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超滤系统培训手册美国科氏滤膜系统有限公司KOCHMEMBRANESYSTEMSINC.1目录页码1．0总则31．1目的31．2工作范围32．0水处理用超滤术语43．0操作原理63．1超滤膜的过滤原理63．2超滤膜污染及控制83．3影响超滤膜性能的因素83．4超滤运行模式83．5超滤清洗程序103．6超滤系统回收率114．0Targa®－10膜组件参数125．0Targa®－10膜组件操作条件136．0膜组件化学清洗146．1膜件清洗药剂146．2膜件清洗步骤147．0膜组件储存条件168．0启动前检查清单179．0初次启动准备189．1安全措施189．2管道冲洗189．3初次清洗189．4膜件安装1810．0中空纤维超滤系统描述2010．1超滤系统常规配置2010．2系统状态2011．0中空纤维超滤系统操作2611．1生产模式126211．2生产模式22711．3反洗模式2711．4清洗模式2811．5漂洗模式3011．6完整性检测模式3012．0故障排除3213．0其他34附录1中空纤维超滤膜件修补程序35附录2系统组成4031.0总则1.1目的本培训资料主要提供有关KochMembraneSystemsInc.（简称KMS）中空纤维超滤系统的操作原理和基本操作规程。1.2工作范围本资料所涵盖的系统范围请参考科氏公司的P&ID图纸KMSCN-HF40-SP-01／02／03。本系统为科氏滤膜系统公司推荐的适用于大多数水源水质的超滤处理系统，该系统主要包括以下主要部分：•超滤预处理装置；•超滤装置：2套，其中每套装置包含40支10”×72”膜元件（10”直径，72”长度，35mil内径）•CIP（就地清洗）装置：1套•反洗装置：1套42.0水处理用超滤术语不对称膜AnisotropicMembrane一种人工合成聚合中空纤维，由一层致密而很薄的内膜及自我支撑的不对称海绵状外层结构构成。这层内膜起着半透水超滤膜的作用。平均透膜压差AverageTrans-membranePressure（TMP）产水侧和原水进出口压力平均值的差异，平均透膜压差＝（P进＋P出）/2－P产水反洗Back-flush/Back-Wash从中空纤维外侧把透过液质量的水输向内侧。因为水被从反方向透过纤维,从而松解并冲走了膜表面的污物。注意：在此过程中纤维膜内侧无压力。胶体污染ColloidalFouling在中空纤维内侧膜表面形成的胶体沉淀层。浓缩或排放液ConcentrateorReject原水中不能透过膜的那部分，它包含了比原水浓度高的颗粒，胶体，细菌和热原体等杂质。浓差极化ConcentrationPolarization原水中的悬浮物在膜表面聚集的现象。纤维内的高剪力（高流速）能降低极化。错流CrossFlow浓水沿平行于有效膜面方向流动，有助于冲刷掉膜表面的污染物碎片。化学加强反洗ChemicalEnhancedBackwash在反洗水中加入化学药剂（酸、碱、次氯酸钠等）进行反洗，通常伴随有浸泡。压力差DifferentialPressure纤维膜件进出口压力差。压力差DP＝P进-P出下向流DownwardFlow超滤膜组件的循环流向按照自组件顶部向底部的方向流动。快冲Fast-Flush给水从中空纤维内部快速通过，带走反洗松动的的杂质；快冲过程一般在每次反洗过后执行。原水FeedWater进入超滤系统的水，然后分为产水及浓缩液。5通量（透水率）Flux产水透过膜的流率，通常表达为每天每平方英尺膜面积产多少加仑的水（gfd），gfd=lmhx0.59正流ForwardFlow排放液的循环流动方向，对垂直安装的膜件常指向上运动。凝胶层GelLayer在运行的超滤膜有效内侧表面形成的一层高浓度或固体沉淀物层，通常为高分子物质。往往是凝胶层的渗透性而不是过滤膜的渗透性决定了超滤水通量（这会导致与实际滤膜的截留分子量相比更紧密的过滤效果）。截流分子量MolecularWeightCutoff膜的一种特性，描述对一种已知进料体系中溶质的公称截留率，即被截留污染物的最小尺寸。公称截留NominalCutOff在一已知溶质的单一溶液体系中，对溶质截留率达到最大（通常为90%）时对应的膜孔径大小。透过液，产水Permeate透过滤膜的那部分水，基本上无胶体，颗粒和微生物。回收率Recovery产水占总原水的百分比。%回收率＝产水/原水×100滞留物Retentate也称为浓缩液。进水中无法通过滤膜的部分，包括有浓度高于其进水中含量的被截留固体物。滞留物排放RetentateBleed滞留物中自超滤单元排放掉的或再循环的部分。此排放过程防止被截留固体物在膜过滤侧发生积累。交错流ReversalFlow液体交错进入膜件内。水从上进液管进入膜件内，过一段时间后改成从下进入，这样交错变化以改进膜内流动条件上向流UpwardFlow超滤膜组件的循环流向按照自组件底部向顶部的方向流动。63.0操作原理3.1、超滤膜的过滤原理超滤膜通常由表面一层非常薄而致密的皮层和该皮层底下多孔的不对称支撑层构成。致密皮层为功能层，起到过滤和截留污染物的作用。正是这层机械屏障有效地防止了大分子物质和微生物通过滤膜。这些被滤膜系统保留和阻挡下来的物质在浓水排放、反冲洗或清洗中脱离开系统。图3.1按颗粒大小分离超滤是一种流体在膜表面的切向流动，其利用较低的压力驱动并按溶质的分子量大小来分离和过滤，是一种物理分离过程，不发生任何相变。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米范围内（MWCO约为1,000-500,000）。溶解物质和比膜孔径小的物质将作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水，离子，和小分子量物质，而胶体物质，大分子物质，颗粒，细菌，病毒和原生动物等将被膜截留，通过浓水排放、反冲洗和化学清洗而去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。科氏滤膜利用错流过滤原理，其有助于在过滤原水时清洁滤膜表面。进水沿滤膜表面水平方向流动，而不是沿滤膜垂直方向流向滤膜。流过膜表面的水流速度产生一个清扫作用，移动并带走滤膜表面的碎片污物。8-17压力排水错流过滤细菌7截留率：0%部分100%水、盐类溶解固体小分子BOD、COD不对称膜产水压力驱动,P进水流向,Q悬浮固体胶体金属沉淀物大分子物质进水或浓水通量,J截留率：0%部分100%水、盐类溶解固体小分子BOD、COD不对称膜产水压力驱动,P进水流向,Q悬浮固体胶体金属沉淀物大分子物质进水或浓水通量,J科氏公司超滤膜件是将中空纤维膜丝组装在膜壳内，然后两端进行封装。原水沿膜纤维内部流入，与滤膜表面呈平行向流动。原水能够流经每一根中空纤维，从组件一端流到另一端，不会与过滤后的水接触。过滤后的水或称透过液出口是一支多孔的中心管。透过液自中空纤维丝流出汇集到这一中心管中，然后经膜件两端分别流出，如下图所示。PermeateOutRetentateOutFeedWaterInPermeateOut透过液出浓水出原水进透过液出83.2、超滤膜的污染及控制经过一段时间的运行之后，伴随着污染物在膜表面的截留和堆积，膜的通量会下降，或运行压力会升高。根据国际纯粹和应用化学协会（IUPAC，InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）的定义，由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜的表面、孔隙和孔隙内壁从而造成膜通量降低的过程称为膜污染。根据该定义，膜污染可划分为如下过程：膜表面滤饼层的压实和形成、浓差极化、膜孔的堵塞、膜孔内壁的吸附。超滤膜的污染控制方法可以从膜材料的改性、膜组件的设计以及操作方式上进行考虑。对膜材料进行改性，使其具有更高的亲水性和耐污染性。膜组件设计要尽量减少容易藏污纳垢的过滤死点和连接点，如在水处理中采用中空纤维超滤膜件。操作方式上可以选择错流、反洗、气水反洗、正洗（快冲）、化学反洗以及化学清洗等措施来稳定和恢复膜的通量。3.3、影响超滤膜性能的因素透膜压力，颗粒浓度，流速，粘度，工厂操作，温度，前处理条件，温料液污染特征及生物活性3.4、超滤运行模式(OperationMode)中空纤维超滤膜可按照死端或全流过滤（Dead-end）、单通错流过滤（Single-pass）和循环错流过滤（Recirculation）三种运行模式操作。原水产水死端过滤模式（Dead-end）适于更低固悬物含量和污染物含量进水通常对前处理要求高水通量较低工艺流程简单工艺灵活性差，不适用于进水变化大的情况，清洗方式受限运行能耗低膜表面易污染，清洗间隔时间短9原水浓水1-8％产水原水浓水1-8％产水原水浓水产水原水浓水产水产水死端／全流过滤（Dead-end）：当超滤进水悬浮物、浊度和COD值低，如洁净的地下水、山泉水等水质，或超滤前处理较严格，如有砂滤器、多介质过滤器等过滤，超滤可按照全流/死端过滤模式操作。此过滤模式与传统过滤相仿，原水进入超滤膜件，100%经过超滤膜过滤后自透过液侧产出。被超滤膜截流的大分子颗粒物、胶体等杂质在超滤定时反冲洗、快冲和化学清洗过程中排出。单通错流过滤（SinglePass）：一般上当原水中悬浮物和胶体含量较低时可按单通错流过滤模式来操作。原水以较低的错流流速进入膜件，浓水以一定比例从膜件另一头排出。产水在膜件透过液侧产出，运行回收率通常是92－99％，这由原水中微粒的浓度来决定。循环错流过滤（Recirculation）：当原水中悬浮物含量较高及在大多数废水应用领域，就需要通过减少回收率来保持纤维内部较高的错流流速。这样会造成大量的浓水排放。为了避免浪费，排出的浓水就会被重新加压后回到膜件内，这就称为循环模式。循环模式虽会降低膜件的回收率但整个系统的回收率仍旧可以很高。在循环流程模式，进水连续不断地在膜表面循环。循环水的高流速阻止了微粒在膜表面的堆积，并增强了膜的通量。在相同的产水率下，此过滤模式的能耗会比死端过滤循环错流过滤模式（Recirculation）单通错流过滤模式（SinglePass）适于低固悬物及污染物含量进水运行能耗低水通量高工艺灵活性强，悬浮物承受能力较大适于高固悬物含量、高污染物含量进水运行能耗较高更高水通量（通常）10和单通错流模式要高。这三类过滤模式操作中都需要定时的反洗和定期的化学清洗。3.5、超滤清洗程序经过一段时间的运行之后，有必要对膜进行清洗。清洗通常包括反洗、快冲、加药浸泡反洗及化学清洗，外压式超滤还有压缩空气清洗。这些步骤的组合需由应用情况的不同来决定。在预处理的应用上往往有最大的不确定性，超滤系统清洗的频率和方式也将由其应用的场合和前处理条件等共同决定。人们通常误以为所有使用的超滤系统的状况相同，这是不对的。（1）反洗程序这是中空纤维超滤所特有的非常有效防止污染的手段。其他型式的膜在反洗时会脱层或分解。在此程序中加压的透过液从产水侧透过膜丝而进入原水侧的进/出口，水流方向与生产时相反，故称为反洗。上下原水口可交错排液。超滤产水水质的水可用于反洗。由于由反洗水带进的悬浮物将会聚集在支撑结构内而随后再不断释放出颗粒，细菌及TOC等，故原水不适合作反洗水。（2）快冲程序快冲的主要目的是把反冲洗下来的大量污染物冲出膜件和系统，所以快冲程序一般伴随着反洗程序。快冲过程中，产水口是关闭的，因此对一半的滤膜会同时有反洗的效果，这是由进出口压差造成。交错方向的快冲会使清洗更为有效。（3）加药浸泡反洗（或称化学加强反洗）程序根据原水水质以及污染情况的不同，可能要考虑加药浸泡反洗。浸泡的频率可以从一天数次到一周一次左右。反洗通量开始时较高，以松动污染物；加药浸泡时通量减半增加药剂反应的时间。针对微生物活性较强的水可采用加氯浸泡反洗；有机物含量较高的水可采用加碱或表面活性剂浸泡反洗；而对于硬度较高的水可采用加酸浸泡反洗，也可采用多种药剂浸泡。（4）化学循环清洗程序当通过反洗、快冲以及加药浸泡反洗不能恢复膜的通量时（通常表现为膜通量降低到一定程度以及跨膜压差TMP升高到一定程度