3min4、上端加水，适当调节压力，观察气泡情况，使用铅笔标记漏点18江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.3超滤组件结构超滤膜组件的结构及型式多样化,膜组件主要可以分为内压式和外压式两种。19江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.20江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.4超滤膜组件的清洗21浓差极化：水过滤在浓度梯度下，溶质与水以相反方向向本体溶液扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层，它对水的透过起着阻碍作用。江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.3.4超滤组件应用1.饮用水：家用净水器就是活性炭吸附技术与UF技术杂化的成功范例。2.RO装置的前处理：海水淡化、高纯水处理等，对RO膜的保护安全运行，而且也提高了产品水的质量。3.食品方面的浓缩、提纯以及回收等。4.医药废水以及生物制品的精致和提纯。5.环境工程的应用：石油化工废水、印染纺织废水、金属及电子加工废水、生活污水等。22江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.四、MBR膜组件23配胶晾丝固定撒粉切头抹胶整理膜丝二次配胶另端浇铸切头粘壳分装保存MBR膜组件工艺流程图江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.4.1MBR的优点1.出水水质优良。2.活性污泥浓度高。3.有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留生长,氨氮去除率高。4.克服了常规活性污泥中容易发生污泥膨胀的弊端。5.设备紧凑，省去二沉池,节省占地。6.系统采用PLC控制，实现全自动化。24江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.4.2膜生物反应器MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）膜生物反应器是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术。中空纤维膜的应用取代活性污泥法中的二沉池，有效的达到了泥水分离的目的。充分利用膜的高效截留作用，能够有效地截留硝化菌，完全保留在生物反应器内，有效去除氨氮，避免污泥的流失，并且可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。应用MBR技术后，主要污染物的去除率可达：COD≥93%、SS=100%。产水悬浮物和浊度几近于零，处理后的水质良好且稳定，可以直接回用，实现了污水资源化。25江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.MBR膜组件的应用26江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.4.3MBR组件的清洗27水反洗加药反洗在线清洗离线清洗加药种类化学试剂酸盐酸、柠檬酸、草酸碱氢氧化钠氧化剂次氯酸钠江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.五、发展前景及展望随着水污染的日益严重、水资源的短缺,在水污染控制和水资源化方面被受到广泛的重视,且具有广阔的应用前景。虽然膜有着无可比拟的优点,但是它的缺点也是很突出的,如能耗高、成本高、膜污染、膜材料和膜组件没有实现标准化等。1.开发新的膜材料以提高膜通量，高强度、耐溶性、抗氧化和抗污染能力2.开发新的集成工艺和优化处理方法,扩大应用范围、降低成本、实现标准化3.寻求技术新突破，深入纳滤、反渗透的研究28江苏苏净集团有限公司JIANGSUSUJINGGROUPCO.,LTD.敬请各位领导和同事提宝贵意见