膜组件及膜材
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膜(微滤、超滤、纳滤、反渗透)概述及其应用膜技术简介为了满足工业生产和饮用水方面的要求,各种膜的技术应运而生。
它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。
膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。
有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微滤(MF)又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。
微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。
无机膜材料有陶瓷和金属等。
鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。
可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤(UF)是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1000um分子量之间。
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。
以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
SUN管式膜组件技术手册第一章公司简介 (1)第二章SUN管式超膜介绍 (2)2.1SUN管式膜特点 (2)2.2应用领域 (3)2.3SUN管式膜规格型号介绍 (4)第三章管式膜系统设计 (6)3.1常用设计参数 (6)3.2管式膜及系统选型设计 (6)第四章管式膜应用注意事项 (8)4.1新膜组件的处理 (8)4.1.1新膜组件的保存 (8)4.2安装前准备工作 (8)4.2.1安全注意事项 (8)4.3膜组件和系统准备工作 (9)4.4安装 (9)4.5启动前注意事项 (10)4.6初始启动 (10)4.6.1冲洗、排气 (10)4.6.2膜系统清水运行 (11)4.6.3初次化学清洗 (11)4.6.4膜系统污水运行 (11)4.6.52周后化学清洗 (12)4.7管式膜系统的启/停 (12)4.8重点关注参数 (12)4.8.1温度 (12)4.8.2运行压力和压力损失 (13)4.8.3膜产水侧压力计算 (13)4.8.4压力波动 (13)4.8.5生化运行参数 (13)4.9管式膜系统的清洗 (13)4.9.1清洗条件 (13)4.9.2清洗药剂 (14)4.9.3清洗方式 (14)4.10运行数据记录 (16)4.11管式膜运行禁止事项 (18)4.12管式膜组件的保存 (19)4.13管式膜常见问题及分析 (20)4.13.1产水通量低 (20)4.13.2膜管堵塞 (20)4.13.3产水浑浊 (21)附件一、化学清洗步骤 (23)附件二试验膜型号和参数 (27)第一章公司简介中科瑞阳膜技术(北京)有限公司是中关村科技园高新技术企业和国家级高新技术企业,通过了国际质量管理体系(ISO9001)认证,申请多项国家项目。
中科瑞阳公司一直以膜技术为其核心,致力于工业废水处理超滤膜的研发、生产和应用,专注于解决高难度污水处理领域的难题,现有员工150余人,年产值超2亿。
公司通过引进全自动化生产设备、先进的膜技术及膜材料,执行严格的ISO流程化管理,保证膜产品的稳定性。
纳滤膜的生产工艺流程纳滤膜是一种能够过滤掉微小颗粒和溶质的薄膜材料,广泛应用于水处理、医药、食品、化工等行业。
纳滤膜的生产工艺流程主要包括原材料准备、膜材制备、膜片形成、膜组件装配和膜产品检验等环节。
以下将详细介绍纳滤膜的生产工艺流程。
1.原材料准备:首先需要准备纳滤膜的原材料,主要包括高分子材料、添加剂和溶剂。
高分子材料通常是聚酯、聚酰胺、聚醚砜等,添加剂包括增塑剂、抗氧化剂等,溶剂则用于高分子材料和添加剂的混合。
2.膜材制备:将高分子材料和添加剂按照一定比例加入溶剂中,通过混合、分散、搅拌等方式使其充分溶解,并形成均匀的膜材料溶液。
然后,将膜材料溶液倒入膜材模具中,经过挥发和干燥等工艺,使其逐渐凝固成膜。
3.膜片形成:将凝固成膜的膜材料剥离出模具,经过加工和压制等工艺,将其切割成所需尺寸和形状的膜片。
膜片的形成通常分为干法和湿法两种方式,具体选择取决于膜材料和产品要求。
4.膜组件装配:将膜片按照一定规则堆叠在一起,形成膜组件。
膜组件通常由膜片和间隔层交错排列而成,间隔层的作用是支撑和固定膜片,同时使流体能够均匀地通过膜片。
5.膜产品检验:对膜组件进行质量检验,主要包括膜产品的尺寸、厚度、孔径分布、耐压性能、通量等指标的测试。
通过检验,确保膜产品的质量达到设计要求,并保证产品的可靠性和稳定性。
总结:纳滤膜的生产工艺流程包括原材料准备、膜材制备、膜片形成、膜组件装配和膜产品检验等环节。
这些环节相互关联、相互制约,要求高分子材料能够充分溶解、凝固成膜,膜片能够具备所需尺寸和形状,膜组件能够具备均匀分布的通道,膜产品能够达到设计要求。
纳滤膜的生产工艺流程对于产品质量和性能的稳定性具有重要意义,必须严格按照规程和要求进行操作,以确保产品能够满足应用需求。
膜中膜设计的MBR膜堆,采用PVDF中空纤维帘式膜组件作为核心过滤组件,因此,此MBR膜堆具有结构紧凑,占地小,易于组合使用等突出特点,特别适合用于各类MBR膜生物反应池中使用(可根据客户朋友的产水需求,进行模块化设计)。
二膜中膜开发的PVDF中空纤维帘式膜组件,采用增强型PVDF中空纤维膜,具有以下突出特点:
1、强度高
MBR浸没式膜组件的核心过滤膜材质为PVDF合金膜+涤纶管,很好的解决了膜丝断裂的问题,最大可承受50kg重量,此外由于加入了特种纳米材料和改性剂,较好的克服了实际应用中膜皮层容易脱落的缺陷。
2、抗污染性能好
PVDF合金膜由于加入了亲水改性剂,使其具有超光滑的膜表面特性和独特的电荷性能,结合MBR浸没式膜组件自带曝气和专利MBR膜架使用的导流插槽,造就了其超强抗污染性能。
3、通量大
PVDF合金膜特种纳米材料形成的网状膜结构,使得其具有很高的孔隙率和大的水通量。
4、截留性能好
PVDF合金膜致密的单皮层结构和分布更均匀的孔径,决定了其优越的截留性能。
5、清洗通量恢复好
PVDF合金膜独特的外致密层结构,使得污染物只能停留在膜的外表面,不会进入膜的网状孔内,因而非常易于清洁,清洗通量恢复好。
6、PVDF中空纤维帘式膜组件适合用于MBR模块化设计、组件结构合理紧凑,占地小,易于组合使用。
三、PVDF中空纤维帘式膜组件应用领域
膜中膜开发的MBR浸没式膜组件是专门为膜生物反应器(MBR)配套研制和开发的膜产品,可用于:
1. 垃圾填埋场废水处理、农村污水集中处理、屠宰废水处理等
2.工业废水处理与回用
3.生活污水处理及中水回用
4.市政污水处理及回用。
目录第一章公司简介第二章欧凯中空超滤膜介绍第三章欧凯OK3系列膜组件性能第四章超滤装置的运行第五章系统的维护及故障分析第六章超滤装置的清洗第七章超滤膜组件的包装、运输与贮存第一章公司简介1.1公司概况杭州欧凯膜技术有限公司是由浙江大学和上海欧凯过滤技术有限公司共同投资组建的高新技术企业,注册于浙江大学国家大学科技园。
公司是“膜与水处理技术”教育部工程中心的产业化基地,拥有有自主知识产权的多种聚合物膜材料的制膜生产线 .公司研究和开发了多种新型的聚合物分离膜器件与设备,主要用于空气和水质净化、废水处理与中水回用、溶液浓缩、萃取回收等分离与纯化领域. 1.2研发与服务欧凯公司是以膜的研发和制造为主业的高技术公司,以浙江大学为技术依托,公司拥有国际知名的膜材料的研发专家和科研队伍,并有专业的水工业和环保领域的应用工程师,并有国际水平的检测仪器和各种实验平台,可以为用户提供详细的解决方案和周到的技术服务。
示差扫描量热计(DSC)压汞仪拉伸性能测试仪接触角测试仪相分离热力学测试仪第二章欧凯PVDF超滤膜介绍2.1、特性介绍2 。
1.1、具有优良的抗氧化性能一般来讲,膜在应用过程中的抗污染性能是永久关注的课题,而膜材质的化学稳定性大大的影响超滤膜的抗污染性能.聚偏氟乙烯(PVDF)材质的化学稳定性最为优异,耐受氧化剂(次氯酸钠等)的能力是聚醚砜、聚砜等材料的10 倍以上。
在水处理中,微生物和有机物污染往往是造成超滤不可逆污堵的主要原因,而氧化剂清洗则是恢复通量最有效的手段,此时聚偏氟乙烯(PVDF)材质体现出了其优越性。
2.2.2、具有高强度采用自行研制的配方,使欧凯的超滤膜的抗拉伸强度和抗压强度与同类膜相比大大提高,这样更容易适应于恶劣的环境中使用并得到高强度的清洗条件.2.3.3、外压式结构设计采用外压式进水的结构设计,使膜元件的进水条件大大的宽松,进水颗粒的大小限制以及进水的悬浮物的浓度限制更为宽松。
同行超滤膜信息收集一、超滤行业膜组件及运转参数表立升超滤膜参数表项目组件基本参数组件外形尺寸超滤膜丝数目有效膜面积(㎡)纯水流量(m3/H)设计产水量(m3/H)产水浊度内径/外径截留分子量(道尔顿)膜组件构造形式膜材质封胶资料外壳材质运转参数最大进水压力最大跨膜压差抗余氯能力耐H2O2能力最大进水浊度工作温度PH值范围操作模式运转程序反洗及正冲反洗流量(m3/H)反洗压力(MPa)反洗时间(s)反洗周期(min)顺冲流量(m3/H)LH3-0450-V LH3-0650-V LH3-1060-V-10型-08型-10型-08型Φ143×1358Φ187×Φ277×240030503940760011000 810113340≥≥5≥15<<<80000内压式PVC环氧树脂不锈钢PVC PVC(建议运转透膜压力)200ppm连续200ppm连续200NTU5-40℃2-12全流或错流正常过滤(30min)---顺冲(10-30s)---反洗(60s)---等压正冲(10-30s)---定期的化学冲洗---正常过滤2-3倍设计产水流量20-180s20-60min倍设计产水流量顺冲时间(s)10-30s 化学冲洗运转基本参数药剂及浓度1、判断条件:跨膜压差。
2、1-2倍的产水流量。
1、2%柠檬酸(PH=2);2、%的NaOH/200ppmNaClO(PH为12-5)山东招金膜天超滤膜参数表聚砜组件共性参数及运转参数项目内压式膜外压式膜进水要求总溶解性固体含量<5%;颗粒直径<100μm产水浊度≤≤膜材质聚砜聚砜截留分子量10000和670006000和20000膜丝尺寸耐受PH1-141-14最高运转温度45℃45℃进水浊度<50NTU——聚砜材质设计参数设计产水通量60-100L/㎡H依据实验确立设计最大压力设计透膜压差(TMP)操作形式错流过滤或死端过滤错流过滤反洗压力——反洗流量倍的产水流量——反洗时间30-60秒/次——化学冲洗频次反洗水通量<初始的70%或许——TMP高于化学冲洗时间10-30分钟20-60分钟消毒剂20-100ppm次氯酸钠20-100ppm次氯酸钠PVDF组件共性参数及运转参数参数UF3OB160UF3OA200纤维内外径设计水通量60-120L/㎡H有效膜面积3060最大跨膜压差运转方式全流或错流气洗流量(m3/H)3-64-8气洗周期(hr)2-4气洗时间(s)20-60反洗水压力(Mpa)反洗水量(L/㎡H)100-150反洗时间(s)30-60PH值1-10(冲洗时1-12)使用温度(℃)5-45化学冲洗周期(d)60-180填或视详细状况详细水办理领域应用参数工艺自来水地下水地表水地表水地表水工业中水海水废水参数(<1)(<5)(<5)<25>25<20<5<20设计通量70-10060-10060-9050-8050-7050-7050-7060-80 L/㎡H)回收率(%)90-9890-9890-9585-9585-9580-9080-9090-95保安过滤器50-100100100100100100100100运转模式死/错死/错死/错死/错错流错流错流错流反洗频次40-6040-6030-6030-453030-4030-4030-60(min)反洗时间11111111(min)反洗通量产产产产产产产产L/㎡H)反洗压力Mpa)逆冲频次反洗前反洗前反洗前反洗前反洗前反洗前反洗前反洗前逆冲时间10s10s10s10s10s10s10s10s正冲频次反洗后反洗后反洗后反洗后反洗后反洗后反洗后反洗后正冲时间55555555化学冲洗药剂由招金膜天依据详细水质采用膜组件详细参数组件型号截留公称尺寸膜面积纯水通量进水压力工作温度膜组件PH分子量重量内压膜UF1IB9090*10005UF1IB125125*109210UF1IB16010000160*135020<2-13UF1IA20067000200*1934355-45最大跨膜50100000压差(1-10)UF1IA225225*17454065 UF1IA315S315*13915562 UF1IA315L315*19108095外压膜(浓缩分别专用)UF1OB90-P600090*1148183005-452-13<UF1OB90-G2000090*114818500膜组件表示图KOCH超滤膜参数表膜组件参数表模型号尺寸膜面积截留分子量通量范围典型应用HF53-20-PM103×4310,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水HF53-20-PM1003×43100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌HF53-132-PM105×4310,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水HF53-132-PM105×43100,00068-144除胶体硅、RO前办理、0降浊、除菌HF82-35-PM1005×43100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌HF66-43-PM105×4310,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水HF66-43-PM1005×43100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌V8072-20-PMX8×7210,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水V8072-35-PMX8×7210,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水V8072-43-PMX8×7210,00068-144除胶体硅、除热源、超纯水V8048-35-PMC8×48100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌V8072-35-PMC8×72100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌V1048-35-PMC10×48100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌V1072-35-PMC10×72100,00068-144除胶体硅、RO前办理、降浊、除菌运转参数运转模式死端过滤和循环模式反洗频次30-60分钟/次反洗时间1-2min反洗通量170L/㎡H反洗压力反洗加药水质好的不需要加药,水质不好的需要加药快冲频次30-60分钟/次快冲时间30sGRANT超滤膜参数表型号SV-0450-A SV-0650-A SV-1060-A组件外形尺寸φ143×1358φ187×φ277×超滤膜丝数目(根)2400480012600有效膜面积(㎡)81655设计产水量≥≥5≥15内外径截留分子量80,000道尔顿运转方式内压式膜材质PVC最大进水压力最大跨膜压差Mpa Mpa Mpa最大进水浊度200NTU200NTU200NTU操作模式全流或错流反洗压力Mpa Mpa Mpa反洗流量1-2T/H2-4T/H6-10T/H反洗时间30-60s30-60s30-60s化学冲洗频次30-60天30-60天30-60天化学冲洗时间10-30分钟10-30分钟10-30分钟化学冲洗药剂次氯酸钠、双氧水、氢氧化钠、柠檬酸除菌化学药剂双氧水、氢氧化钠保护液水:甘油:亚硫酸氢钠=79:20:1程序正常过滤---顺冲---反洗---化学冲洗和立升的膜组件及运转方式几乎同样的GRANT超滤膜参数表膜组件参数膜型号尺寸内径外径膜面积分子量设计通量典型应用膜材质(m2)(Dalton)(LMH)mm mmTBM-UF06-0476*1060PS4600030-50除热原、超纯水TBM-UF06-12138*1190PS12600030-50除热原、超纯水TBM-UF06-55208*1880PS55600030-50除热原、超纯水TBM-UF10-0476*1060PS41000030-60除热原、超纯水TBM-UF10-12138*1190PS121000030-60除热原、超纯水TBM-UF10-55208*1880PS551000030-60除热原、超纯水TBM-UF30-0476*1060PS43000050-120RO前办理、去除胶体硅、降低浊度、去除微生物TBM-UF30-12138*1190PS123000050-120RO前办理、去除胶体硅、降低浊度、去除微生物TBM-UF30-55208*1880PS553000050-120RO前办理、去除胶体硅、降低浊度、去除微生物TBM-UF70-0476*1060PES/PV47000080-150RO前办理、去除胶体硅、降低精选文档P共混浊度、去除微生物TBM-UF70-12PES/PV1270000RO前办理、去除胶体硅、降低138*119080-150P共混浊度、去除微生物TBM-UF70-55PES/PV5570000RO前办理、去除胶体硅、降低208*188080-150P共混浊度、去除微生物性能格使用条件典型工条件型号TBM-UF06-04/12/55TBM-UF10-04/12/55TBM-UF30-04/12/55TBM-UF70-04/12/55水度≤≤≤≤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯水SDI≤2≤2≤2≤2膜形式中空中空中空中空膜材PS、PES/PVP共混PS、PES/PVP共混PS、PES/PVP共混PS、PES/PVP共混中空内径中空外径膜构双皮、双排指状孔支承双皮、双排指状孔支承体双皮、双排指状孔支承体双皮、双排指状孔支承粘资料氧脂氧脂氧脂氧脂外壳材ABS/ABS/UPVC ABS/ABS/UPVC ABS/ABS/UPVC ABS/ABS/UPVC膜表面4/12/55m24/12/55m24/12/55m24/12/55m2截留分子量6000dalton10000dalton30000dalton70000dalton件水容2/5/20L2/5/20L2/5/20L2/5/20L.最大水力最大跨膜差使用温度范5-45℃5-45℃5-45℃5-45℃酸碱度范PH:2-13PH:2-13PH:2-13PH:2-13最大耐能力200ppm200ppm200ppm200ppm运转方式全量或流全量或流全量或流全量或流控制方式恒流量或恒恒流量或恒恒流量或恒恒流量或恒反洗水力反洗水流量100-150L/100-150L/150-200L/200-300L/反洗30-60s30-60s30-60s30-60s反洗周期30-60min30-60min30-60min30-60min运转力化学冲洗周期1—3个月1—3个月1—3个月1—3个月凯宏超滤膜参数表产品性能参数水化膜件型号膜材壳体资料膜面(㎡)水通量(L/H)直径KH-UF-4020N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC6/850090KH-UF-4040N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC12/16100090KH-UF-5040N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC24/322500140KH-UF-6040N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC36/483200160KH-UF-6060N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC54/724800160KH-UF-8040N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC48/645500225KH-UF-8060N/W-PP聚丙(PP)ABS/UPVC72/967500225用域:地表水、地下水、水深度理、反浸透和的前理、船舶水理。
食品中的高新技术------膜分离技术高新技术在食品工业中的应用加快了食品新资源的选育,提高了加工转化效率,加快了新品的研发,完好地保存了食品原有的色香味和营养素,对推动食品工业跨越式发展、改变落后面貌、提高产品技术含量以及增强产品在国际市场上的竞争力有着不可估量的作用。
在食品行业中应用了许多的高新技术,现主要介绍膜分离技术。
该技术是指利用天然或人工合成的具有选择性的薄膜,在常温下以膜两侧的压力差或电位差为动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化等的技术。
目前,膜分离技术主要应用于有效成分的分离、浓缩、精制和除菌以及食品的加工等。
1 膜分离技术研究情况简介膜的研究开始于1978年Abble、Nollet首创osmosis一词,用来描述水通过半透膜的渗透现象。
1960年,美国加利福尼亚大学S.Loeb和S.Sourirajan成功制得了世界上第一张高脱盐率、高通透量的可用于海水脱盐的不对称醋酸纤维素反渗透膜,开始了膜分离技术的研究;80年代末实现了工业化;到90年代,中压、低压和超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场,使反渗透技术的发展有了更广阔的前景。
我国的膜技术始于20世纪70年代中空纤维和卷式反渗透元件的研究,并在80年代初步工业化。
膜分离技术在食品工业中的应用始于20世纪60年代末,首先是应用于乳品加工和啤酒的无菌过滤,随后应用于果汁生产、料质无菌超滤、酒类精制和酶制剂的提纯和浓缩方面。
由于膜分离技术所具有的优点,使其在食品工业中日益受到重视,应用前景也越来越广阔。
2 膜分离技术的特点该技术引入食品工业领域后,其特殊的优点使得它在食品行业的应用中取得了其他分离加工方式无法比拟的成绩。
2.1 由于膜具有选择性,它能选择性地透过某些物质而阻挡另外一些物质的透过,所以选择合适的膜可以有效地进行物质的分离、提纯和浓缩,其分离颗粒小至纳米级,分离系数高达三位数,因此是一个高效的分离过程。
2.2 分离过程不发生相变化。
膜材料及膜组件应用介绍摘要:MBR膜作为膜生物反应器系统中的核心部件,是工艺系统的“心脏”。
其作用是实现精密、高效的固液分离。
但是,在实际中,膜的成本高、寿命短、易受污染,成为了MBR应用的“瓶颈”。
因此需要进一步开发与研制低成本、高性能的耐污染、高通量的MBR膜。
关键词:膜分离膜组件膜材料有机膜无机膜正文:膜可定义为一定流体相中,有一均匀的一相或是由两相以上薄层凝聚物质将流体相分隔成了2部分,这一薄层物质被称为膜。
膜分离技术是近几十年来发展起来的一门新兴多学科交叉的高新技术,利用具有特殊选择透过性的有机高分子材料或无机材料,形成不同形态的膜,并在一定的驱动力作用下,将双元或者多元组分分离或浓缩。
膜材料研究进展:膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注。
最早的分离膜材料是纤维素及其衍生物,近年来,各种高性能纤维素及高分子有机聚合物膜材料的开发层出不穷,并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等无机膜材料和有机无机膜材料。
为了更好地发挥膜技术的优势,分离膜材料成为近年来研究的热点。
膜的分类:膜可以由很多种材料制备,可以是液相、固相甚至是气相的。
目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。
一根据膜断面的物理形态,可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜;二按照膜的分离原理又可分为电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤等,三按照膜结构分,可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜;为了便于工业化生产和安装,提高膜的工作效率,在单位体积内实现最大的膜面积,通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内,在一定的驱动力下,完成混合液中各组分的分离,这类装臵称为膜组件。
1 MBR 膜组件设计的一般要求:对膜提供足够的机械支撑,流道通畅,没有流动死角和静水区;能耗较低,尽量减少浓差极化,提高分离效率,减轻膜污染;尽可能高的装填密度,安装,清洗、更换方便;具有足够的机械强度、化学和热稳定性。
膜组件的选用要综合考虑其成本,装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。
2 膜组件分类工业上常用的膜组件形式有五种:板框式、螺旋卷式、圆管式、中空纤维式和毛细管式。
前两种使用平板膜,后三者使用管式膜。
圆管式膜直径>10mm; 毛细管式-0.5~10.0mm ;中空纤维式<0.5mm> 。
MBR 工艺中常用的膜组件形式有:板框式、圆管式、中空纤维式。
2.1板框式:是MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式,外形类似于普通的板框式压滤机。
优点是:制造组装简单,操作方便,易于维护、清洗、更换。
缺点是:密封较复杂,压力损失大,装填密度小。
2.2 圆管式:是由膜和膜的支撑体构成,有内压型和外压型两种运行方式。
实际中多采用内压型,即进水从管内流入,渗透液从管外流出。
膜直径在6~24mm 之间。
圆管式膜优点是:料液可以控制湍流流动,不易堵塞,易清洗,压力损失小。
缺点是:装填密度小。
2.3中空纤维式:外径一般为40 ~250 μm ,内径为25 ~42μm 。
优点是:耐压强度高,不易变形。
在MBR中,常把组件直接放入反应器中,不需耐压容器,构成浸没式膜-生物反应器。
一般为外压式膜组件。
优点是:装填密度高;造价相对较低;寿命较长,可以采用物化性能稳定,透水率低的尼龙中空纤维膜;膜耐压性能好,不需支撑材料。
缺点是:对堵塞敏感,污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响。
3 应用现状及未来MBR的快速发展促成了一批专业化的膜生物反应器制造公司的出现。
目前市场上已经商品化的MBR系统中,其中大部分为浸没式MBR。
在全球MBR膜市场上,中空纤维膜组件的供应商主要有三菱丽阳(Mitsubishi Rayon)、通用泽能(Gem Zenon)和西门予(Siemens Memcor)等;平板式膜组件的主要供应商有久保田(Kubota)、东丽(Tomy)等:管式膜组件的供应商有诺利特(Norit X.Flow)等。
这些国际品牌膜组件占据了世界MBR膜市场的绝大部分。
由于我国对MBR这方面的研究起步较晚,再加上国外对这些膜的制备工艺实行保密和技术垄断,使得目前我国还只有为数极少的几家MBR膜与膜组件生产制造企业。
其中以天津膜天(MOTI.MO)为代表,它的中空纤维帘式膜组件在国内已有应用。
但是,这些国产的MBR膜和膜组件结构形式单一,产品质量和性能与国外的相比还存在着一定差距。
另外,由于膜制造技术的不成熟和许多主要制膜原材料仍依赖进口,使得国产膜组件产品在价格上的优势也不够明显。
所以今后仍需要注重新型膜组件及其集装式模块化的开发与设计,以促进MBR的大规模应用。
四按照膜制备材料,可分为无机膜和有机膜1 高分子有机膜材料:常用的有机膜材料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。
其中PVDF膜具有较好的抗污染性和化学稳定性在MBR中受到最广泛的应用,不足之处是PVDF原材料价格相对较高。
有机膜成本相对较低,造价便宜,膜的制造工艺较为成熟,膜孔径和形式也较为多样,应用广泛,但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。
2无机膜:是固态膜的一种,是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。
无机分离膜于20世纪70年代末进人工业领域,80年代,工业用无机微滤膜和无机超滤膜得以发展。
目前在MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜,具有聚合物分离膜无法比拟的一些优点:化学稳定性好、机械强度大、抗微生物能力强、孔径分布窄、分离效率高,它可以在pH =0~14 、压力P<10MPa 、温度<350 ℃的环境中使用,其通量高、能耗相对较低,在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力. 缺点是:造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。
无机膜包括致密膜和多孔膜,其中多孔膜又包括多孔金属膜、多孔陶瓷膜和分子筛膜。
陶瓷膜按物质组成可分为氧化铝膜、氧化钛膜、氧化锆膜、氧化硅膜等,在水处理领域中使用最多的是氧化铝陶瓷膜。
无机膜按膜孔径大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜,反渗透膜等。
2.1应用现状我国膜市场与世界膜市场相比,无论开发的广度和深度都有一定差距。
不过,相比于有机膜与世界的差距,我国无机膜的发展与国外差距要小一些。
存在问题主要有,技术水平低.品种少,企业规模小,应用效益差。
陶瓷膜在水处理领域的应用,国内较多的是以现有的膜材料为基础,通过优化工艺条件充分发挥膜材料功能,以实现膜工程的高效运转,存在局限性。
应将工艺设计与材料微观结构设计相结合,实现依据应用过程的需要进行膜材料设计。
最早实现陶瓷膜商业化的Degremont公司,原来只是陶瓷膜用户,现在已根据需要在开发城市污水处理用陶瓷膜。
2.2发展前景陶瓷膜应用作为一种新型分离技术,成为国内外竞相研究开发的热点之一,在水处理领域有着良好的前景。
美国BCC统计结果显示,预计2005年全世界膜市场为70亿美元。
而有机膜约占整个膜市场的20%左右,在无机膜中,陶瓷膜的应用超过80%以上。
在我国,存在人均水资源少,水需求量大,水环境污染严重等问题.陶瓷膜技术在此问题的解决上可以发挥重要作用,所以,陶瓷膜技术在水处理领域有着巨大的市场发展空间。
2.3研究方向有关无机陶瓷膜的制备及在水处理中的应用,结合国际研究现状,归纳研究方向主要有两个方面:(1)在理论方面:膜制备与膜形成机理,膜性能与结构的关系,膜的传递机理等。
(2)在应用方面:开发新材料,增强陶瓷材料自身的韧性,改善制膜工艺,提高透过率及分离选择性;开发低成本制膜工艺。
降低膜法水处理的成本;将膜过滤技术与其它废水处理技术相将结合.减轻膜污染,充分发挥各自优势和协同作用。
3 新型膜材料3.1金属膜国外新研制的金属膜采用不对称结构,以粗金属粉末作支撑材料,以同种合金的细粉末喷涂作有效滤层(厚度小于200微米);其孔径分布集中在1-2微米之间,属微滤范围;颗粒物难以进入滤膜内部堵塞滤道而滞留在膜表面,形成表面过滤。
与传统多孔烧结金属滤材相比,不对称金属膜滤通量高3-4倍,压降较小,反冲洗周期长达6-8个月,且反冲效果较好。
3.2有机无机混合膜制造有机无机混合膜,使之兼具有机膜及无机膜的长处。
无机矿物颗粒(如二氧化锆)掺入有机多孔聚合物(如聚丙烯腈)网状结构中形成的有机无机矿物膜,具有机膜的柔韧性及无机膜的抗压性能、表面特性,可显著提高表面孔隙率及通量。
填料类型、粒径、比表面积对膜性能均有影响。
3.3新型有机膜大连理工大学研究开发出一种新型含二氮杂萘铜结构类双酚单体,该单体具有芳环杂非共平面扭曲结构,由其合成的含二氮杂萘铜结构的聚芳醚铜和聚芳醚砜具有耐高温、可溶解的综合性能。
4 膜材料结论相对而言,当前MBR膜材料的种类还相当缺乏,这种状况也造成了膜性能低劣,但膜价格又居高不下的局面。
如何开发新型膜材料,提高膜的各项性能,拓宽膜的应用领域,成为众多膜技术专家们亟待解决的问题。
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