膜過濾應(yīng)用手冊實(shí)踐技巧和提示模板

年4月19日膜過濾應(yīng)用手冊實(shí)踐技巧和提示模板資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。膜過濾應(yīng)用手冊實(shí)踐技巧和提示6月介紹這是膜過濾應(yīng)用手冊第二版。為了提高這本手冊的應(yīng)用價(jià)值,新增了預(yù)處理、自動(dòng)控制和泵的描述。這本手冊是在膜過濾領(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)域的新人提供一些幫助,回答一些問題。這本手冊對已從事膜設(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)對膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作的學(xué)習(xí)也有較大的幫助。本手冊提供的信息相對于理論計(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。雖然書中沒有太多的數(shù)學(xué)計(jì)算,但它對于工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用都是非常有用的,因?yàn)樗心み^濾領(lǐng)域許多”老到”的經(jīng)驗(yàn),即使對于業(yè)內(nèi)行家而言,它也并不是一本出版物而已。這本手冊并不適用于那些純粹的初學(xué)者,因?yàn)闀袑δず湍ぜ夹g(shù)的描述比較具體,而簡略了一些基礎(chǔ)的膜和化學(xué)知識(shí)。本手冊中大多數(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)分享的市場份額則相當(dāng)小。由于她們在領(lǐng)域的地位,在以前纖維膜系統(tǒng)、陶瓷膜系統(tǒng)和管式膜系統(tǒng)想成為市場主導(dǎo)的機(jī)會(huì)極小。因此在本書關(guān)于她們的信息比較少。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:很少人理解它們,而只有一些人喜歡它們,可是我們都需要它們。即使我們不喜歡它們,但我們知道它們能夠使生活更簡便和舒適。開發(fā)高效、完好、經(jīng)濟(jì)的膜來處理各種液體包括廢水的工作已進(jìn)行35年?？墒菍τ谌绾巫屓藗兤毡榱私饨ㄔO(shè)和操作一個(gè)膜工廠的工作還有很長的路要走。希望本書能幫助避免許多以往很容易的犯的錯(cuò)誤。同時(shí)我要真心感謝BjameNicolaisen提供的許多寶貴的技術(shù)上和語言上意見和建議,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!JorgenWagner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動(dòng)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)但不經(jīng)過膜的液體的體積?？山忉尀檫M(jìn)水不透過部分,也可稱為鹽水、廢棄物或在滲析過程中未經(jīng)過半透膜而保留下來的滯留物。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,它只用來指示膜是干凈的,運(yùn)行良好。Flux(通量)每單位面積、時(shí)間滲透的體積。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美國加侖=3.785升1英國加侖=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。Langelierindex(見SDSI.)如果指標(biāo)是正值,則可能指CaCO3比例。如果指標(biāo)是負(fù)值,則不可能指CaCO3比例。MWCO(切割值)分子量切割被稱為道爾頓值,意味著超過MWCO的90%的分子量將被截留。對于反滲透,MWCO有一個(gè)清楚的定義,但隨著其值越高,它的含義和值越含糊。它和測試的膜的類型有關(guān),對微濾則沒有意義。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)液體經(jīng)過膜的可用壓力。(P進(jìn)水+P濃水)/2—P透過液—(H濃水—H透過液)Pressuredrop(壓降)膜系統(tǒng)、膜殼(壓力容器)或膜組件進(jìn)出口的壓力損失進(jìn)水壓力進(jìn)水泵的壓力(標(biāo)準(zhǔn)說法)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”只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來定。滲透壓一般寫成PI或П,П=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。未說明其化學(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。原則上水是唯一經(jīng)過膜的物質(zhì);特別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,而能經(jīng)過單價(jià)的負(fù)離子。根據(jù)分子的大小和形狀,納濾也能截留不帶電荷、溶解性物質(zhì)和正電荷離子。納濾對氯化納0～50％的截留率主要決定于進(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)目上也是能夠被接受的。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經(jīng)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、無機(jī)酸或氫氧化納都不能經(jīng)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)都能夠自由經(jīng)過膜?？墒菍?shí)際情況和理想狀態(tài)有一定的差距。下表是對以上內(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膜類型非對稱膜非對稱膜非對稱膜對稱膜非對稱膜厚度薄膜厚度150μm1μm150μm1μm150~250μm1μm10~150μm孔徑<0,002μm<0,002μm0,2~0,02μm4~0,02μm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bar15~1505~351~10<2產(chǎn)品和膜過程許多產(chǎn)品使用膜來處理,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,而某些則是非常貴重的只要產(chǎn)物。表3列出了一些典型的應(yīng)用,陰影部分代表主要的產(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令人迷惑,因?yàn)樵S多材料都能夠用來做膜,而它們又有許多商務(wù)名稱,實(shí)際上,真正使用的材質(zhì)很少,而且大多數(shù)銷售和使用的膜只是一些很基本的類型。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,特別是針對于pH和溫度。CA其主要的優(yōu)點(diǎn)是低價(jià),以及由于它的親水性使其不易阻塞污染。如今還有一些”頑固的”用戶堅(jiān)持購買”同樣的膜直到最后”,她們堅(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年以來已被廣泛應(yīng)用于UF和MF膜。PSO的主要優(yōu)點(diǎn)是它良好的耐溫和耐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,可是它并未被廣泛使用,因?yàn)樗茈y使膜具有良好且穩(wěn)定的分離特性。它的主要優(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,它一般被縮寫為TFC和TFM,被用來代替醋酸纖維RO膜。其主要的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)具有較高的通量和很高的鹽截留率,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。一般來講,一種薄膜復(fù)合膜由一個(gè)PSO(聚砜)膜作為其非常薄的表面層的支撐,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,Film Tec主導(dǎo)了二層膜設(shè)計(jì)的市場,并很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領(lǐng)了水脫鹽處理的市場。多年以來膜已有了很大的發(fā)展,但基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沒有改變,如今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很難和二層競爭,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,更不易阻塞污染。它們一般用于RO和NF,對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。以下是根據(jù)膜的表面積來劃分的全世界膜的消耗量。復(fù)合RO膜85％復(fù)合NF膜3～5％聚砜UF和MF膜5～7％其它膜3～5％”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。膜材料的選擇對于一個(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。能夠選擇對于過程環(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)可能對膜的選擇有些幫助。表4一些膜材料的抗化學(xué)性能復(fù)合膜CAPSOPVDFPANSiO2纖維素3<Ph<8√√√√√√√Ph<3或Ph>8√√√√√√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。除了已經(jīng)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,對于一個(gè)分離過程只有經(jīng)過良好的計(jì)劃和成功的試驗(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。當(dāng)前主要的膜類型是卷式膜組件,雖然以下的說法對所有膜類型都適用,但我們還是以卷式膜為例。一般膜表面的襯背材料是一個(gè)限制因素。當(dāng)前使用最廣泛的襯背材料是聚酯(PE)。它具有非常良好的溫度穩(wěn)定性,但受限于高pH環(huán)境。因此,許多膜說明書中列出了最高pH11.5的限制。然而,許多膜能夠以聚丙烯(PP)作為襯背,它具有非常良好的pH穩(wěn)定性,但溫度受限制,會(huì)給膜產(chǎn)品帶來麻煩。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,必須確定這種組合對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,可是能夠提供良好的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)靈活的變化范圍,在其它條件正常的情況下短時(shí)間超過范圍不會(huì)有太大影響。一般低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)境當(dāng)前世界上還在尋找能耐受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足當(dāng)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、低溫和較短持續(xù)時(shí)間的條件下。膜結(jié)構(gòu)從表面看,所有的RO、NF和UF膜都是非對稱型的。這將多數(shù)膜和一般的過濾器區(qū)分開來,如咖啡過濾器,它們是對稱型的,換句話說,在過濾器的兩側(cè)是對稱的。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,這也稱為皮膚層。它很薄,一般<<0.1μm。而膜本身在150～250μm,大多數(shù)膜為皮膚層提供結(jié)構(gòu)支撐。非對稱結(jié)構(gòu)意味著膜孔徑遠(yuǎn)大于致密表層的孔徑,這樣能夠避免膜孔被堵塞。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經(jīng)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,μmMF5~0.1UF0.1~0.01NF,RO0.001理論上迄今為止,還無法用顯微鏡從RO膜和NF膜中觀察到小孔,但水還是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年來研究膜的科學(xué)家并不真正了解膜是怎樣的或?yàn)槭裁从羞@些功能的,或至少她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經(jīng)過膜而產(chǎn)生的。如果她只是經(jīng)過顯微鏡來觀察膜,則她可能會(huì)拒絕接受這個(gè)事實(shí),因?yàn)轱@微鏡中根本無法看到小孔,因此也不可能透過水。盡管我們還無法了解以上的現(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。但如果現(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,當(dāng)然必須先對進(jìn)水進(jìn)行精確而完整的分析。表6膜制造商1996年以來主要制造商的不完全統(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√√DESALOsmonics中等√美國√√√√√DSS小√丹麥√√√√√FilmTecDowChemicals大√美國√√(√)√FluidSystemsKoch中等√美國√√√(√)√Hoechst小√德國√√√HydranauticsToray中等√美國√√KiryatWeizmanKoch小√√以色列√√√√√Koch/Abcor中等√√√美國√√√√Membratek小√SA√√√Osmonics中等√美國√√√√√√PCIThamesWater小√UK√√√√SCT小√法國√√StorkFriesland小√荷蘭√√Tami小√法國√√Toray中等√日本√√√Trisep中等√美國√√√√XFLOW小荷蘭√√√√膜組件/組件設(shè)計(jì)就象前面所提到的那樣,當(dāng)前市場上有許多種膜構(gòu)型。卷式構(gòu)型占膜市場的主導(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)。經(jīng)過了許多試驗(yàn)和失敗后,重新設(shè)計(jì)的組件已經(jīng)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)、高純水以及一些高溫和極端pH的場合?？墒?大多數(shù)膜公司只為極端項(xiàng)目提供一種卷式膜。管式膜已存在較長一段時(shí)間了。它的設(shè)計(jì)簡潔而易于理解。許多大學(xué)院校喜歡用管式膜,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),管式膜在市場上有一定的地位,雖然比較小。板框式(板式)系統(tǒng)早先由DDS主導(dǎo),并在歐洲占據(jù)乳制品市場了。在1989年∽1995年期間缺乏研發(fā)和居高不下的價(jià)格結(jié)構(gòu)或多或少地扼殺了其設(shè)計(jì)進(jìn)步。當(dāng)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)雖然價(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)能夠耐非常高的壓力,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。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)徑很小,一般<2mm。同大口徑管式膜最大的不同點(diǎn)在于纖維系統(tǒng)一般無需支撐,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)型也非常昂貴。理論上說,陶瓷系統(tǒng)對微濾(MF)非常有效。事實(shí)上,其市場非常小。中空纖維構(gòu)型早先由杜邦公司用于海水脫鹽。由于需要非常嚴(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;無密封ATD防壓縮裝置星形;盤孔形(hole-platetype)?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1~0.5英寸;管長,一般3.3~5米;每個(gè)模塊管的數(shù)量。膜殼材料不銹鋼;PVC;無支撐端蓋在一個(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”這個(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)。對于板框式系統(tǒng),除了它們都是平板膜外,在組件中板和模的排列有較大的區(qū)別。表9列出了主要的板框式產(chǎn)品。表9板框式產(chǎn)品和組件列表(不完全)DDSM30用作RO和NF的帶有圓形膜的垂直組件,這種構(gòu)型已陳舊。DDSM35-M39編號(hào)35~39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)。特別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。RhonePoulenc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。ValmetFlootekCR過濾器是一個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng),能夠在很臟的水中操作,還能達(dá)到高通量?？墒瞧渫顿Y非常高。纖維系統(tǒng)的分類和參數(shù)表10纖維系統(tǒng)的分類和參數(shù)尺寸纖維的內(nèi)徑纖維的長度每個(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)高低平均平均很高低設(shè)備投資低高低高很高中等很高污染趨勢平均低平均低很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很大預(yù)處理(也可見表26)≤50μm不含纖維濾網(wǎng)≤100μm很少纖維≤100μm很少纖維≤5μm嚴(yán)格預(yù)處理濾網(wǎng)注意:1)膜系統(tǒng)只能按一種方式設(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)在市場上有許多不同的膜殼設(shè)計(jì),能夠根據(jù)材料(不銹鋼和高分子)或功能(側(cè)面端口進(jìn)出或經(jīng)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。但也并不是毫無問題。它們在地面水和海水的脫鹽處理中運(yùn)用良好,但對其余的產(chǎn)品卻有些問題。多數(shù)高分子膜殼使用一個(gè)拉緊環(huán)來穩(wěn)固端蓋。不銹鋼膜殼早先專用于乳制品行業(yè)。如今它們的應(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,這樣會(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)非常寬泛的標(biāo)準(zhǔn)范圍,且無標(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)用的都是美國英寸度量標(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<50℃<100℃?zhèn)榷诉M(jìn)入困難/很少簡單/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100％150～200％2.5″,4.0″,8.0″純水標(biāo)準(zhǔn)很少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″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)入型的主要優(yōu)點(diǎn)是在衛(wèi)生級(jí)系統(tǒng)中允許高流量。但在水脫鹽中很少使用。卷式膜組件的尺寸在當(dāng)今是非常關(guān)鍵的。外徑、組件長度和中心管的內(nèi)徑都沒有標(biāo)準(zhǔn)化。因此更換組件使供貨商變得非常困難,也給模塊制造商帶來許多麻煩。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還是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);經(jīng)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)荷經(jīng)過膜組件的結(jié)果。具體例子見表13。我們很容易理解的是,如果進(jìn)水壓力是10bar,則進(jìn)出口之間的壓力變化很小,并可忽略不計(jì)。但如果進(jìn)水壓力只有1～5bar,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)說明表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,bar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302.5″4.0″8.0″0.70.30.1～0.7乳制品303.8″4.2″5.8″6.3″1.01.01.01.01.01.00.70.70.7～1.20.7～1.20.5～1.20.5～1.2特殊場合4790904″4″6″1,21,21,01,01,21,00,5～1,00,5～2,00,5～1,2表15每個(gè)膜殼內(nèi)的組件數(shù)量RONFUFMF純水:一般范圍61～861～631～421～2液體分離:一般范圍41～441～431～321～2膜和系統(tǒng)的局限性溫度膜的一般簡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℃。一般來說復(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)情況下并不但受膜本身的溫度限制而限制,而更主要受膜的構(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℃。這個(gè)限制對用于水脫鹽的標(biāo)準(zhǔn)組件是有效的,但當(dāng)前市場上已有能耐更高溫度的卷式膜組件。雖然在水脫鹽中45℃并不是一個(gè)最高溫度限制,但對于食品和分離行業(yè)的個(gè)案卻有問題。經(jīng)過了許多試樣和失敗后,一些公司已經(jīng)成功地研制出了耐溫穩(wěn)定的膜組件。多年來用于乳制品行業(yè)的組件已能夠在比供貨商原先說明的更高的溫度(和壓降)下操作了。如今,在乳制品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組件的真正溫度限制是55℃,在正常操作中很少會(huì)在這個(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,這樣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。來自DESALTM公司的此種類型的膜其銷售名稱為DURATHERM?EXCEL。好的溫度穩(wěn)定性能夠確保這些組件徹底滅菌,或者它們能夠持續(xù)操作在理論上微生物不會(huì)有任何生長的溫度下。膠的超濾中的膜能夠喜愛80～90℃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膜組件已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域起主導(dǎo)地位,能夠在140℃無水操作。這可能已經(jīng)非常接近高分子膜的極限。表16卷式膜已經(jīng)的溫度限制持續(xù)最大溫度,℃短時(shí)間最大溫度,℃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,特殊流道最大溫度,℃(最大壓力,bar)45(42)80(5)Duratherm?組件最大溫度,℃7090Duratherm?EXCEL組件最大溫度,℃8090請仔細(xì)閱讀供貨商提供的有關(guān)膜組件的說明書,關(guān)注如pH、通量和壓力等方面的限制。高溫操作一個(gè)正面的影響是: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,這樣能夠減少電耗。高溫一般被認(rèn)為問題比較多。但作者也經(jīng)常發(fā)現(xiàn):即使在高溫下比常溫必須對一些細(xì)節(jié)予以更多的關(guān)注和重視,但高溫膜操作還是有許多優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)注意主要的原則: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)膜壓力將使膜變得非常平(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)致膜的徹底損壞。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<50℃;板框式系統(tǒng),根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì),操作溫度可>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。壓力所有的膜對壓力都是敏感的?！眽壕o”(compaction)一詞常見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?防止壓力將膜擠壓入支撐材料。因此仔細(xì)地閱讀和遵守供貨商的說明書是非常重要的。一般這類說明書不但基于理論計(jì)算而且得之于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),因此我們何必去重復(fù)別人的失敗經(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避免壓緊的指導(dǎo)方針(不適用于CA膜)壓力<20bar壓緊最小溫度<15℃壓緊最小15～50℃限制壓力最大30bar>50℃可能引起嚴(yán)重壓緊>80℃保持壓力低于5bar,有些不可避免的壓緊關(guān)于膜的最大允許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避免或使壓緊最小化的指導(dǎo)方針壓力(bar)╳溫度(℃)＝Wagner單位<1200安全操作,標(biāo)準(zhǔn)組件1200～較困難,特殊組件設(shè)計(jì)>很困難,不太可能實(shí)現(xiàn),非常特殊的組件設(shè)計(jì)pH除了CA膜外大多數(shù)的膜對極端pH有較好的耐受力。一般對許多膜主要的限制是因?yàn)槭褂昧司埘ヒr背,經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用其pH上限為11.5。在很高的pH值下許多膜的性能將發(fā)生改變,但還能夠用。多數(shù)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012～14*)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)。**)當(dāng)前的趨勢應(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)水流量對膜沒有絕正確進(jìn)水流量限制。但膜或組件的機(jī)械強(qiáng)度對其有所限制。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。因此只要壓降允許,通量滿足要求并穩(wěn)定,粘度才不能為操作問題。可見除了高粘度進(jìn)水對于一個(gè)膜系統(tǒng)來說不但是個(gè)膜的問題,更是一個(gè)工程問題。系統(tǒng)組件一個(gè)膜系統(tǒng)不但僅包括膜本身。本節(jié)將看重討論膜系統(tǒng)中的主要組件。加熱/冷卻和熱交換器在膜系統(tǒng)中常見多管(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)在管子外面,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)備還是比較常見的。多管熱交換器其工作方式不同于傳統(tǒng)的盤式熱交換器。主要不同點(diǎn)在于:在一個(gè)信道內(nèi)產(chǎn)品的溫度變化很小,一般僅0.5℃或更小;相比于熱交換介質(zhì)的流量,產(chǎn)品流量大。由于產(chǎn)品的冷卻需求不但僅為了產(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時(shí)間。而經(jīng)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-Pasilac和UniqFiltration公司處購買。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控制。理論上這可能是正確,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控制目的比較困難,但也不是不可能。球閥和蝶閥的一個(gè)有利的方面是,它們具有允許流量和壓降有較大不同的性能,如此被用來獲得生產(chǎn)和清洗的正確條件。在膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)主要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)必須根據(jù)小流量濃縮來控制。在這兒用的閥門是一種針式閥。如果濃液中不含有懸浮固體,這種類型一般能運(yùn)行良好,但很少的懸浮固體卻能經(jīng)過針式閥,嚴(yán)重阻塞濃縮口而導(dǎo)致控制問題。當(dāng)在含有懸浮固體很多的液體中操作時(shí),控制問題能夠經(jīng)過”止水濃縮閥”來解決。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控制閥門開啟的周期長度,定時(shí)器2控制閥門開啟的時(shí)間。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控制。用于濃縮的控制閥對在反沖洗過程(CIP)中所需的大水量來說太小。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4路蝶閥,如果從T形接頭到閥門的管道的長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,雖然這有些違背原則。其訣竅是經(jīng)過擠壓出口的密封將高壓引向活塞的一側(cè),換句話說將水流引向標(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,閥門無法打開。在反沖洗和沖刷過程中,管線的壓力很低以致閥門無法打開。(創(chuàng)造者:TomSirnes)圖2濃縮閥根據(jù)教科書所說,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)。泵也可用作特殊的閥門。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閥。這也能夠用來剪切敏感產(chǎn)品如蛋白。壓力測量在膜過濾系統(tǒng)中壓力是驅(qū)動(dòng)力,必須被監(jiān)測。以前只能夠使用含有振動(dòng)板的測量儀,而且必須經(jīng)過充分減振。使用Bourdon類型的測量儀的一個(gè)主要問題是無法調(diào)節(jié)而且無法精確地讀出壓力。本人喜歡使用壓力變速器,因?yàn)樗鼈兡軌蛱峁└泳_的讀數(shù)并很容易標(biāo)定。采用信號(hào)能夠用于數(shù)據(jù)記錄,并實(shí)現(xiàn)膜系統(tǒng)的電子控制。壓力變速器的精確度一般高于Bourdon類型的測量儀10倍,這對于膜系統(tǒng)中壓降的確定非常重要,是一個(gè)非常重要的測量參數(shù)。如果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阻塞。用普通的測量儀幾乎無法測量壓降,因?yàn)閷τ谝粋€(gè)40bar的操作壓力,壓力測量儀可能的最大壓力指示會(huì)達(dá)到60或100bar。即使是很好的壓力計(jì)其誤差值有1％,經(jīng)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。如果一個(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0～4bar。換句話說,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。流量測定儀在膜系統(tǒng)中需要嚴(yán)格的流量測量和控制。一般使用轉(zhuǎn)子流量計(jì),它們在由操作員進(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,如果產(chǎn)品是比較混濁或帶有顏色,它們幾乎沒有用,且如果產(chǎn)品的密度或粘度不同于水它們的讀數(shù)也不正確?？傊?它們只能用于日常監(jiān)測。如今一直使用的流量計(jì)是電磁流量計(jì)。雖然電磁流量計(jì)看起來較貴,但它非常精確,能夠測出系統(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)、Siemens(德國)Fischerard、Porter(英國)、Danfoss(丹麥)。市場上多數(shù)流量計(jì)都用于普通場合,其實(shí)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℃高溫和高壓,因此能夠用于許多案例的測試。但不適用于流量大、產(chǎn)品中顆粒和纖維多的場合。我們應(yīng)該特別注意透過液流量計(jì)。這里的問題主要是用于生產(chǎn)和反沖洗循環(huán)過程的透過液流量計(jì)是很不同的。在超濾系統(tǒng)中,反沖洗流量一般要高10～30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接受的。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)必須特別注意。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)膜系統(tǒng)中使用的儲(chǔ)罐為了便于排水徹底應(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)罐的蓋子應(yīng)較松,便于沖洗和人工清洗。不論是否可能,儲(chǔ)罐內(nèi)部不設(shè)加熱盤或液位開關(guān)也是非常重要的。所有的測量裝置應(yīng)該置于儲(chǔ)罐外部。液位控制最好使用壓力傳感器,溫度測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。這樣能夠在生產(chǎn)過程中將透過液和濃液分離開,可是當(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允許透過液自流入進(jìn)水平衡槽,這樣的作法在許多膜系統(tǒng)中被證明是很切實(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)閥能夠使液位控制比較便宜。儲(chǔ)罐內(nèi)的液位傳感器能夠?qū)⒁何晦D(zhuǎn)換成3～15psi的信號(hào),而兩個(gè)控制進(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3～9psi(水閥)下操作,而另一個(gè)在9～15psi(產(chǎn)品閥)下操作。見圖3,兩個(gè)進(jìn)水儲(chǔ)槽。UniqFiltration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,準(zhǔn)備調(diào)節(jié)進(jìn)入儲(chǔ)罐的產(chǎn)品的量。這是一個(gè)很好的方法,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。我們建議采用手動(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);這種方法比較簡單,而且在實(shí)際運(yùn)用中工作良好。夾子、法蘭和螺紋在所有的項(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(Trillaertypeclamp)。雖然此類夾子價(jià)格有些貴,但它對于夾住直徑6英寸內(nèi)的管件時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)。對于直徑超過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-clamp?type)允許的壓力有限。人們不太接受三葉夾(Triclamp),但還被廣泛使用,Tri-clamp?的名稱已被廣泛使用,且被用來取代傳統(tǒng)的Triclover產(chǎn)品的名稱。如果是經(jīng)濟(jì)上的原因,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。法蘭的類型很多,但衛(wèi)生級(jí)的實(shí)際上只有一種類型,它們一般都是體積龐大且重,因此一般用于化學(xué)工業(yè)。結(jié)構(gòu)材料根據(jù)作者的觀點(diǎn),有一個(gè)簡單的原則能夠避免膜系統(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。這聽起來似乎是一個(gè)昂貴的建議,可是當(dāng)您經(jīng)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),對于我的建議就不會(huì)感到奇怪了。和分離液體直接接觸的組件不能使用普通的鋼鐵,否則鐵銹的形成,而且鐵屑、薄片進(jìn)入膜系統(tǒng)將帶來無數(shù)的麻煩。在許多行業(yè)中,使用不銹鋼作為結(jié)構(gòu)材料不但普遍而且還是強(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,長期運(yùn)行后,其缺陷將較難被接受。一般直徑3英寸以內(nèi)的不銹鋼的價(jià)格還較易被接受,甚至直徑4英寸的也不是太貴。但4英寸以上的價(jià)格卻漲勢驚人,因?yàn)榇罂趶讲讳P鋼的需求量很小。注意”不銹鋼”這個(gè)定義并不是很確切,因?yàn)椴牧系哪透g性只是在特定的條件下的。例如,北海(NorthSea)的海水問題較多,但能夠用普通不銹鋼處理,大概是因?yàn)楹Ｋ^冷。而來自紅海(RedSea)的海水比較溫?zé)?具有很強(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,而且終有一天經(jīng)過徹底地清洗能夠解決這個(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)很快被腐蝕。在膜系統(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)、C－PVC、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)水市場中應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),因?yàn)閷τ谶@類場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)中是非常有用的材料;Delrin－亦稱為DOM;是一種非常好的材料,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;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)中它具有完全地耐溫和耐pH能力。其主要缺點(diǎn)是易脆,且對酮和芳香族化合物較敏感;PVC－PVC大都用于低壓管,價(jià)格便宜,但有很嚴(yán)格的溫度限制,只能用于無特殊要求的項(xiàng)目,如地面水脫鹽等;C－PVC－氯化PVC比一般的PVC的溫度穩(wěn)定性更好些。但當(dāng)前由于PVC行業(yè)的政治原因可能在將來會(huì)把PVC材料排除在外;PVDF－一種非常好的材料,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。雖然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,其主要的優(yōu)點(diǎn)是防腐性能好,價(jià)格低廉;Epoxy(環(huán)氧)－一種僅由德國Membratec制造的很特殊的類型,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。在許多場合經(jīng)常適用EPDM。在這里,不要僅為了省錢,象腈橡膠這種便宜的材料使用壽命短。因此每次更換墊圈的費(fèi)用和麻煩都比較大。管道在膜系統(tǒng)中許多管道,一般很容易找到需要材料。一般乳制品類型的管道最好,且價(jià)格最便宜,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)非常好。由于焊接產(chǎn)生許多潛在的腐蝕危險(xiǎn),因此應(yīng)盡可能避免焊接。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,且對薄壁管道很容易制作。泵的類型和選擇沒有泵,沒有膜過濾!這個(gè)道理非常簡單。有幸地是,可供選擇的泵很多。但在膜過濾過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:單級(jí)離心泵多級(jí)離心泵;活塞泵;隔膜泵;Mohno類型的泵(很少使用)。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)量必須能滿足這個(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,很少位于設(shè)計(jì)點(diǎn)。大多數(shù)場合都使用普通的帶封閉葉輪的離心泵(3000/3600rpm)。對于乳制品行業(yè)離心泵特別有用,因?yàn)樗鼈兙哂小眴我弧钡奶匦?有利于用作循環(huán)泵。正位移泵若不是特別需要,一般應(yīng)盡量避免使用。因?yàn)樗鼈儍r(jià)格較貴、笨重,且大多數(shù)振動(dòng)大而引起管道系統(tǒng)的震動(dòng)。因此必須設(shè)置一個(gè)安全閥避免管道系統(tǒng)和膜的損壞。在大型系統(tǒng)中能夠換用離心泵。但由于離心泵很難達(dá)到低流量高揚(yáng)程,因此對小型的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,但這并不能改變避免使用正位移泵的一般建議。應(yīng)該特別注意循環(huán)泵的使用。主要的問題是因?yàn)殡m然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)泵的包裝必須非常堅(jiān)固,其機(jī)械密封必須特殊設(shè)計(jì)。泵的軸向軸承也必須非常堅(jiān)固。這種不太多,且價(jià)格昂貴。在歐洲,有五家公司占領(lǐng)了這個(gè)市場。她們是:APV－Pasilac,Stamp,Grundfos,TetraLaval和KSB。泵的類型定義低速轉(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。低速主要用于大流量。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),它們的主要優(yōu)點(diǎn)是效率非常高。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,這樣對產(chǎn)品的處理比較溫和,且效率高。在膜過濾廠中使用的泵極少使用開放式葉輪。高速高速離心泵主要用于海水脫鹽。在市場上有一些不同類型的高速離心泵。Sunstrand(美國)公司銷售轉(zhuǎn)速在30000rpm以上的一級(jí)離心泵已有很多年了。這意味著一級(jí)離心泵能夠傳遞70bar或更高的壓力。小一些的泵的效率會(huì)比人們所期望的低些,而大泵的操作效率比較合理。小泵真正的優(yōu)點(diǎn)是泵殼較小,但需要復(fù)雜的齒輪箱,且噪音大。這些年為了更高效率的多級(jí)離心泵人們展開了激烈的競爭。EnviroTech(美國)公司銷售一種特殊的泵,RotoJet,其整個(gè)高壓端是靜態(tài)的。帶水的鼓室快速旋轉(zhuǎn),一根皮托管插入鼓室外圍高速運(yùn)行的液體中,將液體的速度動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能量。泵設(shè)計(jì)方案使我們能夠看到產(chǎn)生壓力的皮托管。這是一種不同尋常的設(shè)計(jì)。多級(jí)離心泵低速多級(jí)離心泵使用得很多,且似乎有一根行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):其輸出最大壓力為26bar。壓力在26bar以下的泵比較容易做,而超過26bar則比較麻煩。Grundfos(丹麥)公司在歐洲是流量大于50m3/h,壓力小于26bar的泵的市場領(lǐng)導(dǎo)者。她們同欲分享市場的其它泵生產(chǎn)商展開了激烈的競爭。這些泵往往能夠運(yùn)行許多年而不需要維修。還能夠在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行,如帶有破壞性的冰凍環(huán)境。Tonkaflo(美國)生產(chǎn)用于RO系統(tǒng)的泵。其在歐洲不太出名,它們和Grundfos形成競爭。Tonkaflo泵傳遞壓力可達(dá)40bar,因此在超過26bar高壓場合銷售良好。KSB(德國)生產(chǎn)很多類型的泵,大多用于工業(yè)場合。她們也生產(chǎn)很有趣、大型的工業(yè)多級(jí)離心泵,它們能夠在高壓下傳輸每小時(shí)幾百立方米的流量。Sulzer(瑞士)制造的泵類似于KSB,但不如KSB有名。高速Grundfos(丹麥)公司能夠生產(chǎn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速在5000～6000rpm的多級(jí)離心泵。這種類型的泵經(jīng)過幾級(jí)壓力達(dá)到70bar。它們經(jīng)過一個(gè)扁的帶式裝置達(dá)到這個(gè)速度。一般由一個(gè)Pelton渦輪驅(qū)動(dòng),同時(shí)由反滲透離心機(jī)驅(qū)動(dòng)(能量回用)。正位移泵正位移泵不論壓力如何,傳輸幾乎恒定的流量。當(dāng)然也有些實(shí)際的應(yīng)用限制。正位移泵的種類挺多,其中有一些—說起來—比其它的更”正”一些。活塞泵最初的柱塞泵有一個(gè)或多個(gè)活塞。市場上有許多生產(chǎn)小型、三個(gè)活塞的柱塞泵,但只有很少的產(chǎn)品適用于膜系統(tǒng)。均質(zhì)泵是一種價(jià)格非常昂貴,但也非常牢固的泵。主要用于牛奶均質(zhì)和其它一些含脂肪的物料的處理。隔膜泵和均質(zhì)泵一樣好,價(jià)格更貴。一般用于低流量和高壓的場合。所有的正位移泵都會(huì)在管線系統(tǒng)中引起震動(dòng)。一般安裝震動(dòng)緩沖器,只要運(yùn)行良好有助于減震。但還是有些震動(dòng),長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)引起管線破裂以及螺釘螺母松動(dòng)等問題。在實(shí)驗(yàn)室中,很難避免使用正位移泵。而在工業(yè)系統(tǒng),則被盡量避免使用。預(yù)處理方法和策略預(yù)處理的策略能夠有非常廣泛的目的,有時(shí)還可能完全相反.見表25。表25預(yù)處理增加溶解性PH、溫度及綜合因素降低溶解性(使結(jié)晶化)控制結(jié)晶化,使產(chǎn)生微小晶體,如加熱并保持延遲結(jié)晶化使用阻垢劑減少低溶解性的溶質(zhì)使用離子交換介質(zhì)(如鈣－鈉交換)減少懸浮固體使用過濾器、離心分離機(jī)、沈淀、沈降、浮選減少有機(jī)溶劑蒸餾減少重金屬、氧化重金屬Cr+6→Cr+3,Fe+2→Fe+3,以氫氧化物形式沈淀殺死微生物巴氏殺菌法、消毒和化學(xué)處理,同時(shí)去除死去的微生物微生物變異的高度濃縮蛋白的發(fā)酵在反滲透前去除不溶性的有機(jī)固體使用納濾或超濾,例如去除腐殖酸或不溶解的礦物油。料液中的懸浮固體是非常難處理的問題。到當(dāng)前為止,一般采用的預(yù)處理方法是傳統(tǒng)的過濾。在最初的乳制品行業(yè)中也會(huì)使用離心的方法。微生物代表了一個(gè)特殊的問題。不論它們是死或活,都可能阻塞膜片?；畹奈⑸锟赡芙?jīng)過自生的新陳代謝產(chǎn)物或與料液中的細(xì)菌反應(yīng)而引起阻塞。死的微生物的細(xì)胞殘害,主要是細(xì)胞膜,能夠引起阻塞。從物料中去除細(xì)胞殘骸和新陳代謝產(chǎn)物是非常困難的,因?yàn)橛杉?xì)胞產(chǎn)生的各種物質(zhì)一般具有抗氧化能力和抗高pH值環(huán)境的能力。表28和表29列出了在預(yù)處理中使用的常規(guī)方法。雖然能列出的預(yù)處理方法非常多,但一般使用的方法很少。因此,如果你需要處理一種沒有在此列出的產(chǎn)品,能夠采用在此表中列出的同類產(chǎn)品相同的預(yù)處理方法。雖然這部分信息是經(jīng)過行業(yè)整理的,也能夠象以下列出的那樣,經(jīng)過產(chǎn)品的類型歸類。例如:蛋白質(zhì):奶酪、奶類(母牛奶、羊奶、馬奶、水牛奶)、黃豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血漿、魚刺水和魚凍。多糖:角叉(菜)膠、果膠、瓊脂、樹脂、黃原膠。果汁:蘋果汁、梨汁、菠蘿汁。預(yù)過濾的要求變化很大。管式膜對料液中的顆粒有耐受力,其它的所有系統(tǒng)都要求對料液進(jìn)行過濾。表26提供了一些指導(dǎo)。表26預(yù)過濾要求流道亦可見表11管式系統(tǒng)1英寸過濾至毫米級(jí)管系統(tǒng)0.5英寸應(yīng)在0.5mm左右纖維系統(tǒng)<2mm必須達(dá)100微米或更小板框系統(tǒng)<1mm必須達(dá)5微米或更小卷式組件90mil必須達(dá)100微米或更小卷式組件47mil必須達(dá)5微米或更小卷式組件30mil必須達(dá)10微米或更小中空精纖維系統(tǒng)未定義非常敏感,建議物料進(jìn)行超濾或微濾表27列出了在膜表面發(fā)現(xiàn)的最常見的物質(zhì)。表27與膜相對抗的物質(zhì)對抗物質(zhì)無機(jī)材料有機(jī)材料生物量纖維酸╳╳海藻氫氧化鋁(Al(OH)3)╳氧化鋁(Al2O3)╳╳細(xì)菌硫酸鋇(BaSO4)╳碳酸鈣(CaCO3)╳磷酸氫鈣(CaHPO4)╳陽離子╳動(dòng)物卵黃系帶╳氫氧化鉻(Cr(OH)3)╳染色、聚酰胺、聚酯、棉制品╳╳脂肪╳纖維(紡織品)╳╳過濾器╳╳提純(水果、奶酪、酵素等)╳╳凝聚劑青草、大麻╳╳油脂╳頭發(fā)╳╳腐殖酸╳氫氧化鐵(Fe(OH)3)╳橡膠╳碳酸鎂(MeCO3)╳氫氧化錳(Mn(OH)2)╳中密度玻璃纖維排水╳╳金屬銼屑╳油╳油漆╳造紙加工排水╳╳╳蛋白質(zhì)╳紙漿排水╳╳╳砂、二氧化硅(SiO2)╳硅油╳淤泥╳溶劑╳硫化鍶(SrSO4)╳酵母、發(fā)酵粉╳表28預(yù)處理方法－1物理法化學(xué)法加熱法電化學(xué)法離心/分離╳聯(lián)合體╳不溶性空氣浮選╳電子凝聚作用╳╳過濾器╳╳絮凝作用╳加熱并保持╳膜╳╳臭氧╳巴氏殺菌法PH╳沈淀╳蒸餾╳熱交換╳UV╳表29預(yù)處理方法－2乳制品食品廢水應(yīng)用水處理水離心/洗滌機(jī)╳╳╳復(fù)合物╳不溶性空氣浮選╳╳電子凝聚作用╳過濾器╳╳╳╳╳絮凝作用╳加熱并保持╳膜╳╳臭氧,氯氣╳巴氏殺菌法╳╳PH╳╳沈淀╳蒸餾╳╳熱交換╳╳╳╳UV╳UV＋H2O2╳名詞”過濾器”代表了許多類型的過濾器。一般大都是終端過濾器,但也存在錯(cuò)流過濾過濾器。大多數(shù)與膜過濾系統(tǒng)相連接的過濾器有套筒過濾器、袋式過濾器、砂礫過濾器、移動(dòng)帶式過濾器、預(yù)涂助濾劑的過濾機(jī)。藻類、細(xì)菌、酵母、vira?一般原則上藻類、細(xì)菌、酵母、vira等的計(jì)數(shù)應(yīng)少于100個(gè)/ml。然而有時(shí)即使少得只有10個(gè)/ml也會(huì)成問題,但108個(gè)/ml卻不一定有問題。因此,必須咨詢有經(jīng)驗(yàn)的工程師,因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)是選擇合適的預(yù)處理方法時(shí)唯一可靠的方法。在常規(guī)的過濾方法后增加熱處理或加氯消毒也有一些成功的案例。生物堵塞”生物堵塞”一詞一般用于描述微生物、細(xì)菌、酵母、細(xì)胞尸體或新陳代謝產(chǎn)物的沈淀。生物堵塞遠(yuǎn)沒有很好的界定,但不論怎樣,一般經(jīng)驗(yàn)表明它很難去除。預(yù)處理的成功僅限于證明物料中有一些非常小的細(xì)胞物質(zhì),膜過濾裝置能夠在細(xì)菌安全的溫度下進(jìn)行操作。只要不間斷地處理,有一些預(yù)處理方案能夠達(dá)到抑制或阻止微生物生長的目的,但一旦處理停止,細(xì)菌將在留下的一些液體中繼續(xù)生長。但也有兩種情況是例外的:加入強(qiáng)化學(xué)劑,如足夠濃度的次氯酸鹽并過量,確保阻止微生物的繼續(xù)生長。在75℃或更高的溫度下加熱和操作,這種方法一般除了用在一些系統(tǒng),如高純水、處理紙漿排水和處理蒸汽冷凝水外不常被使用。血漿血是屠宰場的副產(chǎn)品。有些地方直接把血漿倒入下水道,有些地方則將它們收集以來后和其它廢料混合后在非常高的溫度下蒸干。高質(zhì)量的血漿制品有一定的市場需求。如果極少或沒有足夠的鈣,血就不能凝結(jié)。因此阻止血的凝結(jié)能夠添加鈣的結(jié)合試劑。大多數(shù)情況下添加檸檬酸鈉,但有時(shí)也用磷酸鈉。如果使用模處理血漿,檸檬酸鹽和磷酸鹽的添加是非常重要的預(yù)處理方式。只要確保沒有污染,血漿能夠以某些方式直接抽取,但在抽取過程中必須馬上添加檸檬酸鹽或磷酸鹽,同時(shí)血漿應(yīng)該馬上處理。用膜處理全血時(shí)比較困難的。一般先經(jīng)過離心作用從全血中去除血紅細(xì)胞。重要的是為了避免細(xì)胞破裂,離心過程必須相當(dāng)柔和。細(xì)胞的破裂將釋放血紅素進(jìn)入血漿,使膜的過濾過程以及隨后的設(shè)備清洗工作復(fù)雜化。如果沒有來自血紅素的紅色,這種血漿制品的質(zhì)量一般被認(rèn)為是較低等的。角叉膠這種產(chǎn)品是在非常高的pH值下從海藻中分離出來的,含有高濃度的懸浮固體。角叉膠的分離一般都必須進(jìn)行預(yù)過濾。大都在超濾前使用預(yù)涂助濾劑的過濾器。預(yù)過濾從去除一定數(shù)量的蛋白質(zhì)、色度以及懸浮固體開始。使用輔助過濾器、硅藻土并在超濾系統(tǒng)前使用一個(gè)保安過濾器是很有效的。如果發(fā)生輔助過濾器穿透,那么保安過濾器將阻塞,這樣能夠減少膜過濾裝置的堵塞。一般過濾器的正?？讖绞?00μ。事實(shí)上,過濾結(jié)果會(huì)更好些,因?yàn)檫^濾器很快會(huì)堆積。即使在水處理中一般要求過濾至0.5μ或10μ。但由于種種原因,要求更好的預(yù)過濾是不太實(shí)際或沒有必要的,因?yàn)?在技術(shù)上完成更好的過濾幾乎是不可能的。在行業(yè)中已運(yùn)用多年。由一個(gè)90mil平行物料隔層提供的流道相當(dāng)于2200μ,是顆粒尺寸的10倍。如果被預(yù)過濾的液體pH接近于14,那一般用醋酸調(diào)節(jié)至8。若在超濾前沒有pH調(diào)節(jié),膜的壽命將縮短,因?yàn)槟ぴ诜浅８叩膒H下會(huì)變脆。事實(shí)上,在操作溫度高于80℃時(shí)情況將更加嚴(yán)重。角叉膠的粘性很高,因此作為預(yù)處理方式的一種,必須將產(chǎn)品溫度加熱至更高。陽離子一些物質(zhì)組分(如陽離子清潔劑)在許多情況下對膜通量是不利的,將導(dǎo)致通量顯著下降,有時(shí)至零。這樣唯一可行的預(yù)處理方式是加入足夠的陰離子化學(xué)藥劑,以中和陽離子物質(zhì),一般可加入一些普通的清潔劑如十二醇磺基酸,這是一種普通且不太昂貴的產(chǎn)品。反沖洗裝置(CIP)使用的液體反沖洗裝置使用的液體在膜過濾中引起一些特殊的問題,因?yàn)樗鼈兊慕M分還不是非常清楚。CIP表示反沖洗裝置,這是在食品和奶制品加工廠中一個(gè)普通的過程設(shè)備清洗的程序。唯一可進(jìn)行的預(yù)處理方法是凈化液體,這能夠由許多類型的過濾器來完成。最常使用的是套筒式過濾器。它們給人印象最深的除了不能重復(fù)使用外還相當(dāng)昂貴。因此另外一個(gè)相當(dāng)有效的方法是在離心分離機(jī)中進(jìn)行凈化。這類設(shè)備一般用于從牛奶中去除脂肪,但CIP液體必須得到有效凈化。由于離心分離機(jī)被用于許多食品和奶制品工廠,因此這類設(shè)備的可利用性是不容置疑的。有色物質(zhì)在食品中許多天然產(chǎn)生或人造染色材料在膜過濾中會(huì)產(chǎn)生問題,特別是自然發(fā)生的有色物質(zhì)最嚴(yán)重。染色材料水溶性越好,越不容易引起問題。由于子啊許多場合顏色作為某些產(chǎn)品的重要的特性,因此不太可能去完成一個(gè)去除顏色的預(yù)處理,例如紅酒中的紅色。從一些食品加工過程的廢水處理案例中,絮凝取得了一些成功,經(jīng)過絮凝能夠在去除顏色的同時(shí)不破壞產(chǎn)品的質(zhì)量,可是棘手的是絮凝劑本身會(huì)污染膜。因此最好使用微量絮凝劑,同時(shí)在產(chǎn)品中殘留一部分顏色。這樣在大多數(shù)情況下能夠確保產(chǎn)品不含無用的絮凝劑,而滲過液具有足夠好的質(zhì)量,但燃料沈淀可能引起很小的問題。有色物質(zhì)存在于許多食品與和食品相關(guān)的產(chǎn)品中,如生產(chǎn)豌豆和胡蘿卜的廢水中,糖制品的濃汁、果汁、啤酒中。一些其它的引起麻煩的有色物質(zhì)天然存在于fulvic和腐殖酸中。所有這些有色物質(zhì)在水中的溶解度都很低,在膜上容易發(fā)生沈淀。它們具有一個(gè)普遍的化學(xué)特性,在分子結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)或多個(gè)苯環(huán),使聚砜膜非常容易被污染。這是因?yàn)榫垌坑性S多芳香環(huán),容易與有色物質(zhì)形成化學(xué)鍵,導(dǎo)致嚴(yán)重的、有時(shí)甚至是不可反轉(zhuǎn)的污染。在這類項(xiàng)目中,膜材料應(yīng)選擇纖維素、PVDF和其它的非芳香族聚合物。至今還沒一個(gè)好的,能夠令人接受的去除有色物質(zhì)的預(yù)處理方法,這是一個(gè)需要我們?nèi)ソ鉀Q的問題。紡織品、染色廢水電抗染色、聚酰胺和聚酯染色。棉制品的染色時(shí)世界上最大的染色工作。近50％的染色工作都是用于棉制品的電抗染色,加上棉織品染色中的聚酰胺和聚酯染色,幾乎覆蓋了大多數(shù)的染色工作。其預(yù)處理方法非常簡單:過濾、去除纖維。一般使用常規(guī)的10～20μ的布袋過濾器就足夠了。而酵素的處理,如所謂的酵素的石洗,將導(dǎo)致纖維和纖維碎片更小,甚至可經(jīng)過1μ的過濾器。這時(shí)需對常規(guī)過濾器作出改進(jìn)或使用價(jià)廉的管式超濾膜。將排水從不同的染料鹵水和紡織染料生產(chǎn)排水中分離是一個(gè)比較好地想法。著這能夠避免綜合出水的處理問題。在常規(guī)使用的納濾和反滲透膜前的預(yù)處理方式一般使用過濾即可。洗滌廢水相同部分同上。主要的區(qū)別在于,采用的膜過程是超濾。因?yàn)閺U水中含有油,需要用過剩的清潔劑來乳化油。蛋制品卵黃系帶是從蛋黃延伸至蛋內(nèi)膜相反端的兩條白色的線。模過程被用于蛋白脫水,在進(jìn)入膜系統(tǒng)前必須先去除卵黃系帶。這能夠用常規(guī)的過濾方法完成,但并不容易。卵黃系帶由一個(gè)具有特色的回彈,它能夠經(jīng)過過濾器后又立即卷曲。因此為了不強(qiáng)迫卵黃系帶經(jīng)過,過濾必須在一個(gè)較低的壓力下完成。阻止所有的卵黃系帶進(jìn)入膜系統(tǒng)是不可能的,用日常的清洗很難去除,除了日常的堿洗外,一般在每周末采用含有大量能夠消化卵黃系帶的蛋白酶的清潔劑進(jìn)行系統(tǒng)浸泡,這樣能夠較徹底的清洗系統(tǒng)。蛋殼一般較容易經(jīng)過過濾去除。在處理蛋白時(shí),經(jīng)過加熱或剪切力引起蛋白質(zhì)改性才是真正危險(xiǎn)的。泵或閥門的剪切力回很快地使溶解性蛋白質(zhì)變性并變成非溶解性的蛋白而污染所有膜系統(tǒng)。因此使用低速均質(zhì)類型的泵和正位移泵來解決剪切力的問題。在預(yù)處理中并不強(qiáng)求但也是有很大好處的。眾所周知,在膜過濾中蛋白的粘性也是一個(gè)麻煩。能夠經(jīng)過發(fā)酵減少蛋白的粘性(同時(shí)去除葡萄糖)。葡萄糖的去除有助于避免隨后噴射烘干過程中的Mailaid反應(yīng)(布朗運(yùn)動(dòng))。一般發(fā)酵需要10～20小時(shí),而事實(shí)上在一個(gè)批式反滲透系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)就已完成。發(fā)酵的蛋白含有許多微生物,因此用反滲透來脫水看起來問題比較多。然而實(shí)驗(yàn)顯示反滲透過程工作很好。由于在膜系統(tǒng)中必須避免微生物生長,因此看來唯一解決方法是同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵和反滲透。在這種情況下發(fā)酵并不會(huì)影響膜的功能。相反有助于減少產(chǎn)品的粘性,而且在室溫下,一種微生物種類的高速生長有助于減少其它種類的生長。纖維材料在大多的膜過濾系統(tǒng)中所有的纖維原料必須在進(jìn)料中脫除。這一般能夠用這一種常規(guī)的過濾方法來完成。短纖維是很討厭的而且很難脫除。極短的纖維在紡織、紙漿及造紙工業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)。唯一完整有效地脫除纖維的方法是采用超濾。這一般是作為最后的選擇來做研究－因?yàn)閮r(jià)格的關(guān)系。然而也不是所有的都是這樣。超濾的使用在沒有任何其它過濾的幫助下消除存在通道中的纖維,這使得整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)降低。果汁色素是一個(gè)一般的問題,而且在果汁分離中是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。因?yàn)樯厥钱a(chǎn)品的一個(gè)很重要的部分。所有我們只能設(shè)計(jì)很低通量的膜系統(tǒng),而且膜材料是可用而且易清洗的。微粒并不是很復(fù)雜的問題。能夠采用常規(guī)的過濾及離心的方法來脫除。怎樣提高預(yù)過濾的可靠性及效率是唯一的問題。果膠質(zhì)及纖維素經(jīng)常在果汁中存在,而且數(shù)量是變化的。一般的經(jīng)驗(yàn)是加果膠酶來凈化果汁,同時(shí)能夠有效地防止膜系統(tǒng)的沈積物發(fā)生。加酶預(yù)處理并不是使膜系統(tǒng)運(yùn)行的必要條件,但它實(shí)際上能夠使膜通量加倍,從而使膜過程更加經(jīng)濟(jì)。人們嘗試用膜過濾來取代酶處理,但不成功。含乳膠的料液原則上預(yù)處理很簡單,在膜過濾前脫除所有乳膠。但實(shí)際上是很困難的。一般見離心的方法。但必須幾個(gè)小時(shí)就打開清洗。乳膠會(huì)堵塞卷式膜組件。因此含乳膠料液不能使用卷式組件。在某種程度上1.5英寸或1英寸的管式膜過濾系統(tǒng)能夠耐受乳膠。洗滌廢水當(dāng)用膜過濾洗滌廢水時(shí)纖維是主要的問題,因?yàn)槔w維、臟東西和清潔劑形成大而松散的絮體。一般使用各種常規(guī)的過濾器。經(jīng)驗(yàn)表明20～40微米的過濾器可提供足夠好的預(yù)過濾效果,但更細(xì)密的過濾器能夠延長膜的使用壽命。在膜系統(tǒng)中清潔劑很少引起麻煩,因?yàn)榍鍧嵱玫那鍧崉┮话愣际顷庪x子型的,而唯一的麻煩由軟化劑引起,因?yàn)樗鼈兪顷栯x子型的。唯一可行的預(yù)處理方法是確保這些含顆粒的水和洗滌操作中使用的其它物質(zhì)充分混合。這樣陽離子被有效中和后水中含有大量剩余的陰離子。在工業(yè)洗滌廢水中含有大量的油、脂肪和溶劑。最好的預(yù)處理方法是在洗滌前擠干溶劑。而唯一可行的預(yù)處理是確保有些剩余的清潔劑,這樣可使脂肪和油脂被乳化。加入過量的洗滌劑并不是浪費(fèi)。因?yàn)檫@樣能夠提高超濾系統(tǒng)的運(yùn)行效率,同時(shí)洗滌劑進(jìn)入透過液后能夠重復(fù)使用。金屬加工業(yè)在機(jī)械加工,如切削和磨床中乳化油被大量使用。由于金屬顆粒比較重,能很快沈淀。因此沈降作用之后加常規(guī)過濾是唯一適合的預(yù)處理方法。在礦山和許多金屬的表面處理中廣泛使用礦物酸。例子如下:磷酸(H3PO4)用于鋁的表面處理。硫酸(H2SO4)用于銅銼的蝕刻。硫酸(H2SO4)用于大量的溶解過程。鹽酸(HCl)/氫氟酸(HF)/硝酸(HNO3)用于不銹鋼的表面處理。鹽酸用于鐵的清洗。常規(guī)的過濾是唯一可行和必要的預(yù)處理方法。乳制品行業(yè)毛發(fā)、青草和蒼蠅。在這里提起毛發(fā)、青草和蒼蠅似乎有些可笑,但在乳制品行業(yè)卻是一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題。蒼蠅很容易去除,而毛發(fā)很難發(fā)現(xiàn)和去除。在處理稀釋原汁牛奶時(shí),能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)量驚人的奶牛的毛發(fā)和刷子的毛,同時(shí)還經(jīng)常有些青草。解決這些問題一般使用能夠清洗和消毒的袋式過濾器,而且效果相當(dāng)好。酪蛋白。在乳清中含有大量酪蛋白細(xì)小顆粒。一般使用能夠自清洗的篩子去除較大的顆粒,而剩余的酪蛋白顆粒一般使用離心作用去除。如果離心機(jī)的運(yùn)行效率很低,則經(jīng)過膜系統(tǒng)處理乳清時(shí),顆粒物也會(huì)有效減少。經(jīng)驗(yàn)表明具有47mil流道的RO系統(tǒng)能夠處理一定數(shù)量的經(jīng)過酪蛋白過濾器的懸浮固體,這樣就不需要離心機(jī)了。牛奶、脂肪和phospholipids。牛奶含的天然脂肪比例范圍在3.0%～4.5%。膜系統(tǒng)能夠處理牛奶中的脂肪,但脂肪含量低于0.05%時(shí)能夠運(yùn)行得更好。在乳制品加工廠中,最常見的設(shè)備是使用離心機(jī)撇去牛奶中的脂肪。Phospholipids形成于脂肪球的表皮,因此非常討厭,它們需要用高pH和高溫來進(jìn)行清洗。當(dāng)前還沒有辦法將Phospholipids從牛奶和乳清中去除。巴氏殺菌法。毫不夸張地講在膜過濾前進(jìn)行巴氏消毒已成為一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。巴氏消毒需要加熱至72℃并保持15～20秒,以后再