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超滤技术和超滤设备的技术应用

中空纤维超滤膜超滤膜

超滤工艺流程。超滤采用一级一段部分循环连续式工艺流程,四组并联运行,浓水回流四组合一,单泵增压循环,每组挂超滤柱39支,单组产水76t/h,系统浓缩水排放8t/h。
应用
超滤通常采用中空纤维膜,原水在中空纤维装置的外侧或内腔加压流动,姗J构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程,被截留物质可随浓缩液而排除,不致堵塞膜表面。在超滤过程中,由于被截留的杂质在膜表面上不断积累,会产生浓差极化现象,使膜的透水量下降。合理地选择运行条件和清洗工艺,可完全控制超滤的浓差极化问题。超滤设备的出力与操作温度有关,水的黏度随温度变化而变化,温度每升高1℃,透水量增加2. 15%。
一般产品的膜通量按照25℃设计,与实际使用温度不一致时,应除以温度校正系数。修正得到近似值,即
G=(1+0. 021 5)△t△t=25-t
二、产品规格
(一)中空纤维超滤装置
(1)装置规格按照纯水通量分:1、 2、 5、 10、20、40、 60、80、100rm³/h。
(2)装置尺寸为:长mm x宽mm x高mm。
(3)膜材料代号见表4-15。
(4)装置编号规格。
(二)超滤水装置出力核算
(1)平均回收率大于90%。
(2)化学清洗周期大于30天。
(3)超滤水进出水水质:SDI< 3、浊度小于0. 4NTU、悬浮物SS小于1mg/L。
(4)半均水回收率。
(三)超滤膜的工艺流程
   超滤膜通常采用一级一段的工艺流程,具体有三种操作方式,见图4-7。
   图4-7 (a)中,经过超滤膜处理后的浓水全部回到原水箱或再经过预处理系统处理后进人超滤系统。图4-7 (b)中,经过超滤膜处理后的浓水连续全部排放,是目前常用工艺。图4-7( c)中,经过超滤膜处理后的浓水部分排放,部分循环也是目前常用工艺。
(四)超滤系统设计
1.设计步骤
(1)原水水质,包括水源类型、浊度、SS, COD, pH,温度等。
(2)选择预处理系统。
(3)选择超滤操作方式。
(4)确定平均水通量和系统回收率。
(5)确定系统实际产水量、膜面积、膜组件数量、进水泵与循环泵选择。
(6)辅助系统设计,包括反冲洗系统、正洗系统、化学清洗系统、化学加强反洗系统。
2.超滤膜组件设计参考数据(见表4-18)
3.设计基本条件(适用于一般常规水质条件)
(1)进水水质要求。
   1)水中不溶解固体含量小于5wt%。
   2)颗粒粒度小于100µm。
   3)浊度不大于0. 1 NTU。
   4)细菌去除率大于99. 999%。
(2)产水质量指标。
1) SDI<2(对于一般水质)。
2) SDI≤3(对于污水水质条件)。
(3)超滤膜设计参数范围。
   1)设计透水量:60~120L/ (㎡•h)。
   2)设计膜通量或跨膜压差(TMP):一般为10~70kPa,最大小于0. 2MPa。
   3)设计工作压力:小于0.35MPa。
   4)反洗流量:2~4倍产水量。
   5)反洗频率:每隔20~60min一次。
   6)反洗时间:30~80s/次。
   7)化学清洗频率:每隔2~6月一次。
   8)化学清洗药剂pH值范围:2~12.
4.设计实例
(1)设计条件。
1)项目用途:反渗透预处理。
2)超滤产水量:60m³/h(250℃)。
3)原水类型:地下水。
4)原水水质:浊度小于5NTU; SS< 5mg/L; pH = 8. 3;Fe 2+== 0. 05mg/L。
(2)预处理的选择。根据原水水质对照表4-18超滤进水水质要求确定以下内容。
1)采用l00µm保安过滤器。
2)采用全量过滤操作方式。
(3)选择膜组件(见表4-19)。
(4)产水量计算。
1)反洗频率:每隔30min一次(ti)。
2)反洗时间:40S(t2)。
3)正洗时间:l0s (t3,反洗前后各一次)。
4)每次反洗正冲时间:120s (t4) 。
每天反洗次数
N==(3600 X 24)/(t, X 60+t4)
        ==(3600 X 24)/(30X60+120)=45次
    每天反洗时间
T反洗正冲=t4×n=120×45次=5400s
每天实际产水时间T
T=24×3600-t反洗正冲=24×3600-5400=81000s=1350min
5)超滤设备每天实际产水时间T=1350min。
6)要求连续供应产水量Qo:60m³/h。
需要超滤设备产水量Q1
Q=Qo X 24×60/T=60 X 24×60/1350=64m³/h
7)超滤设备反洗用超滤水反洗水量Qf:反洗流量(q)为2~4倍产水量(Ql)。
8)超滤设备正洗用原水Qz:正洗水量与产水水量相同。
9)每天反洗、正洗水量QzF:
QzF=3Qont2/(3600 X 24)
=3X60X45X40/0600X24)=3.75m³/h
10)需要超滤设备产水量Q。
Q=Ql+Qz=64+3.75=67. 75m³ /h
(5)需要超滤膜面积S与组件数量N。
I)S==Q/q=67. 75 X 1000/85=67 750/85=797㎡。
2)需要超滤膜组件数量N(每支组件面积F=55㎡ )
    N=S/F== 797/55=14.5≈15支(每支)
(6)反洗系统。
反洗水泵选择如下:
反洗流量嗽=2~4倍产水量(取3)。
反洗水泵出力Q反=3Qo=3×60=180m³/h。
反洗水泵扬程取25m (0.25MPa)。
反洗水箱容积V=3~5m³。
每次反洗时间30~60s。
(7)正洗系统。
根据方案采用反洗前后各一次每次正洗t3=15s,正洗水用原水;正洗水量为70m³/h;正洗水与原水水泵共用(出力75m³/h,扬程不大于0. 35MPa)。
(五)超滤系统实例
1.原水水质(见表4-20)
2.超滤预处理
    超滤预处理步骤为:混凝→澄清→过滤及加氯杀菌处理后→超滤((UF)→反渗透(RO)系统。
原水中含有铁锈、菌藻残留物、固体颗粒及破碎矾花等杂质,为防止这些物质对超滤的机械污堵,超滤预处理包括粗滤和精滤两部分。粗滤采用四套逆流高效纤维过滤器,直径3000mm,单套产水210t/h;精滤采用两套20µm缠绕式滤芯过滤器,单套产水160t/h及加氯杀菌处理。
3.逆流高效纤维过滤器的运行管理
压差超过0. 2MPa或浊度超过2NTU时,过滤器退出运行进行气水洗。另外,过滤器在运行过程中不得停运,以防滤层紊乱及搅动影响产水质量。过滤器的日常清洗通过上进水下进气的方式对流冲洗,保持进气强度在60L/(s•m³)左右,使纤维束充分搅动,达到截留物彻底脱落的目的。同时在运行之初,缓慢升压,废水外排,直到产水合格后并人系统。高效过滤器长期运行后,由于菌藻类滋生繁殖、胶体与纤维束的静电吸引、有机物的污染等因素,造成运行周期短,截污能力下降,水气洗关后压降不明显,需要进行化学清洗。清洗采用3 % NaOH、 0. 5 5 % NaCLO混合液,加热到30℃,浸泡滤料24h后进行气水合洗,至pH≤8时结束,清洗后产水还原率可达98%以上,截污容量大于1 0kg/m³。
精必廿卢器的运行管理

精密过滤器中,缠绕滤芯采用承插式安装,工作侧与产水侧由“0”型圈分隔,因为过滤器直径小(600mm),进出水没有设置配水装置,结构简单。在过滤初期,要缓慢进水,排尽空气,防止形成过滤死角及水锤冲击破坏闭封圈,造成进出水短路。在运行过程中,应严格监测进出水压差,当压差大于0. 1MPa时,必须对滤芯进行更换,否则会造成出水筛板变形,滤芯与孔板密封不严,进出水短路,产水水质恶化。更新滤芯后的首次投运应将产水排放10~ 15min,可防止线绒及检修残留物对超滤的污堵。经过以上预处理后,超滤进水SDI在5左右,为超滤的稳定运行创造了良好的条件。

5.超滤系统

(1)超滤工艺流程。超滤采用一级一段部分循环连续式工艺流程,四组并联运行,浓水回流四组合一,单泵增压循环,每组挂超滤柱39支,单组产水76t/h,系统浓缩水排放8t/h。进水配置20µm过滤器两台及稳压调节门一台,以控制进水水质及进水压力。超滤柱直径200mm,额定工作压力0. 25MPa,产水量2t/h,滤膜为聚丙烯中空纤维膜,有良好的耐酸碱性和透气性能,截留分子量5000D,产水SDI ≤ 3。为使冬季超滤装置的正常制水,在总进水处安装表面式换热器一台,以提高水温(15~30℃)。


(2)反洗。超滤反洗采用气一水脉冲擦洗,配备反洗泵台、空气压缩机一台,反洗频率2h一次,从产水侧进压缩空气脉冲后,开启反洗泵用成品水大流量清洗,自进水侧外排。保证空气压力在0. 22MPa左右,防止超压损坏膜元件。成品水反洗时间随季节、水温、进水水质状况及化学清洗周期等因素进行调整,一般控制在30~120s范围,以提高设备效率,降低水耗。


(3)运行压力控制。超滤进水为清水泵出水,压力在0.55~0. 65MPa,超过超滤设备运行压力。为此,在20µm过滤器后安装了一台JD745型多功能自动调压阀,使超滤进水压力在0. 1~0. 25MPa之间波动。


(4)回流比。由于四组超滤浓水通过一台泵加压回流,并联运行,系统阻力各异,回流比难以控制。在总进水压力稳定后,可通过调整各组浓水回流门控制单组回流比。在调整过程中,各组运行工况相互干扰,很难保证四组回流比一致,一般控制在(1:1~l :3)范围,正是这种差异造成过滤工况和过滤效果的t--异,使四组膜通量不在同一均衡水平。因此,对并联系统而言,回流比的调整是涉及运行压力、产水量、膜通量、产水水质、清洗周期及运行效率的综合因素,其运行调整显得至关重要。


(5)温度控制。运行温度一般控制在15~30℃之间,冬季通过表面式换热器对进水加热,用温控测点控制蒸汽量,防止超滤运行和反洗过程中水压水量的波动使进水超温,损坏膜及组件。


(6)系统压们降。系统运行过程中,随着膜通量的下降及进水压力的调整,进水与产水压降、进水与浓水压降都在发生相应的变化,在运行及回流比的调整过程中,要密切注意这两个卜压降的变化,保证进水与产水压降小于0. 17MPa,进水与浓水压降小于0. 1MPa。在系统运行末期,在满足一个压降最大的情况下,任何一个超标就必须停止还行,进行化学清洗。


(7)排污量。按设计要求,四组超滤连续排污量为8t/h。在实际运行过程中,需根据浓水状况对排污量进行调整,夏季一般控制在12t/h,冬季为8t/h。如果发现浓水急剧恶化,应采取强制气水反洗,以降低浓缩比,防止超滤膜的二次污染。
 

(8)操作方式。在保证超滤产水量同时,整个系统全部续实行PLC程控操作。


(9)停运及保护。系统停运前,应先开启回流排水门,停止回流泵使系统压力降至最低后逐组点击,气水反洗后退出运行。此时,装置内必须充满水,防止滤膜脱水失效。短时间停运,每天运行1h左右,用新鲜水置换出元件内存留的水;长时间停运(7天以上),要向装置内注人保护液((1%的甲醛水溶液),防止细菌滋生繁殖。


(10)超滤系统杀菌和化学清洗。

1)化学清洗系统配置。超滤和反渗透共用一套移动式化学清洗装置,由清洗药箱(4m³)、清洗泵(30t/h, 0. 3MPa),精密过滤器及相关管阀表计组成。超滤清洗时,精密过滤器安装20µmm滤芯,运行压差不超过0. 1 MPa,否则会制约清洗流量,影响清洗效果。反渗透清洗时,安装5µ滤芯,以保证清洗液的质量。

2)系统杀菌。系统杀菌有两种模式,原水加氯后送至超滤系统进行连续杀菌,运行过程中每4h分析一次余氯含量,保证超滤进水余氯在0. 3~0. 5mg/L,但进反渗透前彻底还原,防止强氧化剂对反渗透膜的损伤。间断杀菌每周进行一次,配制3%的1227杀菌剂,通过化学清洗装置在超滤组件中循环0. 5h后浸泡3~5h,单组用量2t/h,之后用成品水清洗合格,投入运行。


(11)化学清洗液的配制。清洗主要以杀菌为主,一般采取如下配方:0. 5% HCI循环清洗,水洗合格后,用1%NaOH和 NaOH和400 ×10-6 NaCIO混合液,加温350℃,循环lh,浸泡4h,每组用量2t/h左右。冬春枯水期,河水浊度低,温度低,矾花聚结困难,不利除胶,清洗主要以胶体脱稳为主,清洗液配制如下:1% HCl循环清洗,水洗合格后,用3 % NaOH和200×10-6NaCIO,加温至35%,循环1h,浸泡4h,每组用量也在2t/h左右。

(12)清洗方式及注意事项。为保证产水平衡,5一7天选取一组轮流进行化学清洗,在清洗液循环过程中,要检查该组阀门的密闭情况,并注意超滤产水电导率的变化。如果产水电导率急剧上升,说明清洗液串人运行系统,要迅速处理,防止强氧化剂进人反渗透系统,损坏渗透膜。在超滤膜浸泡过程中,组件内会产生大量气泡,为防止系统憋压破坏膜元件,要适当开启放空门。清洗液排空后水洗分两个步骤:首先开启回流排放门、进水侧排放门,启动反洗泵,大流量的成品水从产水侧进人,从膜元件两端排出,直到水清为止。然后,开启回流排放门及进水门用进水等压清洗,直至水清,必要时分析排水pH值,与进水一致后投人运行。
中空纤维超滤膜超滤膜

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