认识膜与运用讲解.docx
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认识膜与运用讲解
认识分离膜及其运用
膜分离技术——国际产业界公认为是21世纪的重大产业技术之一。
膜技术是在近30年来发展起来的一项高新技术，已在能源、电子、化工、医药、食品、汽车、家电、市政、环保等领域发挥着其独特的重要作用。
经过50多年的发展，我国膜工业逐渐走向成熟。
我国在超滤、微滤和反渗透膜等领域有了一定的突破，其中反渗透膜自主生产过去一直是个空白，现在已有企业实现了产品的出口。
微滤膜与超滤膜技术已趋近世界水平。
除此之外，气相膜和无机膜技术也有较大提升。
1.超滤膜和微滤膜（UF、MF）
超滤和微滤（UF、MF）是重要的膜过程，中国自上个世纪七十年代开始UF膜和膜过程的研究与开发，目前制造厂商多达一百多家，是膜产业中企业多、产品种类最多，产量最大的领域。
我国超滤技术最初开发的CA管式膜组件首先用于电泳漆行业，后应用于酶制剂的浓缩。
80年代初，聚砜（PS）中空纤维超滤组件研究成功，80年代中期卷式超滤组件研制成功，90年代初聚丙烯中空超滤组件研制成功，目前在水处理行业中，聚砜和聚丙烯中空纤维式组件应用最多。
2.超滤和微滤膜的应用
据不完全统计，UF、MF的应用实施例多达1,500余种。
在国外主要应用于饮用水处理，在我国主要用于纯净水制备和市政及工业领域的污水深度处理，生产再生回用水。
UF、MF作为反渗透的前处理已被认同。
UF/RO、MF/RO组合的双膜法技术，在工业水处理特别是在电力、钢铁、化工、汽车等行业中应用较多。
UF（MF）/RO双膜法工艺，膜生物反应器技术等将得到迅速发展。
无机膜，特别是陶瓷膜、金属膜因其耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱，也将得到发展。
2.1饮用水与地表水处理
由于对饮用水的质量要求越来越严格，水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。
为了做到这一点，常规的方法是进行昂贵、频繁的水质检验，或者设置防止细菌和病毒进入的屏障。
采用UF系统，可以非常方便的建成这样的屏障。
自来水灌装
图1RO-DI-MF工艺流程图
自来水灌装
图2ED-DI-UF工艺流程图
2.2海水淡化的预处理
从十九世纪60年代，膜技术被用于解决缺水国家的饮水问题。
但是，许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。
主要因为反渗透系统的传统预处理方法无法提供可靠的入水水质。
因此绝大多数淡化工厂，在远远低于其设计出水量的情况下工作，甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的30％。
小型淡化装置的研究非常清楚的表明，超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质，为反渗透系统提供高质量的入水。
长期试验也表明，超滤系统的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。
这些测试在超滤系统前不必用任何预处理，并且适用各种海水水质。
2.3污水再生利用
城市污水处理厂二级处理出水，在经过常规深度处理工艺后是可以满足相关再生水的水质标准。
经过污水处理厂二级处理的出水经常规方法很难进行再生利用，只有对污水处理厂出水采用深度脱盐处理，才能使处理后的水质满足未来再生水用户的水质要求。
从2000年4月到8月进行了科研，确定了以微滤为预处理，反渗透为脱盐处理的工艺方案。
2000年12月～2001年11月开展了污水再生利用的中间试验，其试验工艺流程如下：
抑菌剂一般用途再生水
二级生高品质
化出水再生水
浓水
阻垢剂
至污水厂进水口至污水厂排放口
图3污水再生利用试验工艺流程图
经过RO系统处理后的出水几乎是无色无味，对于色度、CODCr以及总磷、总氮和氨氮等指标，也都在分析方法的最低检出线以下。
对溶解性固体、氯化物、总硬度和电导率，RO系统也表现出优良的去除能力，平均去除率分别达到了96.8%、94.8%、96.8%和95.0%。
经过小试和中试后，开始示范工程——天津开发区新水源一厂工程设计，工程的工艺流程如下：
加氯空气
一般用
污水厂出水再生水
清洗清洗
阻垢消毒
高品质再生水
图4污水再生利用工程流程图
概括来看，通常情况下，只要保证CMF系统进水中溶解性物质在适当范围内，经过CMF系统处理后的再生水就能够满足一般传统目的的污水再生利用要求。
RO进出水水质
①RO进水水质分析
RO进水水质即CMF出水水质。
新水源一厂运行期间，CMF出水月平均值：
电导率4517～11553us/cm；氯化物1340～3470mg/L,（CMF进水）含盐量2860～6885mg/L。
运行期间，上述指标略高于设计指标。
同时也再次证明天津开发区污水水质指标与其它城市污水处理厂水质明显不同，这种污水不经深度脱盐处理，基本不能实现再用目标。
②RO系统处理效果评价
从试验结果可以看出，经过RO系统处理后的出水几乎无色无味，对于CMF系统只能部分去除的色度等指标，也在分析方法的最低检出线以下；对CMF系统不能有效去除的总溶解性固体、氯化物和电导率，RO系统也表现出优异的去除能力，月平均去除率分别达到了93.9～98.6%、97.5～99.3%和97.9～98.7%。
出水色度全部为零，嗅味全部为无。
结论
①工程围绕着“双膜法”污水脱盐深度处理工艺的研究，实现了大规模工程化技术集成及国产化，以再生水推广使用的市场化原则，在成本优化、政策配套、水质标准及运行管理模式等方面进行的研究，形成一套完整的城市污水再生利用与运行管理技术体系，具有显著的综合示范作用。
②“双膜法”，即连续流微滤（CMF）+反渗透（RO）工艺在我国首次大规模应用于城市污水再生处理，不仅技术上达到了国际水平，经济上亦可以接受，在我国缺水城市具有广泛的推广应用前景。
对低含盐量的城市污水再生利用更具成本优势。
③“双膜法”工艺生产的再生水水质优异，可作为工业纯净水，满足从高端用户到低端用户的广泛用途。
④“双膜法”工艺受进水水质的影响小，其严谨的过程机理和可靠的在线监测及控制手段可提供安全、卫生、稳定的供水保障，消除了用户对再生水的误解。
⑤“双膜法”工艺中投加的化学药剂少，与传统再生水生产工艺相比，对环境的影响小。
⑥ 国产连续流微滤（CMF）设备具有与进口设备相同的处理效果，基本满足反渗透（RO）对预处理水质的要求，且设备价格低于进口设备，预计运行成本约为进口设备的70%。
⑦“双膜法”工艺系统采用模块式设计，占地省，便于增容，运行调度灵活。
与传统工艺相比，适用于再生水厂建设的灵活性，并易于工程规模与市场需求的优化配置，为工程规模的近远期结合提供了方便。
3.MBR技术在污水处理中的研究及应用
3.1一体式膜生物反应器
一体式膜生物反应器起源于日本,主要用于处理生活污水,近年来,欧洲一些国家也热衷于它的研究和应用，一体式膜生物反应器是将膜组件直接安置在生物反应器内部,又称为淹没式膜生物反应器（SMBR）,依靠重力或水泵抽吸产生的负压或真空泵作为出水动力，一体式膜生物反应器工艺由于膜组件置于生物反应器之中,减少了处理系统的占地面积,而且该工艺用抽吸泵或真空泵抽吸出水,动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器,每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10。
如果采用重力出水,则可完全节省这部分费用。
但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中,污染较快,而且清洗起来较为麻烦,需要将膜组件从反应器中取出。
3.2使用MBR工艺的效果
①对污染物的去除效率高
MBR对SS的去除率在99%以上,甚至达到100%，浊度的去除率也在90%以上,出水浊度与自来水相近。
反应器内的污泥浓度可达40～50g/L。
对生活污水COD的平均去除率在94%以上,BOD的平均去除率在96%以上。
对氨氮的去除率平均在98%以上,出水氨氮浓度低于1mg/L。
若采用A/O复合式MBR工艺,对TP的去除率可达70%以上。
②具有较大的灵活性和实用性
在城市污水或工业废水处理中,传统的处理工艺（格栅+沉砂池+初沉池+曝气池+二沉池+消毒池）流程较长,占地面积大,而出水水质又不能保证。
而MBR工艺（筛网过滤+MBR）则因流程短、占地面积小!
处理水量灵活等特点,而呈现出明显优势，MBR的出水量根据实际情况,只需增减膜组件的片数就可完成产水量调整,非常简单、方便。
MBR由于不用二沉池进行固液分离,可以轻松解决污泥膨胀问题。
这样,就大大减轻了管理操作的复杂程度。
MBR工艺非常易于实现自动控制,提高了污水处理的自动化水平。
③解决了剩余污泥处置难的问题
在MBR工艺中,污泥负荷非常低,反应器内营养物质相对缺乏,微生物处在内源呼吸区,污泥产率低,因而使得剩余污泥的产生量很少,SRT得到延长,排除的剩余污泥浓度大,可不用进行污泥浓缩,而直接进行脱水,这就大大节省了污泥处理的费用。
研究得出,在处理生活污水时,MBR最佳的排泥时间在35d左右。
由上述可知,MBR工艺所具有的优越性,是目前其他处理工艺无法比拟的，该工艺在城市污水或生活污水处理、高浓度有机废水、难降解有机废水以及中水回用等方面都具有广阔的应用前景。
4.中国的膜市场
中国膜工业协会根据近几年膜工业发展速度和经济建设的需求分析预测：
2015年，我国膜市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10～15％。
近年来，随着膜分离技术研究的不断深入与应用市场的不断扩大，膜分离技术已成为水处理行业的一支重要力量。
4.1超滤膜市场存在的问题
第一类：
掌握一种或若干种材料的成熟制膜工艺，产品质量有保障，定位于中大型工程用户，价格低于国外品牌却远高于国内其他品牌。
营销成本高，未实现规模化生产，销量有限。
第二类：
起步较早的技术型企业，现有生产工艺在早期研究机构的成果上应用，相对成熟，但产品质量控制不到位，管理不善，市场营销意识淡薄。
主要以自己做工程为主要的利润来源，无法实现批量化生产和内部科学管理降低成本。
第三类：
内地的不知名的膜厂，生产技术粗糙，产品质量差。
主要以价格满足低端需求，不具备产品及市场竞争力。
综合上述，目前国内市场大型政府工程的超滤膜主要是国外的品牌占据主要的市场分额，价格高、质量有保障、有一定的品牌效应。
从中国各膜厂目前占有的市场份额来分析，超滤膜行业没有领导的品牌，只有几家在特定的应用领域质量有保障的膜厂，有一定的品牌效应，行业内并未出现在产品线、质量、整体营销上具备绝对优势的品牌，国内超滤膜市场仍处于无领导品牌阶段。
4.2超滤膜市场发展的前景
（1）耐高温的合成聚合物膜和无机超滤膜的开发和研制，这类膜的主要优点是可用于高压蒸汽消毒，对生物工程及医药工业来说是极为重要的。
（2）耐污染超滤膜的研制，膜污染是超滤应用中经常遇到的难题，若对不同应用对象，选择不同耐污染的膜，无疑可大大延长膜的使用寿命，增大处理能力，减少清洗时间和次数，从而可节省投资和运行费用，这对超滤技术的扩大应用具有十分重要意义。
总之，随着人们越来越关注人居环境和饮水安全，可以预测超滤技术将在中国未来市政水处理及饮用水处理市场得到大规模应用。
5.国内主要膜厂家及产品
5.1国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心
杭州水中心概况
国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心是中国最早从事膜和膜过程研究开发的单位之一。
中心是国家液体分离膜工程技术研究中心、浙江省膜技术工程研究中心的依托单位，中国海水淡化和水再利用学会和浙江省膜学会挂靠单位，是中国分离膜的科研生产基地和国内外学术交流中心。
主要技术
① 电去离子技术（EDI）② 膜集成技术
A.中空纤维超滤膜
型号
膜材料
纤维内径
（mm）
切割
分子量
膜面积
（m2）
组件外径
（mm）
组件长度
（mm）
渗透产量
（L/H）
HUF-90-10
PS
0.8
10000
6
90
1140
350
HUF-125-10
PS
0.8
10000
12
125
1410
700
HUF-200-10
PS
0.8
10000
45
200
1900
3000
HUF-90-30
PS
0.8
30000
6
90
1140
1000
HUF-125-30
PS
0.8
30000
12
125
1410
2000
HUF-200-30
PS
0.8
30000
45
200
1900
6000
HUF-90-50
PS
0.8
50000
6
90
1140
1500
HUF-125-50
PS
0.8
50000
12
125
1410
3000
HUF-200-50
PS
0.8
50000
45
200
1900
9000
HUF-90-100
PS
0.8
100000
6
90
1140
2500
HUF-125-100
PS
0.8
100000
12
125
1410
5000
HUF-200-100
PS
0.8
100000
45
200
1900
12000
B.平板超滤膜
膜种类
膜材料
切割分子量
初始纯水通量
（L/m2·h·bar）
醋酸纤维素膜
CA
1000-50000
15-150
聚丙烯腈膜
PAN
6000-50000
5-500
聚砜膜
PS
5000-60000
10-500
聚偏氟乙烯膜
PVDF
50000以上
10-1500
聚醚砜
PES
5000－60000
10-500
注：
产水量在25℃，0.1MPa下
5.2立升企业
立升企业是一家集水处理科学技术研究、超滤膜及其组件、家庭净水设备制造、销售和服务为一体的高科技企业集团。
管理中心位于深圳，在海口和苏州都拥有膜研发和生产基地，是目前中国少数几个实现产业化生产的膜研制、生产企业之一。
立升超滤产品在工业用水处理、市政自来水处理、农业改水、家庭饮用水处理等众多方面得到了广泛的应用。
产品特点
最新的立升超滤组件拥有专利的PVC合金超滤膜与普通超滤膜相比，具有如下显著特点：
①膜的原材料是耐污、亲水的改性PVC;
②可以耐受200ppm连续余氯环境，适用的PH范围2-13；
③完全除菌，产品水浊度小于0.1NTU；
④交叉流设计，排除脏堵，提高寿命；
⑤产品水的SDI＜1（原水浊度小于20NTU时的测试值）
⑵产品规格型号
型号
LH3-0450-V
LH3-0650-V
LH3-1060-V
初始通量★
≥2.5m3/h
≥4.0m3/h
≥15m3/h
产水污染指数（SDI）★★
＜1
产水浊度★★★
＜0.1NTU
除直径0.2μm以上颗粒
100％
去处总大肠菌群
每100mL产水水样中未检出
去处细菌
每100mL产水水样中未检出
截留分子量（道尔顿）
80000
中空膜类型
内压式
膜的材质
合金PVC
封胶材质
环氧树脂
中空膜内外径（I.D/OD）
1.0mm/1.66mm
外壳材质
不锈钢
PVC
PVC
超滤膜丝数量
2400
3100
9100
有效膜面积
8㎡
10㎡
40㎡
进水尺寸
G3/4
VICTAULIC11/2″
VICTAULIC2″″
净水出口尺寸
G3/4
VICTAULIC11/2″
VICTAULIC2″
浓水出口尺寸
G3/4
VICTAULIC11/2″
VICTAULIC2″
组件外形尺寸
1358×φ143
1398×φ187
1713.5×φ277
注：
以上数据仅供参考。
★测试条件是25℃，0.10MPa，过滤纯水。
★★原水为浊度＜20NTU时的测量值。
★★★＜50NTU时的测量值。
5.3山东招金膜天有限责任公司
公司概况
山东招金膜天有限责任公司是在原膜天集团的基础上，与招金集团实施战略组合，通过增资扩股的方式改组成立的国有控股企业。
主要技术与产品
中空纤维超滤膜（UF）中空纤维超滤膜材质:
聚砜（PS）、改性聚砜
聚砜超滤膜组件参数
规格
公称尺寸
纤维内外径
有效长度
膜面积
测试通量
组件重量
进水压力
（MPa）
工作温度（℃）
PH耐受范围
UF1OB90
90*1000
0.2/0.4
940
25
500
6.5
≤0.3
5-45
2-13
（1-10）
UF1IB90
90*1000
1.0/1.5
940
7
800
5.5
UF1IA108
108*1100
1.0/1.5
1020
12
1100
11.5
UF1IB125
125*1092
1.0/1.5
1010
15
1600
12.5
UF1IB160
160*1100
1.0/1.5
1020
30
3000
22.5
UF1IA200
200*1650
1.0/1.5
1540
55
6000
50.0
UF1IA225
225*1503
1.0/1.5
1400
65
7000
65
UF1IA315S
315*984
1.0/1.5
890
55
6000
62
UF1IA315L
315*1503
1.0/1.5
890
85
9000
95
UF1O外压式膜组件
组件型号
截留分子量
Dal
尺寸（D*L）
mm
膜面积
（m2）
测试通量≥
（L/h.25℃0.1MPa纯水）
进水压力
MPa
工作温度
（℃）
PH耐受范围
组件重量kg
UF1OB9L
6,000
90*1100
25
300
≤0.3
5-45
2-13
6.5
UF1OB9L
20,000
90*1100
25
500
6.5
中空纤维超滤膜产品主要技术指标
项目
UF1I内压式膜
UF1O外压式膜
产品水浊度
＜0.1NTU
＜0.1NTU
细菌去除率
＞4log
＞6log
过滤方式
内压式
外压式
膜材质
聚砜
聚砜
截留分子量
67,000
6,000和20,000
纤维尺寸
内径:
1.0mm
外径:
1.5mm
内径:
0.2mm
外径:
0.4mm
设计水通量
45-110L/m2/h
1.0-20L/m2/h或根据实验确定
最高进水压力
3kg/cm2
3kg/cm2
进水浊度
<50NTU
——
最高运行温度
45℃
45℃
耐受PH范围
2-13
2-13
操作形式
错流过滤或死端过滤
错流过滤
反洗压力
2kg/cm2
——
反洗流量
150-200L/m2/h
——
反洗时间
30-60秒
化学洗涤频率
反洗水通量低于70%或压降高于0.5kg/cm2
化学清洗时间
10-30分钟
20-60分钟
消毒剂
次氯酸钠或双氧水
次氯酸钠或双氧水
化学清洗剂
膜天专用清洗剂或柠檬酸，氢氧化钠/次氯酸钠或氢氧化钠/双氧水
膜天专用清洗剂或柠檬酸，氢氧化钠/次氯酸钠或氢氧化钠/双氧水
中空纤维微滤膜（MF）
聚烯烃中空纤维微孔膜组件是公司研制开发的又一膜分离技术产品，材质为聚丙烯、聚乙烯，它可广泛用于化工、医药、电子、食品、纺织等行业，用于纯水、超纯水的制备、水中溶解气体的脱除以及细菌、胶体离子、大分子有机物等的去除。
聚烯烃中空纤维微孔膜耐酸、耐碱、耐高温、性能稳定、强度高、无毒无味、即可作为疏水膜使用，又可作为亲水膜使用。
技术参数
规格
MFPB9L
MFPB8L
总长（mm）
1100
1100
外径（mm）
90
80
透气率L/s
20
16
纯水透过率L/h
1000
800
5.4天津膜天膜科技有限公司
公司概况
天津膜天膜科技有限公司是国家发改委批准立项建设的中国最大的（年产中空纤维膜超过300万平方米）中空纤维膜制造基地。
公司是国家高新技术企业。
采用先进的ERP信息管理系统，整个生产过程实现了自动化控制。
于2005年通过国际质量管理体系（ISO9001）和国际环境管理体系（ISO14001）认证。
公司是“十一五”期间中空纤维膜国家863计划重大项目执行单位和天津市二十项自主创新产业化重大项目实施单位。
2007年国家发改委授予颁发“国家高新技术产业化示范工程”奖牌。
主要技术与产品
① 连续膜过滤（CMF）水处理系统
A.MT-CMF的主要用途
a·过滤经生化处理后的城市污水达到中水回用标准
b·自来水、地下水、地表水的除菌、除浊、净化
c·大型反渗透系统的前级预处理
d·海水淡化前级预处理
e·果汁饮料澄清除浊
B.MT-CMF系列水处理系统特点
a.高抗污染的聚偏氟乙烯（PVDF）膜材料，耐氧化，易清洗，使用寿命长
b.独特的在线气水双洗方法（专利技术），优异的膜通量恢复率，
c.对原水水质要求低，产水清澈透明，SDI符合RO系统的进水要求
d.可将污水处理厂达标排放水处理成合格的生活杂用水
e.系统控制自动化程度高，操作简单，有效减轻劳动强度
f.操作压力仅为0.1Mpa左右，能耗低
g.结构紧凑、占地小，模块化组合设计适用于各种规模的水处理
h.设备投资和运行费用低廉
产水浊度
产水SDI
悬浮物SS
细菌总数
大肠菌群
≤0.5NTU
≤3
＜1mg/L
>＜2个/ml
未检出
以上数据为某次取样的检测值。
原水为达到国家二级排放标准的污水另外，对原水中的色度、总铁、SiO2等物质也有不同程度的去除。
C.MT-CMF系统使用的膜元件
MT-CMF系统使用我公司制造的中空纤维膜元件，根据不同的处理介质选用具有高抗污染性的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维外压式微滤膜或超滤膜，水通量大，独特的膜结构结合在线气水双洗技术，使膜更容易清洗，水通量迅速恢复；聚偏氟乙烯膜抗氧化性强，可以使用常用的氧化性水处理药剂（如次氯酸钠、臭氧、二氧化氯等）对膜进行清洗。
D.膜元件技术指标
膜元件型号
膜孔径
膜材质
标准水通量
操作压力
膜面积
PH
（L/h）
（Mpa）
㎡
MOF1616
0.20μm
PVDF
6500~7000
≤0.15
42
2~10
MOF910
1400~1600
7
UOF1616
300,000
dlton
5800~6200
40
UOF910
1000~1200
6
标准水通量为25℃，0.1MPa时的纯水通量
E.MT-CMF系统技术参数
最大进口压力
温度范围
进水PH
气源
水回收率
化学清洗周期
电源
＜0.20MPa
5~45℃
2~10
0.4~0.6MPa
压缩空气
＞95%
3~5周
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