膜過濾應(yīng)用辦法實(shí)踐技巧和提示

1、膜過濾應(yīng)用手冊(cè)實(shí)踐技巧和提示2000年6月介 紹這是膜過濾應(yīng)用手冊(cè)第二版。為了提高這本手冊(cè)的應(yīng)用價(jià)值，新增了預(yù)處理、自動(dòng)操縱和泵的描述。這本手冊(cè)是在膜過濾領(lǐng)域許多年實(shí)踐的產(chǎn)物，它也是一個(gè)信息的綜合。目的是提供一些常見問題的信息，為初步介入膜過濾領(lǐng)域的新人提供一些關(guān)心，回答一些問題。這本手冊(cè)對(duì)已從事膜設(shè)備設(shè)計(jì)及建設(shè)的工程師 和在已建工廠工作的工程師都能提供許多有用的信息。同時(shí)對(duì)膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作的學(xué)習(xí)也有較大的關(guān)心。本手冊(cè)提供的信息相關(guān)于理論計(jì)算和思索，更多的是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，它并不是技術(shù)學(xué)院里的一本傳統(tǒng)的教科書。盡管書中沒有太多的數(shù)學(xué)計(jì)算，但它關(guān)于工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用差不多上特不有用的，因?yàn)樗心?/p>

2、過濾領(lǐng)域許多“老到”的經(jīng)驗(yàn)，即使關(guān)于業(yè)內(nèi)行家而言，它也并不是一本出版物而已。這本手冊(cè)并不適用于那些純粹的初學(xué)者，因?yàn)闀袑?duì)膜和膜技術(shù)的描述比較具體，而簡(jiǎn)略了一些基礎(chǔ)的膜和化學(xué)知識(shí)。本手冊(cè)中大多數(shù)的實(shí)例是基于平板膜（DDS板框系統(tǒng)）和卷式膜組件(DESAL)。卷式膜組件占了世界大多數(shù)的銷售市場(chǎng)份額，而纖維膜系統(tǒng)、陶瓷膜系統(tǒng)和管式膜系統(tǒng)分享的市場(chǎng)份額則相當(dāng)小。由于他們?cè)陬I(lǐng)域的地位，在2000年往常纖維膜系統(tǒng)、陶瓷膜系統(tǒng)和管式膜系統(tǒng)想成為市場(chǎng)主導(dǎo)的機(jī)會(huì)微小。因此在本書關(guān)于他們的信息比較少。在當(dāng)今時(shí)代，膜正在被努力推廣，但還未被消費(fèi)者熟知，因?yàn)槟ひ话愣茧[藏在整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)中。有些行業(yè)依靠膜生產(chǎn)一些基礎(chǔ)的

3、產(chǎn)品，有些則利用膜解決一些復(fù)雜的分離過程，另一些則用膜達(dá)到一些環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。膜就象計(jì)算機(jī)一樣：專門少人理解它們，而只有一些人喜愛它們，然而我們都需要它們。即使我們不喜愛它們，但我們明白它們能夠使生活更簡(jiǎn)便和舒適。開發(fā)高效、完好、經(jīng)濟(jì)的膜來(lái)處理各種液體包括廢水的工作已進(jìn)行35年。然而關(guān)于如何讓人們普遍了解建設(shè)和操作一個(gè)膜工廠的工作還有專門長(zhǎng)的路要走。希望本書能關(guān)心幸免許多以往專門容易的犯的錯(cuò)誤。同時(shí)我要真心感謝Bjame Nicolaisen提供的許多寶貴的技術(shù)上和語(yǔ)言上意見和建議，同時(shí)感謝我的妻子作為我的同事參與了許多技術(shù)問題的討論。同時(shí)也感謝以不同方式參與本書的其它朋友！Jorgen Wagn

4、er專業(yè)名詞解釋及約定表1、專業(yè)名詞解釋及約定ATD反套裝置，能夠防止卷式膜由于液體流淌的張力而壓縮。CA醋酸纖維素，一般有二價(jià)或三價(jià)醋酸。CIP清洗裝置。在不拆除的情況下清洗系統(tǒng)。Concentrate(濃水)流經(jīng)系統(tǒng)但不通過膜的液體的體積。可解釋為進(jìn)水不透過部分，也可稱為鹽水、廢棄物或在滲析過程中未通過半透膜而保留下來(lái)的滯留物。Feed(進(jìn)水)進(jìn)入膜系統(tǒng)的液體的體積。Flow(流量)一般指流經(jīng)膜表面的液體的體積。Lph升/小時(shí)Gpm加侖/分鐘Gpd加侖/天Flux,water(水通量)在特定條件的水的通量。在反滲透系統(tǒng)中水通量有特定的意義，而在其它的膜系統(tǒng)中，它只用來(lái)指示膜是潔凈的，運(yùn)行良

5、好。Flux(通量)每單位面積、時(shí)刻滲透的體積。Lmh升/（平方米.小時(shí)）：lmh=gfd*1,7 (基于US加侖)gfd加侖/（平方英尺.天）：gfd=lmh/1.7 (基于US加侖)Gallon(加侖)1美國(guó)加侖=3.785升1英國(guó)加侖=4.546升HF超過濾;反滲透(RO)的另一名稱.HMWC大分子組分,如蛋白分子.Housing(膜殼)安裝卷式膜組件或其它類型膜膜元的膜過濾設(shè)備，也指壓力容器IC內(nèi)部接頭，用于連接兩個(gè)卷式膜組件。Langelier index(見SDSI.)假如指標(biāo)是正值，則可能指CaCO3比例。假如指標(biāo)是負(fù)值，則不可能指CaCO3比例。MWCO（切割值）分子量切割被稱

6、為道爾頓值，意味著超過MWCO的90%的分子量將被截留。關(guān)于反滲透，MWCO有一個(gè)清晰的定義，但隨著其值越高，它的含義和值越模糊。它和測(cè)試的膜的類型有關(guān)，對(duì)微濾則沒有意義。PAN聚丙烯腈Permeate(透過液)透過膜的液體的體積（也可稱濾液）ppm每百萬(wàn)分子一。嚴(yán)格的講，為每1000毫克溶液的毫克溶質(zhì)。與mg/l相當(dāng)。Pressure,average(平均壓力)平均壓力，（P進(jìn)水+P濃水）/2Pressure,average(平均壓力) NDP平均凈驅(qū)動(dòng)壓力是驅(qū)動(dòng)液體通過膜的可用壓力。（P進(jìn)水+P濃水）/2P透過液（H濃水H透過液）Pressure drop(壓降)膜系統(tǒng)、膜殼（壓力容器）或

7、膜組件進(jìn)出口的壓力損失進(jìn)水壓力進(jìn)水泵的壓力(標(biāo)準(zhǔn)講法)或在循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)口至膜室的壓力滲透壓事實(shí)上是理論值。滲透壓是鹽含量和其它小分子量溶質(zhì)的函數(shù)。理論上大分子量組分不產(chǎn)生滲透壓，但實(shí)際現(xiàn)象卻象滲透壓。電解液和小分子組分的滲透壓能夠比較精確地計(jì)算，但大分子量組分的“滲透壓”只能依照經(jīng)驗(yàn)來(lái)定。滲透壓一般寫成PI或，=I*n*R*T壓力單位PSI(磅/平方英寸)：14.5PSI=1barBar: 1bar=0.1mPa=100kPaPS(PSO) 聚砜(聚醚砜或聚芳香醚砜)PVDF聚偏二氟乙烯Rentate(滯留物)濃液的另一種名稱SDSI索引Stiff和David飽和度索引。同Langelier索

8、引，但用于高鹽度水。見Langelier索引TFC,TFM復(fù)合薄膜的縮寫THM三鹵甲烷。未講明其化學(xué)特性的一些化學(xué)組分，同鹵素反應(yīng)如氯生成有機(jī)基質(zhì)，如腐殖酸。它們被認(rèn)為是致癌物質(zhì)。TMP傳導(dǎo)膜壓。見平均壓力TSTDS總固體；溶解性和懸浮固體的總和?？?cè)芙庑怨腆w。以上值可表示為：mg/l，ppm或%四種膜過程反滲透（RO）是液體/液體分離過程中最可能使用的膜分離過程。原則上水是唯一通過膜的物質(zhì)；特不是所有的溶解和懸浮的物質(zhì)被截留。有時(shí)一些開放類型的RO膜和納濾（NF）膜會(huì)產(chǎn)生混淆。真正的納濾只截留超過一價(jià)的負(fù)電荷離子，如硫酸鹽、磷酸鹽,而能通過單價(jià)的負(fù)離子。依照分子的大小和形狀，納濾也能截留不帶

9、電荷、 溶解性物質(zhì)和正電荷離子。 納濾對(duì)氯化納050 的截留率要緊決定于進(jìn)水的濃度。而“ 寬 松 的 反 滲 透”是一種減少了鹽截 留率的反滲透膜。由于鹽截留率的減少能夠降低壓力和能耗，因此在有些項(xiàng)目上也是能夠被同意的。超濾(UF)是大分子量組分(HMWC)，如蛋白質(zhì)、懸浮固體被截留，而所有的小分子量組分自由通過膜的過程。因此，單價(jià)和二價(jià)的糖類、鹽、氨基酸、有機(jī)物、無(wú)機(jī)酸或氫氧化納都不能通過。微濾(MF)過程理論上只有懸浮固體被截留，而其它甚至蛋白質(zhì)都能夠自由通過膜。然而實(shí)際情況和理想狀態(tài)有一定的差距。下表是對(duì)以上內(nèi)容的總結(jié)。表二 四種膜過程的比較反滲透RO納濾NF超濾UF微濾MF膜類型非對(duì)稱

10、膜非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜對(duì)稱膜非對(duì)稱膜厚度 薄膜厚度150m1m150m1m150250m1m10150m孔徑0,002m0,002m0,20,02m40,02m截流組分HMWC，LMWC氯化納葡萄糖氨基酸HMWC單糖、多糖和多聚糖、多價(jià)負(fù)離子小分子組分，蛋白質(zhì)，多糖，病毒顆粒，粘土，細(xì)菌膜材質(zhì)醋酸纖維素(CA),薄膜醋酸纖維素(CA),薄膜陶瓷，聚砜(PSO),聚偏二氟乙烯(PVDF), 醋酸纖維素(CA),薄膜陶瓷，聚丙烯(PP),聚偏二氟乙烯(PVDF)膜組件類型管式，卷式,板框式管式，卷式,板框式管式，中空纖維，卷式,板框式管式，中空纖維操作壓力bar151505351102產(chǎn)品和膜過程許多

11、產(chǎn)品使用膜來(lái)處理，但已銷售的80以上的膜用于水的脫鹽處理。剩余的部分205%被用于乳制品的處理，其余被用于各種液體的處理。其中某些液體屬于廢棄的產(chǎn)品，而某些則是特不貴重的只要產(chǎn)物。表3列出了一些典型的應(yīng)用，陰影部分代表要緊的產(chǎn)物。注意：透過液和濃水都能夠是需要的產(chǎn)物，而能夠同時(shí)成為產(chǎn)物。表3 某些產(chǎn)物的膜過程類型透過液濃水RO染色工藝排水潔凈水BOD，鹽，化學(xué)品，廢棄產(chǎn)品純水低鹽水含鹽水乳清低BOD透過液乳清濃水NF抗生素含鹽廢棄物脫鹽濃縮抗生素染色工藝排水澄清含鹽水BOD/COD，色素純水軟化水廢棄物乳清含鹽廢水脫鹽的乳清濃縮液UF抗生素澄清的發(fā)酵肉湯廢棄物生物廢氣用于交換的澄清液可循環(huán)的微

12、生物膠廢棄物濃縮膠酶廢棄物高價(jià)值產(chǎn)品牛奶乳糖溶液用于奶酪產(chǎn)品的蛋白質(zhì)濃縮液乳化油含油水(游離油10ppm)高度濃縮的乳化油洗滌廢水清水臟水(廢棄物)純水清水廢棄物乳清乳糖溶液乳清蛋白濃縮液黃原膠廢棄物濃縮黃原膠膜的材料、結(jié)構(gòu)和使用限制膜材料在商務(wù)上由不同供貨商提供的膜的選擇方案看起來(lái)令人迷惑，因?yàn)樵S多材料都能夠用來(lái)做膜，而它們又有許多商務(wù)名稱，實(shí)際上，真正使用的材質(zhì)專門少，同時(shí)大多數(shù)銷售和使用的膜只是一些專門差不多的類型。整膜醋酸纖維素(CA)是“最初的”膜，被用作RO、NF和UF應(yīng)用。這種材料有一些缺陷，特不是針關(guān)于pH和溫度。CA其要緊的優(yōu)點(diǎn)是低價(jià)，以及由于它的親水性使其不易堵塞污染?，F(xiàn)在

13、還有一些“頑固的”用戶堅(jiān)持購(gòu)買“同樣的膜直到最后”，他們堅(jiān)持使用CA膜是因?yàn)樗鼈冞€能夠工作，但實(shí)際上CA膜的弱點(diǎn)是它們易被微生物吞噬。聚砜(PSO)自從1975年以來(lái)已被廣泛應(yīng)用于UF和MF膜。PSO的要緊優(yōu)點(diǎn)是它良好的耐和氣耐pH能力。實(shí)際上在食品和乳制品行業(yè)中，聚砜是唯一被大量使用的膜材料。原則上，聚砜(PSO)膜不能抗油、油脂、脂肪和兩極溶劑。然而，也有一種親水類型的聚砜膜能違反此原則，在乳化油行業(yè)應(yīng)用良好。聚偏二氟乙烯(PVDF)是一種傳統(tǒng)的膜材料，然而它并未被廣泛使用，因?yàn)樗鼘ｉT難使膜具有良好且穩(wěn)定的分離特性。它的要緊優(yōu)點(diǎn)是其高度的抗碳?xì)浠衔锖脱趸h(huán)境的能力。復(fù)合膜也稱薄膜復(fù)合膜，

14、它一般被縮寫為TFC和TFM，被用來(lái)代替醋酸纖維RO膜。其要緊的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)具有較高的通量和專門高的鹽截留率，用復(fù)合RO膜氯化鈉的截留率一般可達(dá)99.5%。它們也有好的抗溫度和pH的能力，但不能耐氧化環(huán)境。復(fù)合膜有二層和三層的設(shè)計(jì)，但所有的都有精確的組分。一般來(lái)講，一種薄膜復(fù)合膜由一個(gè)PSO(聚砜)膜作為其特不薄的表面層的支撐，在PSO超濾膜的表面層是一種聚合物。而三層設(shè)計(jì)則在PSO支撐膜的上部有二層薄膜。大約在1980年，F(xiàn)ilm Tec主導(dǎo)了二層膜設(shè)計(jì)的市場(chǎng)，并專門快成為水脫鹽處理的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，直到現(xiàn)在這種類型的膜都占據(jù)了水脫鹽處理的市場(chǎng)。多年以來(lái)膜已有了專門大的進(jìn)展，但基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沒有改變，現(xiàn)在

15、已有好幾家公司制造這種類型的膜。二十世紀(jì)八十年代中期，Desal開始進(jìn)行三層復(fù)合膜的設(shè)計(jì)。在水脫鹽處理方面這種膜專門難和二層競(jìng)爭(zhēng)，但在工業(yè)分離領(lǐng)域被證明能夠工作得更好。三層膜更穩(wěn)定，更不易堵塞污染。它們一般用于RO和NF，關(guān)于處理許多較難的分離過程，也是最佳的選擇。Desal是唯一生產(chǎn)三層復(fù)合膜的制造商。以下是依照膜的表面積來(lái)劃分的全世界膜的消耗量。復(fù)合RO膜 85復(fù)合NF膜 35聚砜UF和MF膜 57其它膜 35“其它膜”包括聚丙烯(PAN)、陶瓷材料(SiO2)和纖維素(水解醋酸纖維素)等。膜材料的選擇關(guān)于一個(gè)給定的分離過程選擇合適的膜和膜材料是比較困難的，為了作出合適的選擇必須先提供一些

16、有關(guān)分離過程環(huán)境的概要信息。第一步現(xiàn)確定可取的過程(RO、NF、UF或MF)和適用的膜材料。能夠選擇關(guān)于過程環(huán)境最適合的膜材料。表2(四種膜過程的比較)，表3(產(chǎn)品和過程)以及表4(一些膜材料的抗化學(xué)品性能)可能對(duì)膜的選擇有些關(guān)心。表4 一些膜材料的抗化學(xué)性能復(fù)合膜CAPSOPVDFPANSiO2纖維素3Ph8Ph8溫度35腐殖酸()()蛋白質(zhì)()()()多糖()()紡織品()脂肪族烴()芳香烴()氧化劑()()()酮，酯()酒精 表示基于理論的信息或在實(shí)踐應(yīng)用中有不確定性。除了差不多應(yīng)用的案例外，膜材料的選擇是比較困難的，因?yàn)槟軌蚩紤]的往往不止一種材料。按一般原則，關(guān)于一個(gè)分離過程只有通過良

17、好的打算和成功的試驗(yàn)才能為膜的選擇提供最佳方案。PH和溫度耐受力在“膜材料”部分已討論了不同的材料的pH耐受力。當(dāng)確定一個(gè)膜過程的時(shí)候，僅僅考慮膜材料是不夠的。膜有好多種構(gòu)型(板框式、管式、卷式等)。同一個(gè)膜系統(tǒng)包括許多其它的組件，它們都有嚴(yán)格的pH限制。許多膜供貨商規(guī)定的pH限制實(shí)際上是存在于整個(gè)膜系統(tǒng)中的限制，而不只是膜本身，在整個(gè)系統(tǒng)中耐受力最差的材料決定了整個(gè)系統(tǒng)的pH限定范圍。目前要緊的膜類型是卷式膜組件，盡管以下的講法對(duì)所有膜類型都適用，但我們依舊以卷式膜為例。通常膜表面的襯背材料是一個(gè)限制因素。目前使用最廣泛的襯背材料是聚酯(PE)。它具有特不良好的溫度穩(wěn)定性，但受限于高pH環(huán)境

18、。因此，許多膜講明書中列出了最高pH 11.5的限制。然而，許多膜能夠以聚丙烯(PP)作為襯背，它具有特不良好的pH穩(wěn)定性，但溫度受限制，會(huì)給膜產(chǎn)品帶來(lái)苦惱。因此我們的觀點(diǎn)是當(dāng)選定了合適的膜材料和膜構(gòu)型后，必須確定這種組合關(guān)于耐受過程的工作環(huán)境是可行的。由于卷式膜組件含有許多其它的不同的高分子材料，因此除了PE襯背材料外，還可能有一些其它的限制因素。一般中心管和反套裝置/內(nèi)部接頭由PVC或ABS制成，這些材料都沒有良好的溫度耐受力。聚砜(PSO)是一種價(jià)格貴得多的材料，然而能夠提供良好的pH和溫度耐受力，因此它一般在工業(yè)過程中被選作中心管和反套裝置/內(nèi)部接頭。一個(gè)規(guī)定的pH限制一般有一個(gè)靈活的

19、變化范圍，在其它條件正常的情況下短時(shí)刻超過范圍可不能有太大阻礙。通常低pH比高pH要好些。溫度和pH同時(shí)超出范圍一般都會(huì)引起較大的問題。復(fù)合膜和氧化環(huán)境目前世界上還在查找能耐受20ppm次氯酸鈉的用于RO和NF的好的復(fù)合膜。一些現(xiàn)有的復(fù)合RO膜有氯耐受力，但它們?nèi)圆荒軡M足目前的一般行業(yè)需要。 ？ 。相反，多數(shù)薄膜復(fù)合膜(TFM)能較好地耐受過氧化氫，至少在限制濃度、低和氣較短持續(xù)時(shí)刻的條件下。膜結(jié)構(gòu)從表面看，所有的RO、NF和UF膜差不多上非對(duì)稱型的。這將多數(shù)膜和一般的過濾器區(qū)分開來(lái)，如咖啡過濾器，它們是對(duì)稱型的，換句話講，在過濾器的兩側(cè)是對(duì)稱的。面向被處理的產(chǎn)品一側(cè)膜有一個(gè)不透水的致密表層，

20、這也稱為皮膚層。它專門薄，一般0.1m。而膜本身在150250m，大多數(shù)膜為皮膚層提供結(jié)構(gòu)支撐。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)意味著膜孔徑遠(yuǎn)大于致密表層的孔徑，如此能夠幸免膜孔被堵塞。因此膜具有較好的抗污染能力，污染物要么被完全截留要么全部通過。以下是在較寬范圍內(nèi)列出的膜的孔徑。表5 一般的膜孔徑，mMF50.1UF0.10.01NF，RO0.001理論上迄今為止，還無(wú)法用顯微鏡從RO膜和NF膜中觀看到小孔，但水依舊透過了膜而鹽被截留了。這意味著自從制造出第一張膜后的35年來(lái)研究膜的科學(xué)家并不真正了解膜是如何樣的或什么緣故有這些功能的，或至少他們并不了解其中的細(xì)節(jié)。而第一張膜是有人親眼看到脫鹽水通過膜而產(chǎn)生的。假

21、如他只是通過顯微鏡來(lái)觀看膜，則他可能會(huì)拒絕同意那個(gè)事實(shí)，因?yàn)轱@微鏡中全然無(wú)法看到小孔，因此也不可能透過水。盡管我們還無(wú)法了解以上的現(xiàn)象，但我們能夠預(yù)言RO膜的應(yīng)用將得到推廣。而NF膜則更困難些。但假如現(xiàn)在有三種溶劑在一種溶液中，我們只能選作NF膜進(jìn)行分離，因此必須先對(duì)進(jìn)水進(jìn)行精確而完整的分析。表6 膜制造商 1996年以來(lái)要緊制造商的不完全統(tǒng)計(jì)所屬公司規(guī)模管式膜卷式膜纖維系統(tǒng)陶瓷膜RONFUFMF分離水ATM小美國(guó)DESALOsmonics中等美國(guó)DSS小丹麥Film TecDow Chemicals大美國(guó)()Fluid SystemsKoch中等美國(guó)()Hoechst小德國(guó)Hydranaut

22、icsToray中等美國(guó)Kiryat WeizmanKoch小以色列Koch/Abcor中等美國(guó)Membratek小SAOsmonics中等美國(guó)PCIThames Water小UKSCT小法國(guó)Stork Friesland小荷蘭Tami小法國(guó)Toray中等日本Trisep中等美國(guó)XFLOW小荷蘭膜組件/組件設(shè)計(jì)就象前面所提到的那樣，目前市場(chǎng)上有許多種膜構(gòu)型。卷式構(gòu)型占膜市場(chǎng)的主導(dǎo)。卷式膜的設(shè)計(jì)原本專用于水脫鹽處理，但其緊湊的設(shè)計(jì)、低廉的價(jià)格已吸引了其它行業(yè)。通過了許多試驗(yàn)和失敗后，重新設(shè)計(jì)的組件差不多能夠用于許多工業(yè)行業(yè)，如乳制品行業(yè)、紙漿和造紙行業(yè)、高純水以及一些高和氣極端pH的場(chǎng)合。然而，

23、大多數(shù)膜公司只為極端項(xiàng)目提供一種卷式膜。管式膜已存在較長(zhǎng)一段時(shí)刻了。它的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔而易于理解。許多大學(xué)院校喜愛用管式膜，因此它易于計(jì)算雷諾數(shù)并將其傳遞系數(shù)理論化。管式膜有一個(gè)較大的優(yōu)點(diǎn)，它們能較大范圍地耐懸浮固體和許多令人討厭的纖維。但所有的管式膜有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：占地面積大；膜的更換困難且耗時(shí)多；大口徑(1英寸)的管式系統(tǒng)能耗大；內(nèi)部體積大，周期性使用化學(xué)品和水沖洗和反沖洗耗費(fèi)昂貴；制造商改變管式設(shè)計(jì)投資大且困難。有時(shí)管式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)超過缺點(diǎn)，管式膜在市場(chǎng)上有一定的地位，盡管比較小。板框式（板式）系統(tǒng)早先由DDS主導(dǎo)，并在歐洲占據(jù)乳制品市場(chǎng)15年了。在1989年1995年期間缺乏研發(fā)和居高不下的價(jià)

24、格結(jié)構(gòu)或多或少地扼殺了其設(shè)計(jì)進(jìn)步。目前在歐洲有一些新的適用的板框式系統(tǒng)。最有名的由ROCHEM設(shè)計(jì)。板式系統(tǒng)盡管價(jià)格較貴，但能提供周密而完善的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代的板式系統(tǒng)能夠耐特不高的壓力，超過100bar。因此在處理垃圾填埋瀝出液和船上海水脫鹽處理中需要極端壓力情況下有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。纖維構(gòu)型（有一種例外）類似于管式系統(tǒng)。只是纖維的內(nèi)徑專門小，一般2mm。同大口徑管式膜最大的不同點(diǎn)在于纖維系統(tǒng)通常無(wú)需支撐，它們上市容易但價(jià)格相當(dāng)昂貴。纖維系統(tǒng)抗機(jī)械力差。因此它們一般僅在一定范圍內(nèi)使用，如純牛奶超濾和乳化油等。陶瓷膜構(gòu)型也特不昂貴。理論上講，陶瓷系統(tǒng)對(duì)微濾（MF）特不有效。事實(shí)上，其市場(chǎng)特不小。中空纖

25、維構(gòu)型早先由杜邦公司用于海水脫鹽。由于需要特不嚴(yán)格的預(yù)過濾，它們幾乎不用于銷售。卷式膜組件的分類和參數(shù)市場(chǎng)上有許多種卷式膜組件。下表列出一部分。更多信息見P16。表7 卷式膜組件的分類和參數(shù)尺寸組件外徑；組件長(zhǎng)度；中心管內(nèi)徑外包裝纖維玻璃；帶子；一些衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)組件末端雄接頭；雌接頭中心管使用多種類型的聚合材料，聚砜成為工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品流道30mil相當(dāng)于 0，75mm47mil相當(dāng)于 1，20mm90mil相當(dāng)于 2，30mm甚至還有更寬的流道。(1mil-1/1000英寸)流道類型菱形(標(biāo)準(zhǔn))；市場(chǎng)上有些自由通道設(shè)計(jì)膜支撐聚酯；聚丙烯密封U形密封；唇形密封；無(wú)密封ATD防壓縮裝置星形；盤

26、孔形(hole-plate type)?膠水較多類型管式膜的分類和參數(shù)表8管式膜的分類和參數(shù)尺寸管內(nèi)徑，一般10.5英寸；管長(zhǎng)，一般3.35米；每個(gè)模塊管的數(shù)量。膜殼材料不銹鋼；PVC；無(wú)支撐端蓋在一個(gè)包內(nèi)平行并列連接管子；串聯(lián)連接管子。板框系統(tǒng)的分類和參數(shù)“板框式”那個(gè)名稱包括了許多不同構(gòu)型的膜組件，所有的都使用平板式膜。其它系統(tǒng)則包括卷式組件、管式膜或纖維系統(tǒng)。關(guān)于板框式系統(tǒng)，除了它們差不多上平板膜外，在組件中板和模的排列有較大的區(qū)不。表9列出了要緊的板框式產(chǎn)品。表9 板框式產(chǎn)品和組件列表（不完全）DDS M30用作RO和NF的帶有圓形膜的垂直組件，這種構(gòu)型已陳舊。DDS M35-M39編

27、號(hào)3539的具有橢圓形膜的一組平行組件。用作UF和MF，多數(shù)用于乳制品行業(yè)。特不適用于高粘滯性的產(chǎn)品。膜裝于聚砜支撐盤上。Millipore正方形盤式系統(tǒng)，多數(shù)用于實(shí)驗(yàn)室或小形制藥產(chǎn)品。Rochem為圓盤管式的8inch圓形膜，用于RO、NF和UF，使用與卷式膜類似的膜殼。這種類型的組件的工作壓力能夠超過200bar。Rhone Poulenc同位素正方形組件，類似于一個(gè)盤式熱交換器，只用于UF系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用許多大的墊圈。幾乎因陳舊而廢除。Valmet FlootekCR過濾器是一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)，能夠在專門臟的水中操作，還能達(dá)到高通量。然而其投資特不高。纖維系統(tǒng)的分類和參數(shù)表10 纖維系統(tǒng)的

28、分類和參數(shù)尺 寸纖維的內(nèi)徑纖維的長(zhǎng)度每個(gè)模塊纖維的數(shù)量殼材料不銹鋼P(yáng)VC聚砜不同膜組件之間的比較見表11。膜組件和組件的比較下表是不同類型膜組件和組件性能的定性比較。表11 幾種膜組件的比較卷式膜管式膜板框式中空促纖維系統(tǒng)中空精細(xì)纖維系統(tǒng)陶瓷高價(jià)低價(jià)膜密度(m2/m3)高低平均平均專門高低設(shè)備投資低高低高專門高中等專門高污染趨勢(shì)平均低平均低專門高中等清洗難易易易易低不能易可變成本低高低平均平均低高膜的更換，見“注意1)”不能能夠不能能夠不能不能能夠流量要求中等大中等中等大小專門大預(yù)處理(也可見表26)50m不含纖維濾網(wǎng)100m專門少纖維100m專門少纖維5m嚴(yán)格預(yù)處理濾網(wǎng)注意：1)膜系統(tǒng)只能按

29、一種方式設(shè)計(jì)，膜的更換意味著整個(gè)硬件的更換。但管式和板式膜換膜時(shí)能夠僅換膜，其余系統(tǒng)不變。卷式膜組件膜殼設(shè)計(jì) 在市場(chǎng)上有許多不同的膜殼設(shè)計(jì)，能夠依照材料(不銹鋼和高分子)或功能(側(cè)面端口進(jìn)出或通過端蓋進(jìn)出)進(jìn)行分類。高分子膜殼一般都由加固的聚酯玻璃鋼制成。這種設(shè)計(jì)已有30多年并工作良好。但也并不是毫無(wú)問題。它們?cè)诘孛嫠秃Ｋ拿擕}處理中運(yùn)用良好，但對(duì)其余的產(chǎn)品卻有些問題。多數(shù)高分子膜殼使用一個(gè)拉緊環(huán)來(lái)穩(wěn)固端蓋。不銹鋼膜殼早先專用于乳制品行業(yè)?，F(xiàn)在它們的應(yīng)用已越發(fā)廣泛了。結(jié)構(gòu)上以側(cè)端口作為標(biāo)準(zhǔn)。一些不銹鋼膜殼的結(jié)構(gòu)和玻璃鋼膜殼相同，如此會(huì)造成其端蓋的難以移開。不銹鋼膜殼的內(nèi)部需電鍍磨光。否則幾乎

30、不可能將組件推進(jìn)推出。玻璃鋼膜殼只有三種標(biāo)準(zhǔn)直徑：2.5英寸、4英寸和8英寸。不銹鋼膜殼則有一個(gè)特不寬泛的標(biāo)準(zhǔn)范圍，且無(wú)標(biāo)準(zhǔn)直徑。不幸地是在歐洲，使用的大多數(shù)不銹鋼膜殼運(yùn)用的差不多上美國(guó)英寸度量標(biāo)準(zhǔn)，且標(biāo)準(zhǔn)的乳制品尺寸較常見，但2.5英寸、4英寸和8英寸直徑的膜殼卻較難找到。表12是以上內(nèi)容的總結(jié)。表12 玻璃鋼和不銹鋼膜殼的比較玻璃纖維不銹鋼壓力200bar極少超過80bar溫度50100側(cè)端進(jìn)入困難/專門少簡(jiǎn)單/標(biāo)準(zhǔn)端蓋進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)非標(biāo)/難用衛(wèi)生級(jí)非是(可能)價(jià)格1001502002.5，4.0， 8.0純水標(biāo)準(zhǔn)專門少3.8，5.8， 6.3不適用乳制品標(biāo)準(zhǔn)6.0軍用標(biāo)準(zhǔn)不使用4.3， 8.3

31、不適用KOCH乳制品標(biāo)準(zhǔn)圖1側(cè)端進(jìn)出口的不銹鋼膜殼有兩種：4口型，使用這種膜殼能夠作為無(wú)外部產(chǎn)品副件的模塊，且另一種類型則使用內(nèi)部副件的排列。？(見圖1)使用者能夠自己確定使用哪種類型，但事實(shí)上大多數(shù)的系統(tǒng)都建成外部副件型。側(cè)端進(jìn)入型的要緊優(yōu)點(diǎn)是在衛(wèi)生級(jí)系統(tǒng)中同意高流量。但在水脫鹽中專門少使用。卷式膜組件的尺寸在當(dāng)今是特不關(guān)鍵的。外徑、組件長(zhǎng)度和中心管的內(nèi)徑都沒有標(biāo)準(zhǔn)化。因此更換組件使供貨商變得特不困難，也給模塊制造商帶來(lái)許多苦惱。每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量壓降為了確定每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量，必須考慮以下幾點(diǎn)：首先確定使用的是RO/NF依舊UF/MF；然后審查整個(gè)處理過程；第三，確定每個(gè)膜組件能耐受的

32、壓降值。以下兩點(diǎn)應(yīng)更值得注意：傳導(dǎo)膜壓(TMP)(膜殼進(jìn)口和出口之間的壓力變化)；通過每個(gè)膜殼的壓降。傳導(dǎo)膜壓代表了一個(gè)膜殼進(jìn)口和出口之間的壓力改變值。壓力的降低是負(fù)荷通過膜組件的結(jié)果。具體例子見表13。我們專門容易理解的是，假如進(jìn)水壓力是10bar，則進(jìn)出口之間的壓力變化專門小，并可忽略不計(jì)。但假如進(jìn)水壓力只有15bar，那就完全不同了。因此，在一個(gè)膜殼中所有的組件最好有相同的傳導(dǎo)壓力。而在低壓操作中，組件的最大數(shù)量將減少。下表將作出相應(yīng)講明表13 卷式膜組件的壓降舉例例如：一個(gè)膜殼中有4個(gè)組件，每個(gè)組件的壓降是0.7bar，相當(dāng)于每個(gè)膜殼的壓降為2.8bar。進(jìn)口壓力，bar出口壓力，ba

33、r平均傳導(dǎo)壓力，bar4，01，22，616，013，214，6表14 每個(gè)40組件的壓降(bar)組件類型Mil尺寸最大運(yùn)行壓力，bar一般壓力，bar最終用戶使用壓力，bar標(biāo)準(zhǔn)純水302.54.08.00.70.30.10.7乳制品303.84.25.86.31.01.01.01.01.01.00.70.70.71.20.71.20.51.20.51.2專門場(chǎng)合4790904461,21,21,01,01,21,00,51,00,52,00,51,2表15 每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量RONFUFMF純水： 一般 范圍618616314212液體分離： 一般 范圍414414313212膜和系統(tǒng)

34、的局限性溫度膜的一般簡(jiǎn)介以醋酸纖維作材料的膜有其本身的溫度限制，其上限操作溫度大約在35。PSO、PVDF和PAN材料能耐較高的溫度。PSO和PVDF膜據(jù)稱可在95下操作而沒問題。PSO的操作溫度更可達(dá)120。一般來(lái)講復(fù)合膜的操作溫度至少可達(dá)80，在低壓情況下，它們可經(jīng)受更高的溫度，如熱消毒時(shí)。膜系統(tǒng)的耐溫能力大多數(shù)情況下并不僅受膜本身的溫度限制而限制，而更要緊受膜的構(gòu)型和膜系統(tǒng)中的其它組件的限制。卷式膜組件一般卷式膜組件的溫度上限為45。那個(gè)限制對(duì)用于水脫鹽的標(biāo)準(zhǔn)組件是有效的，但目前市場(chǎng)上已有能耐更高溫度的卷式膜組件。盡管在水脫鹽中45并不是一個(gè)最高溫度限制，但關(guān)于食品和分離行業(yè)的個(gè)案卻有問

35、題。通過了許多試樣和失敗后，一些公司差不多成功地研制出了耐溫穩(wěn)定的膜組件。多年來(lái)用于乳制品行業(yè)的組件已能夠在比供貨商原先講明的更高的溫度(和壓降)下操作了?，F(xiàn)在，在乳制品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組件的真正溫度限制是55，在正常操作中專門少會(huì)在那個(gè)溫度下操作。一種新型的具有標(biāo)準(zhǔn)的30mil菱形流道的組件能夠耐受更高的溫度。這種組件的銷售名稱為Duratherm。這些組件能夠在70下持續(xù)操作，短時(shí)期可加溫到90，而同時(shí)可保持正常的膜使用壽命。但必須注意通量，并保持低于35lmh，如此能夠確保操作壓力保持低壓。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)水流道的使用，這種類型的組件只用于純水操作。有較寬進(jìn)水流道的組件能夠在進(jìn)水含較高溶解性固體的情況

36、下操作。標(biāo)準(zhǔn)膜組件使用50mil的流道，但較寬的流道可達(dá)90mil，能夠處理較難處理的液體。用這種類型的膜，這些組件能夠持續(xù)操作在90溫度下。來(lái)自DESALTM公司的此種類型的膜其銷售名稱為DURATHERMEXCEL。好的溫度穩(wěn)定性能夠確保這些組件完全滅菌，或者它們能夠持續(xù)操作在理論上微生物可不能有任何生長(zhǎng)的溫度下。膠的超濾中的膜能夠喜愛8090下操作多年。最近一個(gè)個(gè)案表明除硅石的蒸發(fā)器冷凝物的RO處理其操作溫度接近90。記錄表明：DESALTM膜組件差不多在工業(yè)領(lǐng)域起主導(dǎo)地位，能夠在140無(wú)水操作。這可能差不多特不接近高分子膜的極限。表16 卷式膜差不多的溫度限制持續(xù)最大溫度，短時(shí)刻最大溫

37、度，標(biāo)準(zhǔn)純水組件 最大溫度， (最大壓力，bar)45(42)50(42)4，6乳制品組件 最大溫度， (最大壓力，bar)50(42)55(42)DESALTM組件，專門流道 最大溫度， (最大壓力，bar)45(42)80(5)Duratherm組件 最大溫度， 7090DurathermEXCEL組件 最大溫度， 8090請(qǐng)認(rèn)真閱讀供貨商提供的有關(guān)膜組件的講明書，關(guān)注如pH、通量和壓力等方面的限制。高溫操作一個(gè)正面的阻礙是：高溫能夠增加通量(見優(yōu)化壓力和溫度一節(jié))。90下操作能夠在相同壓力下將通量從100提高到300。但更好的方法是將壓力(NDP)減少到三分之一，如此能夠減少電耗。高溫一

38、般被認(rèn)為問題比較多。但作者也經(jīng)常發(fā)覺：即使在高溫下比常溫必須對(duì)一些細(xì)節(jié)予以更多的關(guān)注和重視，但高溫膜操作依舊有許多優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)注意要緊的原則：溫度越高，必須越關(guān)注其組件和膜的物理特性。過大的傳導(dǎo)膜壓力將使膜變得特不平(壓緊)，導(dǎo)致不可挽回的通量的下降。過大的壓降將導(dǎo)致膜和/或構(gòu)件的高分子材料移動(dòng)，有時(shí)破裂，最終導(dǎo)致膜的完全損壞。除了卷式膜外的其它系統(tǒng)。纖維系統(tǒng)一般可耐溫達(dá)80；無(wú)支撐磨管的低價(jià)管式膜系統(tǒng)一般注明最大操作溫度為35；有支撐的高價(jià)管式膜系統(tǒng)，如一個(gè)不銹鋼的支撐排列能夠耐溫超過80；中空精細(xì)纖維系統(tǒng)溫度限制80，但一些較陳舊的系統(tǒng)在高溫操作時(shí)壓力穩(wěn)定性有些問題。壓力所有的膜對(duì)壓力差不

39、多上敏感的?！皦壕o”(compaction)一詞常用于描述由于壓力而導(dǎo)致膜的不可反轉(zhuǎn)的“變平”。除了膜本身受到的危害外，其至關(guān)重要的是要有適當(dāng)?shù)闹危乐箟毫⒛D壓入支撐材料。因此認(rèn)真地閱讀和遵守供貨商的講明書是特不重要的。通常這類講明書不僅基于理論計(jì)算而且得之于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此我們?yōu)楸厝ブ貜?fù)不人的失敗經(jīng)歷呢？表17 典型的壓力限制，bar標(biāo) 準(zhǔn)特 殊管式膜，有支撐4270管式膜，無(wú)支撐7管式膜系統(tǒng)4270，120板框式系統(tǒng)40200粗纖維系統(tǒng)25精細(xì)纖維系統(tǒng)70200“壓緊”是由于壓力和溫度引起的。(見表18)表18 幸免壓緊的指導(dǎo)方針(不適用于CA膜)壓 力20bar壓緊最小溫 度50可能

40、引起嚴(yán)峻壓緊80保持壓力低于5bar，有些不可幸免的壓緊關(guān)于膜的最大同意溫度和壓力沒有固定的準(zhǔn)則。表18內(nèi)的指導(dǎo)方針除了CA膜外適用于所有的膜。表18A提供了一些用Wagner單位換算的關(guān)于溫度/壓力關(guān)系的一般原則。注意：溫度比壓力更危險(xiǎn)！因此，當(dāng)操作接近上限溫度時(shí)，建議盡可能限制壓力。表18A 幸免或使壓緊最小化的指導(dǎo)方針壓力(bar)溫度()Wagner單位2000專門困難，不太可能實(shí)現(xiàn)，特不專門的組件設(shè)計(jì)pH除了CA膜外大多數(shù)的膜對(duì)極端pH有較好的耐受力。一般對(duì)許多膜要緊的限制是因?yàn)槭褂昧司埘ヒr背，經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用其pH上限為11.5。在專門高的pH值下許多膜的性能將發(fā)生改變，但還能夠用。多數(shù)

41、膜在低pH值下比較穩(wěn)定。表19 不同膜材料的pH限制pH下限PH上限 PSO *)114PVDF012CA47TFM1 *)12 *)陶瓷01214*)同時(shí)低pH和高溫可能減少水通量，有時(shí)會(huì)達(dá)到零，并不可逆轉(zhuǎn)。*)目前的趨勢(shì)應(yīng)增加TFM的高pH穩(wěn)定性。*)在室溫下有效。溫度提高膜的損壞老化將加快。不同類型的聚酯胺薄膜在低pH下穩(wěn)定性方面有較大不同。進(jìn)水流量對(duì)膜沒有絕對(duì)的進(jìn)水流量限制。但膜或組件的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)其有所限制。粘性進(jìn)水的粘度本身并不是個(gè)問題，但高粘度將導(dǎo)致較高壓降。因此只要壓降同意，通量滿足要求并穩(wěn)定，粘度才不能為操作問題?？梢姵烁哒扯冗M(jìn)水關(guān)于一個(gè)膜系統(tǒng)來(lái)講不僅是個(gè)膜的問題，更是一個(gè)工

42、程問題。系統(tǒng)組件一個(gè)膜系統(tǒng)不僅僅包括膜本身。本節(jié)將看重討論膜系統(tǒng)中的要緊組件。加熱/冷卻和熱交換器在膜系統(tǒng)中常用多管(管式和殼形)熱交換器用于加熱和冷卻。加熱或冷卻的介質(zhì)在管子不處，而產(chǎn)品在內(nèi)部。這種結(jié)構(gòu)能夠耐高壓，因此能夠耐壓達(dá)70bar的設(shè)備依舊比較常見的。多管熱交換器其工作方式不同于傳統(tǒng)的盤式熱交換器。要緊不同點(diǎn)在于：在一個(gè)信道內(nèi)產(chǎn)品的溫度變化專門小，一般僅0.5或更??；相比于熱交換介質(zhì)的流量，產(chǎn)品流量大。由于產(chǎn)品的冷卻需求不僅僅為了產(chǎn)品的加熱或冷卻還受水泵能耗的限制，因此一般選擇多管熱交換器。溫度一般能保持一段較長(zhǎng)時(shí)刻。而通過一個(gè)多管熱交換器的壓降都比較低。多管熱交換器能夠從APV-P

43、asilac和Uniq Filtra tion公司處購(gòu)買。閥門在膜系統(tǒng)中不同行業(yè)需要不同類型的閥門，以下是一些例子：乳制品行業(yè)：衛(wèi)生級(jí)蝶閥和針式閥；純水行業(yè)：球閥和針式閥；紙漿和造紙行業(yè)：任何型號(hào)，多數(shù)為球閥；廢水專案：任何型號(hào)，多數(shù)為球閥。一些機(jī)械工程師聲明，球閥和蝶閥不能用于流量或壓力操縱。理論上這可能是對(duì)的，但在模行業(yè)中實(shí)踐同這種觀點(diǎn)相矛盾。這些類型的閥門用于操縱目的比較困難，但也不是不可能。球閥和蝶閥的一個(gè)有利的方面是，它們具有同意流量和壓降有較大不同的性能，如此被用來(lái)獲得生產(chǎn)和清洗的正確條件。在膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)要緊頭痛的問題是高體積濃縮率的回流設(shè)備，這意味著系統(tǒng)必須依照小流量濃縮來(lái)操

44、縱。在這兒用的閥門是一種針式閥。假如濃液中不含有懸浮固體，這種類型一般能運(yùn)行良好，但專門少的懸浮固體卻能通過針式閥，嚴(yán)峻堵塞濃縮口而導(dǎo)致操縱問題。當(dāng)在含有懸浮固體專門多的液體中操作時(shí)，操縱問題能夠通過“止水濃縮閥”來(lái)解決。方法如下：系統(tǒng)中安裝有兩個(gè)定時(shí)器和一個(gè)自動(dòng)閥，此閥一般情況下全關(guān)。定時(shí)器1操縱閥門開啟的周期長(zhǎng)度，定時(shí)器2操縱閥門開啟的時(shí)刻。當(dāng)定時(shí)器1啟動(dòng)時(shí)，濃縮閥全開，濃縮快速進(jìn)行。當(dāng)定時(shí)器2啟動(dòng)時(shí)，濃縮閥完全關(guān)閉。用這種方法能夠得到精確的濃縮操縱。用于濃縮的操縱閥對(duì)在反沖洗過程(CIP)中所需的大水量來(lái)講太小。因此，需要平行于濃縮閥安裝一個(gè)反沖洗閥門，(見圖2)，反沖洗閥一般是一個(gè)3或

45、4路蝶閥，假如從T形接頭到閥門的管道的長(zhǎng)度短于或等于管道內(nèi)徑的三倍，這種設(shè)計(jì)能夠被認(rèn)為是衛(wèi)生級(jí)的。在RO系統(tǒng)中，可能能夠使用一種大口徑的低壓活塞閥，盡管這有些違背原則。其訣竅是通過擠壓出口的密封將高壓引向活塞的一側(cè)，換句話講將水流引向標(biāo)準(zhǔn)方向的相反，在生產(chǎn)過程中，壓力使閥門保持關(guān)閉，閥門無(wú)法打開。在反沖洗和沖刷過程中，管線的壓力專門低以致閥門無(wú)法打開。(發(fā)明者：Tom Sirnes)圖2 濃縮閥依照教科書所講，球閥和蝶閥由于其性能因素不適合用于調(diào)節(jié)。但經(jīng)驗(yàn)表明這類閥門在膜過濾工廠中能夠用于調(diào)節(jié)。泵也可用作專門的閥門。在處理有高粘度產(chǎn)品和許多懸浮固體的液體的系統(tǒng)中，帶變頻器的正位移泵能夠用作背壓

46、閥。這也能夠用來(lái)剪切敏感產(chǎn)品如蛋白。壓力測(cè)量在膜過濾系統(tǒng)中壓力是驅(qū)動(dòng)力，必須被監(jiān)測(cè)。往常只能夠使用含有振動(dòng)板的測(cè)量?jī)x，同時(shí)必須通過充分減振。使用Bourdon類型的測(cè)量?jī)x的一個(gè)要緊問題是無(wú)法調(diào)節(jié)同時(shí)無(wú)法精確地讀出壓力。本人喜愛使用壓力變速器，因?yàn)樗鼈兡軌蛱峁└泳_的讀數(shù)并專門容易標(biāo)定。采納信號(hào)能夠用于數(shù)據(jù)記錄，并實(shí)現(xiàn)膜系統(tǒng)的電子操縱。壓力變速器的精確度一般高于Bourdon類型的測(cè)量?jī)x10倍，這關(guān)于膜系統(tǒng)中壓降的確定特不重要，是一個(gè)特不重要的測(cè)量參數(shù)。假如壓降的增加超過正常值，而流量條件正確，那么表明發(fā)生了物理縮比例或膜堵塞。用一般的測(cè)量?jī)x幾乎無(wú)法測(cè)量壓降，因?yàn)殛P(guān)于一個(gè)40bar的操作壓力，

47、壓力測(cè)量?jī)x可能的最大壓力指示會(huì)達(dá)到60或100bar。即使是專門好的壓力計(jì)其誤差值有1，通過轉(zhuǎn)換達(dá)1bar。為了計(jì)算壓降，用讀出的進(jìn)口壓力減去出口壓力。假如一個(gè)壓力計(jì)顯示40bar，另一個(gè)為38bar，由于壓力計(jì)本身的誤差，真正的差值一般在04bar。換句話講，壓力計(jì)導(dǎo)致較高的錯(cuò)誤結(jié)果，而壓力變速器能夠提供更可靠的資料。流量測(cè)定儀在膜系統(tǒng)中需要嚴(yán)格的流量測(cè)量和操縱。一般使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，它們?cè)谟刹僮鲉T進(jìn)行日常讀數(shù)的系統(tǒng)中足夠了，但也有些缺點(diǎn)，它們一般只提供一個(gè)視覺的讀數(shù)而不提供能夠數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)。因此，假如產(chǎn)品是比較混濁或帶有顏色，它們幾乎沒有用，且假如產(chǎn)品的密度或粘度不同于水它們的讀數(shù)也不正確

48、?？傊?，它們只能用于日常監(jiān)測(cè)。現(xiàn)在一直使用的流量計(jì)是電磁流量計(jì)。盡管電磁流量計(jì)看起來(lái)較貴，但它特不精確，能夠測(cè)出系統(tǒng)中的實(shí)際流量。丹麥Sikeborg公司的ProcesData流量計(jì)價(jià)格不貴且質(zhì)量相當(dāng)好，能夠滿足乳制品行業(yè)的衛(wèi)生級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，還有許多大的電磁流量計(jì)供貨商，如Krohne(德國(guó))、Siemens(德國(guó))Fischerard、Porter(英國(guó))、Danfoss(丹麥)。市場(chǎng)上多數(shù)流量計(jì)都用于一般場(chǎng)合，事實(shí)上還有許多其它的類型，如Burchert流量計(jì)使用一個(gè)小的信號(hào)裝置指示流量。由于這種流量計(jì)能夠耐受90高和氣高壓，因此能夠用于許多案例的測(cè)試。但不適用于流量大、產(chǎn)品中顆粒和纖維多的場(chǎng)合

49、。我們應(yīng)該特不注意透過液流量計(jì)。那個(gè)地點(diǎn)的問題要緊是用于生產(chǎn)和反沖洗循環(huán)過程的透過液流量計(jì)是專門不同的。在超濾系統(tǒng)中，反沖洗流量一般要高1030倍。在這種情況下，流量計(jì)變成了一個(gè)喉結(jié)，這不是我們所希望和同意的。解決的方法之一是為反沖洗裝置設(shè)置一個(gè)旁路閥，另一種方法是選擇的電磁流量計(jì)口徑應(yīng)同時(shí)適合于生產(chǎn)和反沖洗的流量。極少的流量計(jì)能耐受RO和NF系統(tǒng)中的壓力、pH和溫度。因此為這類膜過程選擇流量計(jì)時(shí)必須特不注意。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)膜系統(tǒng)中使用的儲(chǔ)罐為了便于排水完全應(yīng)作成圓錐形或斜底。否則一些顆粒、晶體或其它沈淀物質(zhì)將積在儲(chǔ)罐底部，遲早導(dǎo)致一些化學(xué)的、機(jī)械的或生物細(xì)菌的問題，或者三種問題同時(shí)發(fā)生。同時(shí)儲(chǔ)罐的

50、蓋子應(yīng)較松，便于沖洗和人工清洗。不管是否可能，儲(chǔ)罐內(nèi)部不設(shè)加熱盤或液位開關(guān)也是特不重要的。所有的測(cè)量裝置應(yīng)該置于儲(chǔ)罐外部。液位操縱最好使用壓力傳感器，溫度測(cè)量裝置能夠用管子連通裝置而不要置于儲(chǔ)罐內(nèi)。儲(chǔ)罐最適宜的材料是不銹鋼。其它多數(shù)材料都有內(nèi)在的溫度限制。在大型的超濾(UF)系統(tǒng)中，一般在進(jìn)水平衡槽旁設(shè)置一個(gè)滲透液槽，按 一般慣例是建兩個(gè)儲(chǔ)罐作為一個(gè)溢流單元。如此能夠在生產(chǎn)過程中將透過液和濃液分離開，然而當(dāng)把超大流量作為透過液時(shí)，在沖刷過程和反沖洗過程中同意透過液自流入進(jìn)水平衡槽，如此的作法在許多膜系統(tǒng)中被證明是專門切實(shí)可行的。圖3 兩個(gè)進(jìn)水儲(chǔ)罐使用一個(gè)壓力傳感器和兩個(gè)氣動(dòng)閥能夠使液位操縱比較

51、廉價(jià)。儲(chǔ)罐內(nèi)的液位傳感器能夠?qū)⒁何晦D(zhuǎn)換成315psi的信號(hào)，而兩個(gè)操縱進(jìn)水和出水壓力的氣動(dòng)閥負(fù)擔(dān)各自的范圍，一個(gè)在39psi(水閥)下操作，而另一個(gè)在915psi(產(chǎn)品閥)下操作。見圖3，兩個(gè)進(jìn)水儲(chǔ)槽。Uniq Filtration生產(chǎn)了用于食品行業(yè)的衛(wèi)生級(jí)液位傳感器。當(dāng)儲(chǔ)罐是空的時(shí)候，兩個(gè)閥門全開。當(dāng)液位上升時(shí)，水閥全關(guān)，到達(dá)某一稍高液位時(shí)，產(chǎn)品閥門開始關(guān)閉，預(yù)備調(diào)節(jié)進(jìn)入儲(chǔ)罐的產(chǎn)品的量。這是一個(gè)專門好的方法，供水作為一個(gè)安全措施，也使清渣和清洗變得容易，開始清渣時(shí)，先停止產(chǎn)品流量。我們建議采納手動(dòng)的可調(diào)節(jié)的壓力傳感器進(jìn)行進(jìn)水閥門的調(diào)節(jié)；這種方法比較簡(jiǎn)單，而且在實(shí)際運(yùn)用中工作良好。夾子、法蘭和

52、螺紋在所有的項(xiàng)目中被證明使用良好、穩(wěn)定、可靠的唯一的連接系統(tǒng)是三葉型夾子(Trillaer type clamp)。盡管此類夾子價(jià)格有些貴，但它關(guān)于夾住直徑6英寸內(nèi)的管件時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于直徑超過6英寸的管件，一般使用其它品牌的高質(zhì)量的法蘭，因?yàn)槿~夾子(Tri-clamptype)同意的壓力有限。人們不太同意三葉夾(Triclamp)，但還被廣泛使用，Tri-clamp的名稱已被廣泛使用，且被用來(lái)取代傳統(tǒng)的Triclover產(chǎn)品的名稱。假如是經(jīng)濟(jì)上的緣故，不應(yīng)使用螺紋接頭。因?yàn)樗鼈儾粔蛐l(wèi)生且難于正確地拆卸和安裝。法蘭的類型專門多，但衛(wèi)生級(jí)的實(shí)際上只有一種類型，它們一般差不多上體積龐大且重，因

53、此一般用于化學(xué)工業(yè)。結(jié)構(gòu)材料依照作者的觀點(diǎn)，有一個(gè)簡(jiǎn)單的原則能夠幸免膜系統(tǒng)中的許多機(jī)械問題：在膜系統(tǒng)中和液體接觸的所有部件和設(shè)備都使用高質(zhì)量的不銹鋼。這聽起來(lái)大概是一個(gè)昂貴的建議，然而當(dāng)您通過幾年的操作運(yùn)行后，看到了高分子材料、非不銹鋼材料的失敗和缺陷，不得不耗資改型時(shí)，關(guān)于我的建議就可不能感到驚奇了。和分離液體直接接觸的組件不能使用一般的鋼鐵，否則鐵銹的形成，同時(shí)鐵屑、薄片進(jìn)入膜系統(tǒng)將帶來(lái)許多的苦惱。在許多行業(yè)中，使用不銹鋼作為結(jié)構(gòu)材料不僅普遍而且依舊強(qiáng)制性的，象乳制品、制藥和石油化工行業(yè)。在水脫鹽處理一般還使用pvc、銅和一些低檔的不銹鋼。但實(shí)踐證明，長(zhǎng)期運(yùn)行后，其缺陷將較難被同意。一般直

54、徑3英寸以內(nèi)的不銹鋼的價(jià)格還較易被同意，甚至直徑4英寸的也不是太貴。但4英寸以上的價(jià)格卻漲勢(shì)驚人，因?yàn)榇罂趶讲讳P鋼的需求量專門小。注意“不銹鋼”那個(gè)定義并不是專門確切，因?yàn)椴牧系哪透g性只是在特定的條件下的。例如，北海(North Sea)的海水問題較多，但能夠用一般不銹鋼處理，大概是因?yàn)楹Ｋ^冷。而來(lái)自紅海(Red Sea)的海水比較溫?zé)?，具有專門強(qiáng)的腐蝕性，因此需要使用更好、更貴的不銹鋼。在膜系統(tǒng)中，有效的清洗系統(tǒng)有助于防止不銹鋼的部分銹蝕，而且終有一天通過完全地清洗能夠解決那個(gè)問題。更好的清洗方式能夠用硝酸使不銹鋼表面鈍化。實(shí)踐證明這種 操作能夠使系統(tǒng)保持許多年，除非系統(tǒng)專門快被腐蝕。在

55、膜系統(tǒng)中一般只使用高質(zhì)量的高分子材料，包括聚砜(PSO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、CPVC、Delrin和一些其它耐化學(xué)品、耐溫的機(jī)械強(qiáng)度較高的材料。然而，在低價(jià)水市場(chǎng)中應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，因?yàn)殛P(guān)于這類場(chǎng)合它們已能夠適用了。以下產(chǎn)品是純質(zhì)材料：ABS在水脫鹽系統(tǒng)中是特不有用的材料；Delrin亦稱為DOM；是一種特不行的材料，最大的缺陷是抗低pH環(huán)境的能力較差；PE聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好，但溫度穩(wěn)定性有限；PP聚丙烯是一個(gè)純化學(xué)的耐受力強(qiáng)的高分子材料，溫度穩(wěn)定性有限，但已有增強(qiáng)的趨勢(shì)；PSO在膜應(yīng)用工程中有許多不同類型的聚砜材料。在膜系統(tǒng)中它具有完全地耐和氣耐pH能力。

56、其要緊缺點(diǎn)是易脆，且對(duì)酮和芳香族化合物較敏感；PVCPVC大都用于低壓管，價(jià)格廉價(jià)，但有專門嚴(yán)格的溫度限制，只能用于無(wú)專門要求的項(xiàng)目，如地面水脫鹽等；CPVC氯化PVC比一般的PVC的溫度穩(wěn)定性更好些。但目前由于PVC行業(yè)的政治緣故可能在今后會(huì)把PVC材料排除在外；PVDF一種特不行的材料，但價(jià)格相當(dāng)貴，其熱穩(wěn)定性好，且化學(xué)穩(wěn)定性幾乎和特氟隆(Teflon)一樣穩(wěn)定。以下是一些復(fù)合材料：GRP玻璃纖維增強(qiáng)聚酯(玻璃鋼)被廣泛應(yīng)用于膜殼。盡管它有一些明顯的缺點(diǎn)，但已成為水脫鹽處理中的標(biāo)準(zhǔn)材料，其要緊的優(yōu)點(diǎn)是防腐性能好，價(jià)格低廉；Epoxy(環(huán)氧)一種僅由德國(guó)Membratec制造的專門專門的類型

57、，膜殼是薄壁型的，但不能耐高壓。確定墊圈的材料往往是一個(gè)容易被人遺忘的部分。在許多場(chǎng)合經(jīng)常適用EPDM。在那個(gè)地點(diǎn)，不要僅為了省鈔票，象腈橡膠這種廉價(jià)的材料使用壽命短。因此每次更換墊圈的費(fèi)用和苦惱都比較大。管道在膜系統(tǒng)中許多管道，通常專門容易找到需要材料。通常乳制品類型的管道最好，且價(jià)格最廉價(jià)，只因此其生產(chǎn)數(shù)量龐大，乳制品管的內(nèi)壁的質(zhì)量和性質(zhì)特不行。由于焊接產(chǎn)生許多潛在的腐蝕危險(xiǎn)，因此應(yīng)盡可能幸免焊接。在管道系統(tǒng)中使用抽拔方式制造T型接頭和支管。這種方式在乳制品行業(yè)應(yīng)用廣泛，且對(duì)薄壁管道專門容易制作。泵的類型和選擇沒有泵，沒有膜過濾！那個(gè)道理特不簡(jiǎn)單。有幸地是，可供選擇的泵專門多。但在膜過濾過

58、程中只有幾種類型適用。在膜系統(tǒng)中泵是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，而且單靠泵也不可能做到太好。以下是在膜過濾系統(tǒng)中使用的泵的類型：?jiǎn)渭?jí)離心泵多級(jí)離心泵；活塞泵；隔膜泵；Mohno類型的泵(專門少使用)。膜系統(tǒng)需要每年365天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此泵的質(zhì)量必須能滿足那個(gè)要求。膜系統(tǒng)的操作條件經(jīng)常與泵供貨商提供的數(shù)據(jù)不符，因?yàn)橄到y(tǒng)的流量和壓力的變化比較大，專門少位于設(shè)計(jì)點(diǎn)。大多數(shù)場(chǎng)合都使用一般的帶封閉葉輪的離心泵(3000/3600rpm)。關(guān)于乳制品行業(yè)離心泵特不有用，因?yàn)樗鼈兙哂小皢我弧钡奶匦?，有利于用作循環(huán)泵。正位移泵若不是特不需要，一般應(yīng)盡量幸免使用。因?yàn)樗鼈儍r(jià)格較貴、笨重，且大多數(shù)振動(dòng)大而引起管道

59、系統(tǒng)的震動(dòng)。因此必須設(shè)置一個(gè)安全閥幸免管道系統(tǒng)和膜的損壞。在大型系統(tǒng)中能夠換用離心泵。但由于離心泵專門難達(dá)到低流量高揚(yáng)程，因此對(duì)小型的RO系統(tǒng)需要使用正位移泵。作者也注意到，一些廠內(nèi)使用正位移泵，但這并不能改變幸免使用正位移泵的一般建議。應(yīng)該特不注意循環(huán)泵的使用。要緊的問題是因?yàn)楸M管由泵增加的壓力比較小，如2bar，但進(jìn)水管線中的壓力可能已達(dá)到40bar，因此循環(huán)泵的包裝必須特不牢固，其機(jī)械密封必須專門設(shè)計(jì)。泵的軸向軸承也必須特不牢固。這種不太多，且價(jià)格昂貴。在歐洲，有五家公司占據(jù)了那個(gè)市場(chǎng)。他們是：APVPasilac，Stamp，Grundfos，Tetra Laval和KSB。泵的類型定

60、 義低速轉(zhuǎn)速低于3600rpm高速轉(zhuǎn)速高于3600rpm單級(jí)離心泵低速一般低速離心泵泵用途比較廣泛，其轉(zhuǎn)速規(guī)定如下：50Hz電流 3000轉(zhuǎn)/分鐘；60Hz電流 3600轉(zhuǎn)/分鐘。也能夠使用更低轉(zhuǎn)速的，但投資也將相應(yīng)增加。低速要緊用于大流量。當(dāng)流量超過100m3/h時(shí)，能夠考慮使用1500rpm/1800rpm的泵。有些泵能夠操作在1000rpm(在歐洲)，它們的要緊優(yōu)點(diǎn)是效率特不高。有些用于糖加工業(yè)的大流量泵可輸送6000m3/h，其初期投資能夠因其低能耗而得以補(bǔ)償。泵一般使用封閉式葉輪，如此對(duì)產(chǎn)品的處理比較和氣，且效率高。在膜過濾廠中使用的泵極少使用開放式葉輪。高速高速離心泵要緊用于海水脫