膜过滤应用手册实践技巧和提示

[转自;中国给排水设计师网]
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这是膜过滤应用手册第二版。为了提高这本手册的应用价值，新增了预处理、自动控制和泵的描述。
这本手册是在膜过滤领域许多年实践的产物，它也是一个信息的综合。目的是提供一些常见问题的信息，为初步介入膜过滤领域的新人提供一些帮助，回答一些问题。这本书对已从事膜设备设计及建设的工程师 和在已建工厂工作的工程师都能提供许多有用的信息。同时对膜系统的设计和操作的学习也有较大的帮助。
本书提供的信息相对于理论计算和思索，更多的是实践经验。因此，它并不是技术学院里的一本传统的教科书。虽然书中没有太多的数学计算，但它对于工业和学术应用都是非常有用的，因为它含有膜过滤领域许多“老到”的经验，即使对于业内行家而言，它也并不是一本出版物而已。
这本手册并不使用于那些纯粹的初学者，因为书中对膜和膜技术的描述比较具体，而简略了一些基础的膜和化学知识。
本书中大多数的实例是基于平板膜（DDS板框系统）和卷式膜组件(DESAL)。卷式膜组件占了世界大多数的销售市场份额，而纤维膜系统、陶瓷膜系统和管式膜系统分享的市场份额则相当小。由于他们在领域的地位，在2000年以前纤维膜系统、陶瓷膜系统和管式膜系统想成为市场主导的机会极小。因此在本书关于他们的信息比较少。

专业名词解释及约定
表1、专业名词解释及约定
ATD 反套装置，可以防止卷式膜由于液体流动的张力而压缩。
CA 醋酸纤维素，一般有二价或三价醋酸。
CIP 清洗装置。在不拆除的情况下清洗系统。
Concentrate(浓水) 流经系统但不通过膜的液体的体积。可解释为进水不透过部分，也可称为盐水、废弃物或在渗析过程中未通过半透膜而保留下来的滞留物。
Feed(进水) 进入膜系统的液体的体积。
Flow(流量) 一般指流经膜表面的液体的体积。
Lph 升/小时
Gpm 加仑/分钟
Gpd 加仑/天
Flux,water(水通量) 在特定条件的水的通量。在反渗透系统中水通量有特定的意义，而在其它的膜系统中，它只用来指示膜是干净的，运行良好。
Flux(通量) 每单位面积、时间渗透的体积。
Lmh 升/（平方米.小时）：lmh=gfd*1,7 (基于US加仑)
gfd 加仑/（平方英尺.天）：gfd=lmh/1.7 (基于US加仑)
Gallon(加仑) 1美国加仑=3.785升
1英国加仑=4.546升
HF 超过滤;反渗透(RO)的另一名称.
HMWC 大分子组分,如蛋白分子.
Housing(膜壳) 安装卷式膜组件或其它类型膜膜元的膜过滤设备，也指压力容器
IC 内部接头，用于连接两个卷式膜组件。
Langelier index(见SDSI.) 如果指标是正值，则可能指CaCO3比例。
如果指标是负值，则不可能指CaCO3比例。
MWCO（切割值） 分子量切割被称为道尔顿值，意味着超过MWCO的90%的分子量将被截留。对于反渗透，MWCO有一个清楚的定义，但随着其值越高，它的含义和值越含糊。它和测试的膜的类型有关部门，对微滤则没有意义。
PAN 聚丙烯腈
Permeate(透过液) 透过膜的液体的体积（也可称滤液）
ppm 每百万分子一。严格的讲，为每1000毫克溶液的毫克溶质。
与mg/l相当。
Pressure,average(平均压力) 平均压力，（P进水+P浓水）/2
Pressure,average(平均压力) NDP 平均净驱动压力是驱动液体通过膜的可用压力。
（P进水+P浓水）/2—P透过液—（H浓水—H透过液）
Pressure drop(压降) 膜系统、膜壳（压力容器）或膜组件进出口的压力损失
进水压力 进水泵的压力(标准说法)或在循环系统中进口至膜室的压力
渗透压 事实上是理论值。渗透压是盐含量和其它小分子量溶质的函数。理论上大分子量组分不产生渗透压，但实际现象却象渗透压。电解液和小分子组分的渗透压可以比较精确地计算，但大分子量组分的“渗透压”只能根据经验来定。渗透压一般写成PI或П，П=I*n*R*T
压力单位 PSI(磅/平方英寸)：14.5PSI=1bar
Bar: 1bar=0.1mPa=100kPa
PS(PSO) 聚砜(聚醚砜或聚芳香醚砜)
PVDF 聚偏二氟乙烯
Rentate(滞留物) 浓液的另一种名称
SDSI索引 Stiff和David饱和度索引。同Langelier索引，但用于高盐度水。见Langelier索引
TFC,TFM 复合薄膜的缩写
THM 三卤甲烷。未说明其化学特性的一些化学组分，同卤素反应如氯生成有机基质，如腐殖酸。它们被认为是致癌物质。
TMP 传导膜压。见平均压力
TS
TDS 总固体；溶解性和悬浮固体的总和。
总溶解性固体。
以上值可表示为：mg/l，ppm或%
四种膜过程
反渗透（RO）是液体/液体分离过程中最可能使用的膜分离过程。原则上水是唯一通过膜的物质；特别是所有的溶解和悬浮的物质被截留。有时一些开放类型的RO膜和纳滤（NF）膜会产生混淆。
真正的纳滤只截留超过一价的负电荷离子，如硫酸盐、磷酸盐,而能通过单价的负离子。根据分子的大小和形状，纳滤也能截留不带电荷、 溶解性物质和正电荷离子。 纳滤对氯化纳0～50％ 的截留率主要决定于进水的浓度。而“ 宽 松 的 反 渗 透”是一种减少了盐截 留率的反渗透膜。由于盐截留率的减少可以降低压力和能耗，因此在有些项目上也是可以被接受的。
超滤(UF)是大分子量组分(HMWC)，如蛋白质、悬浮固体被截留，而所有的小分子量组分自由通过膜的过程。因此，单价和二价的糖类、盐、氨基酸、有机物、无机酸或氢氧化纳都不能通过。
微滤(MF)过程理论上只有悬浮固体被截留，而其它甚至蛋白质都可以自由通过膜。但是实际情况和理想状态有一定的差距。
下表是对以上内容的总结。
表二 四种膜过程的比较
反渗透RO 纳滤NF 超滤UF 微滤MF
膜类型 非对称膜 非对称膜 非对称膜 对称膜
非对称膜
厚度
薄膜厚度 150μm
1μm 150μm
1μm 150~250μm
1μm 10~150μm

孔径 <0,002μm <0,002μm 0,2~0,02μm 4~0,02μm
截流组分 HMWC，LMWC
氯化纳
葡萄糖
氨基酸 HMWC
单糖、多糖
和多聚糖、
多价负离子 小分子组分，
蛋白质，
多糖，病毒 颗粒，
粘土，
细菌
膜材质 醋酸纤维素(CA),
薄膜 醋酸纤维素(CA),
薄膜 陶瓷，
聚砜(PSO),
聚偏二氟乙烯(PVDF),
醋酸纤维素(CA),
薄膜 陶瓷，
聚丙烯(PP),
聚偏二氟乙烯(PVDF)

膜组件类型 管式，
卷式,
板框式 管式，
卷式,
板框式 管式，
中空纤维，
卷式,
板框式 管式，
中空纤维

操作压力bar 15~150 5~35 1~10 <2

产品和膜过程
许多产品使用膜来处理，但已销售的80％以上的膜用于水的脱盐处理。剩余的205被用于乳制品的处理，其余被用于各种液体的处理。其中某些液体属于废弃的产品，而某些则是非常贵重的只要产物。表3列出了一些典型的应用，阴影部分代表主要的产物。注意：透过液和浓水都可以是需要的产物，而可以同时成为产物。
表3 某些产物的膜过程类型
透过液 浓水
RO 染色工艺排水 洁净水 BOD，盐，化学品，废弃产品
纯水 低盐水 含盐水
乳清 低BOD透过液 乳清浓水
NF 抗生素 含盐废弃物 脱盐浓缩抗生素
染色工艺排水 澄清含盐水 BOD/COD，色素
纯水 软化水 废弃物
乳清 含盐废水 脱盐的乳清浓缩液
UF 抗生素 澄清的发酵肉汤 废弃物
生物废气 用于交换的澄清液 可循环的微生物
胶 废弃物 浓缩胶
酶 废弃物 高价值产品
牛奶 乳糖溶液 用于奶酪产品的蛋白质浓缩液
乳化油 含油水(游离油<10ppm) 高度浓缩的乳化油
洗涤废水 清水 脏水(废弃物)
纯水 清水 废弃物
乳清 乳糖溶液 乳清蛋白浓缩液
黄原胶 废弃物 浓缩黄原胶


膜的材料、结构和使用限制