膜过滤应用手册-实践技巧和提示(doc55)-经营管理(编辑修改稿)

膜过滤应用手册-实践技巧和提示(doc55)-经营管理(编辑修改稿)内容摘要：

不同膜组件之间的比较见表 11。 膜组件和组件的比较 下表是不同类型膜组件和组件性能的定性比较。 表 11 几种膜组件的比较 卷式膜 管式膜 板框式 中空促纤维系统 中空精细纤维系统 陶瓷 高价 低价 膜密度 (m2/m3) 高 低 平均 平均 很高 低 设备投资 低 高 低 高 很高 中等 很高 污染趋势 平均 低 平 均 低 很高 中等 清洗难易 易 易 易 低 不能 易 可变成本 低 高 低 平均 平均 低 高 膜的更换，见“注意 1)” 不能 可以 不能 可以 不能 不能 可以 流量要求 中等 大 中等 中等 大 小 很大 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 13 页 共 56 页 预处理 (也可见表 26) ≤ 50μ m 不含纤维 滤网 ≤ 100μ m 很少纤维 ≤ 100μ m 很少纤维 ≤ 5μ m 严格预处理 滤网 注意： 1)膜系统只能按一种方式设计，膜的更换意味着整个硬件的更换。 但管式和板式膜换膜时可以仅换膜，其余系统不变。  卷式膜组件 膜壳设计 在市场上有许多不同的膜 壳设计，可以根据材料 (不锈钢和高分子 )或功能(侧面端口进出或通过端盖进出 )进行分类。 高分子膜壳一般都由加固的聚酯玻璃钢制成。 这种设计已有 30 多年并工作良好。 但也并不是毫无问题。 它们在地面水和海水的脱盐处理中运用良好，但对其余的产品却有些问题。 多数高分子膜壳使用一个拉紧环来稳固端盖。 不锈钢膜壳早先专用于乳制品行业。 如今它们的应用已越发广泛了。 结构上以侧端口作为标准。 一些不锈钢膜壳的结构和玻璃钢膜壳相同，这样会造成其端盖的难以移开。 不锈钢膜壳的内部需电镀磨光。 否则几乎不可能将组件推进推出。 玻璃钢膜壳只有三 种标准直径： 英寸、 4 英寸和 8 英寸。 不锈钢膜壳则有一个非常宽泛的标准范围，且无标准直径。 不幸地是在欧洲，使用的大多数不锈钢膜壳运用的都是美国英寸度量标准，且标准的乳制品尺寸较常见，但 英寸、 4英寸和 8英寸直径的膜壳却较难找到。 表 12 是以上内容的总结。 表 12 玻璃钢和不锈钢膜壳的比较 玻璃纤维 不锈钢 压力 200bar 极少超过 80bar 温度 50℃ 100℃ 侧端进入 困难 /很少 简单 /标准 端盖进入 标准 非标 /难用 卫生级 非 是 (可能 ) 价格 100％ 150～ 200％ ″， ″， ″ 纯水标准 很少 ″， ″， ″ 不适用 乳制品标准 ″ 军用标准 不使用 ″， ″ 不适用 KOCH 乳制品标准 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 14 页 共 56 页 图 1 侧端进出口的不锈钢膜壳有两种： 4口型，使用这种膜壳可以作为无外部产品副件的模块，且另一种类型则使用内部副件的排列。 (见图 1)使用者可以自己确定使用哪种类型，但事实上大多数的系统都建成外部副件型。 侧端进入型的主要优点是在卫生级系统中允许高流量。 但在水脱盐中很少使用。 卷式膜组件的尺寸在当今是非常关键的。 外 径、组件长度和中心管的内径都没有标准化。 因此更换组件使供货商变得非常困难，也给模块制造商带来许多麻烦。 每个膜壳内的组件数量－压降 为了确定每个膜壳内的组件数量，必须考虑以下几点：  首先确定使用的是 RO/NF 还是 UF/MF；  然后审查整个处理过程；  第三，确定每个膜组件能耐受的压降值。 以下两点应更值得注意：  传导膜压 (TMP)(膜壳进口和出口之间的压力变化 )；  通过每个膜壳的压降。 传导膜压代表了一个膜壳进口和出口之间的压力改变值。 压力的降低是负荷通过膜组件的结果。 具体例子见表 13。 我们很容易理解的是， 如果进水压力是 10bar，则进出口之间的压力变化很小，并可忽略不计。 但如果进水压力只有 1～ 5bar，那就完全不同了。 因此，在一个膜壳中所有的组件最好有相同的传导压力。 而在低压操作中，组件的最大数量将减少。 下表将作出相应说明 表 13 卷式膜组件的压降举例 例如：一个膜壳中有 4个组件，每个组件的压降是 ，相当于每个膜壳的压降为。 进口压力， bar 出口压力， bar 平均传导压力， bar 4， 0 1， 2 2， 6 16， 0 13， 2 14， 6 表 14 每个 40″组件的压降 (bar) 组件类型 Mil 尺寸 最大运行压力，bar 一般压力， bar 最终用户使用压力， bar 标准纯水 30 ″ ～ 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 15 页 共 56 页 ″ ″ 乳制品 30 ″ ″ ″ ″ ～ ～ ～ ～ 特殊场合 47 90 90 4″ 4″ 6″ 1,2 1,2 1,0 1,0 1,2 1,0 0,5～ 1,0 0,5～ 2,0 0,5～ 1,2 表 15 每个膜壳内的组件数量 RO NF UF MF 纯水： 一般 范围 6 1～ 8 6 1～ 6 3 1～ 4 2 1～ 2 液体分离： 一般 范围 4 1～ 4 4 1～ 4 3 1～ 3 2 1～ 2 膜和系统的局限性 温度 膜的一般简介 以醋酸纤维作材料的膜有其本身的温度限制，其上限操作温度大约在 35℃。 PSO、 PVDF 和 PAN 材料能耐较高的温度。 PSO 和 PVDF 膜据称可在 95℃下操作而没问题。 PSO 的操作温度更可达 120℃。 一般来说复合膜的操作温度至少可达 80℃，在低压情况下，它们可经受更高的温度，如热消毒时。 膜系统的耐温能力大多数情况下并不仅受膜本身的温度限制而限制，而更主要受膜的构型和膜系统中的其它组件的限制。  卷式膜组件 一般卷式膜组件的温度上限为 45℃。 这个限制对用于水脱盐的标准组件是有效的，但目前市场上已有能耐更高温度的卷式膜组件。 虽然在水脱盐中 45℃并不是一个最高温度限制，但对于食品和分离行业的个案却有问题。 经过了许多试样和失败后，一些公司已经成功地研制出了耐温稳定的膜组件。 多年来用于乳制品行业的组件已可以在比供货商原先说明的更高的温度 (和压 降 )下操作了。 如今，在乳制品行业标准组件的真正温度限制是 55℃，在正常操作中很少会在这个 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 16 页 共 56 页 温度下操作。 一种新型的具有标准的 30mil 菱形流道的组件可以耐受更高的温度。 这种组件的销售名称为 Duratherm174。 这些组件可以在 70℃下持续操作，短时期可加温到 90℃，而同时可保持正常的膜使用寿命。 但必须注意通量，并保持低于 35lmh，这样可以确保操作压力保持低压。 关于标准进水流道的使用，这种类型的组件只用于纯水操作。 有较宽进水流道的组件可以在进水含较高溶解性固体的情况下操作。 标准膜组件使用50mil 的流道，但较 宽的流道可达 90mil，可以处理较难处理的液体。 用这种类型的膜，这些组件可以持续操作在 90℃温度下。 来自 DESALTM 公司的此种类型的膜其销售名称为DURATHERM174。 EXCEL。 好的温度稳定性可以确保这些组件彻底灭菌，或者它们可以持续操作在理论上微生物不会有任何生长的温度下。 胶的超滤中的膜可以喜爱 80～ 90℃下操作多年。 最近一个个案表明除硅石的蒸发器冷凝物的 RO 处理其操作温度接近 90℃。 记录表明： DESALTM膜组件已经在工业领域起主导地位，可以在 140℃无水操作。 这可能已经非常接近高分子膜的极限。 表 16 卷式膜已经的温度限制 持续最大温度，℃ 短时间最大温度，℃ 标准纯水组件 最大温度，℃ (最大压力， bar) 45 (42) 50 (42) 4″， 6″乳制品组件 最大温度，℃ (最大压力， bar) 50 (42) 55 (42) DESALTM组件，特殊流道 最大温度，℃ (最大压力， bar) 45 (42) 80 (5) Duratherm174。 组件 最大温度，℃ 70 90 Duratherm174。 EXCEL组件 最大温度，℃ 80 90 请仔细阅读供货商提供的有关膜组件的说明书 ， 关注如 pH、通量和压力等方面的限制。 高温操作一个正面的影响是：高温可以增加通量 (见优化压力和温度一节 )。 90℃下操作可以在相同压力下将通量从 100％提高到 300％。 但更好的方法是将压力 (NDP)减少到三分之一，这样可以减少电耗。 高温一般被认为问题比较多。 但作者也经常发现：即使在高温下比常温必须对一些细节予以更多的关注和重视，但高温膜操作还是有许多优点。 我们应注意主要的原则：温度越高，必须越关注其组件和膜的物理特性。 －过大的传导膜压力将使膜变得非常平 (压紧 )，导致不可挽回的通量的下降。 －过大的压降将导致膜和 /或构件的高分子材料移动，有时破裂，最终导致膜的彻底损坏。 除了卷式膜外的其它系统。  纤维系统一般可耐温达 80℃；  无支撑磨管的低价管式膜系统一般注明最大操作温度为 35℃； 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 17 页 共 56 页  有支撑的高价管式膜系统，如一 个不锈钢的支撑排列可以耐温超过 80℃；  中空精细纤维系统温度限制 50℃；  板框式系统，根据实际设计，操作温度可 80℃，但一些较陈旧的系统在高温操作时压力稳定性有些问题。 压力 所有的膜对压力都是敏感的。 “压紧” (paction)一词常用于描述由于压力而导致膜的不可反转的“变平”。 除了膜本身受到的危害外，其至关重要的是要有适当的支撑，防止压力将膜挤压入支撑材料。 因此仔细地阅读和遵守供货商的说明书是非常重要的。 通常这类说明书不仅基于理论计算而且得之于实践经验，因此我们何必去重复别人的失败经历呢。 表 17 典型的压力限制， bar 标 准 特 殊 管式膜，有支撑 42 70 管式膜，无支撑 7 － 管式膜系统 42 70， 120 板框式系统 40 200 粗纤维系统 25 － 精细纤维系统 70 200 “压紧”是由于压力和温度引起的。 (见表 18) 表 18 避免压紧的指导方针 (不适用于 CA 膜 ) 压 力 20bar 压紧最小 温 度 15℃ 压紧最小 15～ 50℃ 限制压力最大 30bar 50℃ 可能引起严重压紧 80℃ 保持压力低于 5bar， 有些不可避免的压紧 关于膜的最大允许温度和压力没有固定的准则。 表 18 内的指导方针除了 CA膜外适用于所有的膜。 表 18A 提供了一些用 Wagner 单位换算的关于温度 /压力关系的一般原则。 注意：温度比压力更危险。 因此，当操作接近上限温度时，建议尽可能限制压力。 中国最大的管理资料下载中心 (收集 \整理 . 部分版权归原作者 所有 ) 第 18 页 共 56 页 表 18A 避免或使压紧最小化的指导方针 压力 (bar)╳温度 (℃ )＝ Wagner 单位 1200 安全操作，标准组件 1200～ 2020 较困难，特殊组件设计 2020 很困难，不太可能实现，非常特殊的组件设计 pH 除了 CA 膜外大多数的膜对 极端 pH 有较好的耐受力。 一般对许多膜主要的限制是因为使用了聚酯衬背，经实践应用其 pH 上限为。 在很高的 pH 值下许多膜的性能将发生改变，但还可以用。 多数膜在低 pH 值下比较稳定。 表 19 不同膜材料的 pH 限制 pH 下限 PH 上限 PSO *) 1 14。