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管式微濾膜裝置

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管式微濾膜裝置

? 管式微濾基礎(chǔ)知識一、膜過濾分離粒徑范圍膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，因而實現(xiàn)對原液的分離和濃縮的目的。對于大孔過濾膜和微濾，其過濾機理基本如此，但是對于納濾、反滲透等半透膜，涉及更為復(fù)雜的動力學(xué)因素。微濾（MF)是一種低壓力（0.7-7.0bar,合10-100psig）驅(qū)動的分離工藝，主要是采用微孔膜將水溶液中粒徑大于或等于其孔徑（從0.05到1微米不等）的懸浮固體截留分離。超濾也是一種低壓力驅(qū)動分離工藝，但其截留的顆粒物孔徑一般在0.01微米到0.1微米范圍內(nèi)。

產(chǎn)品編號

YZ-MF-15

所屬分類

微濾系統(tǒng)（MF/CMF）

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產(chǎn)品描述

管式微濾基礎(chǔ)知識

一、膜過濾分離粒徑范圍

膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，因而實現(xiàn)對原液的分離和濃縮的目的。對于大孔過濾膜和微濾，其過濾機理基本如此，但是對于納濾、反滲透等半透膜，涉及更為復(fù)雜的動力學(xué)因素。

微濾（MF)是一種低壓力（0.7-7.0bar,合10-100psig）驅(qū)動的分離工藝，主要是采用微孔膜將水溶液中粒徑大于或等于其孔徑（從0.05到1微米不等）的懸浮固體截留分離。超濾也是一種低壓力驅(qū)動分離工藝，但其截留的顆粒物孔徑一般在0.01微米到0.1微米范圍內(nèi)。

下圖是對于各種不同過濾方式的粒徑范圍，從中可以看出微濾的孔徑基本介于0.05微米到1微米的區(qū)間范圍內(nèi)。微濾膜允許大分子有機物和溶解性固體（無機鹽）等通過，但能阻擋住懸浮物、細(xì)菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過，微濾膜兩側(cè)的運行壓差（有效推動力）一般為0.7bar。

微濾膜一般是以截留除去給水中亞微米級和更大的懸浮固體顆粒為主要目的。

微濾膜的過濾過程圖示如下：

從示意圖中可以看出，水分子、鹽分（無機離子）、和大分子有機物都可以穿透微濾膜，但懸浮固體被膜截留。實際能夠被截留的還有乳化油滴、乳膠、涂料/顏料、細(xì)菌、粉末活性炭、紅細(xì)胞這些類似于懸浮固體的成分。

二、錯流過濾基本原理

管式微濾是一種錯流過濾、壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)。錯流過濾與傳統(tǒng)的死端過濾方式的區(qū)別在于：死端過濾式是所有混合液體都流向過濾界面，然而在錯過濾方式中，只是部分液體透過過濾界面成為“產(chǎn)水”，其余部分則仍存在于系統(tǒng)中成為“濃縮液”，濃縮液帶走幾乎全部的懸浮固體。

下圖可以看出兩種過濾方式的區(qū)別：

從圖中可以看出，常規(guī)過濾（死端過濾）的模式下，進料中的懸浮固體容易在膜表面堆積，造成膜的快速污堵，因死端過濾方式尤其不適用于進料中懸浮固體濃度較高的場合。而錯流過濾，進料是從切向方向上通過，濾過水透過膜，而有一部分濃縮液也從切向方向上流出，回到前端。這種過濾方式中，懸浮物不是徑向被壓到膜表面，并且由于進水的切向沖刷作用，很大程度上緩解了污堵的發(fā)生。錯流方式比起死端過濾方式來，更適用于高濃度懸浮固體分離的場合，其優(yōu)點是可耐更高濃度，缺點則是錯流需要更高的運行能耗。

三、衡量管式微濾膜性能的指標(biāo)

絕大多數(shù)管式微濾膜都是由膜層與支撐層組成，描述管式微濾膜的性能，一般離不開以下幾個方面：

1、膜孔徑以及均勻性：前者衡量微濾膜可有效截留的微粒子孔徑，膜孔徑越小，則產(chǎn)水水質(zhì)越好；而后者則衡量膜孔徑的分布范圍，如果膜孔徑不均勻，那么即使平均孔徑很小，也不能保證穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)水；

2、膜通量：一般用單位時間內(nèi)通過膜表面的透過水量來衡量，膜通量可以表示為升/m2膜面積/小時（即Lit/m2/hr或 1mh）或加侖/平方英尺膜面積/天（即Gallon/ft2/day或者gfd）。膜通量是衡量膜性能的非常重要的指標(biāo)，通量越高，意味著膜的過濾性能越好，同樣數(shù)量的膜表面積，產(chǎn)出的水量越大；

3、化學(xué)耐受性：運行中可以承受的PH范圍和氧化劑濃度，和化學(xué)清洗時能夠承受的相應(yīng)濃度?；瘜W(xué)耐受性好則意味著微濾膜可以在更惡劣的工況下工作，或可以耐更高濃度的藥劑清洗，獲得更好的通量恢復(fù)效果?；瘜W(xué)耐受性除了跟膜與支撐層有關(guān)，更多的還與密封材料和方式有關(guān)；

4、耐溫性能：指膜組件可以承受的最高和最低工作溫度，耐溫性能好，意味著膜可以在更高或者更低溫度下工作，適用于更多工況；

5、耐壓性能：指管式膜承受運行壓力和反沖壓力的能力，耐壓越高，說明膜的機械性能越好。一般耐壓性能都是由其支撐層決定的，支撐層多孔而堅固，則膜管的機械強度越好；

6、耐摩擦性能：由于微濾大多處理含固體懸浮物的混合液，介質(zhì)內(nèi)有高濃度的懸浮固體，因此其耐摩擦性能顯得尤為重要。膜組件的耐摩擦性能，與膜/支撐層的材料、連接方式等關(guān)系很大。

四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

寶利事管式微濾膜最初開發(fā)用于重金屬廢水（來自電鍍行業(yè)、機械加工、線路板行業(yè)的電鍍工序）的達標(biāo)排放。由于重金屬達標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，傳統(tǒng)的加藥混凝加沉淀池分離的工藝無法使處理水達到這些排放標(biāo)準(zhǔn)，而管式微濾膜由于是屬于膜分離，在同樣的前處理工藝（化學(xué)加藥混凝）的情況下，能獲得更低的處理水重金屬濃度，符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此得到廣泛使用。

另外由于管式微濾膜產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，其處理水經(jīng)過反滲透脫鹽處理，可以回到生產(chǎn)中作為工藝水或脫鹽水繼續(xù)使用，目前在國內(nèi)，更多的應(yīng)用不在僅僅著眼于達標(biāo)排放，同時也考慮了回用處理。

在幾十年的應(yīng)用開發(fā)中，寶利事管式微濾膜獲得更廣泛的應(yīng)用范圍，分別描述如下：

重金屬廢水達標(biāo)排放和/或廢水回用

重金屬廢水可能來自電鍍行業(yè)、線路板行業(yè)、汽車工業(yè)或其他應(yīng)用到電鍍工藝的行業(yè)，金屬離子種類包括常規(guī)重金屬（Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、Zn等），也包括一些其他的非重金屬離子的廢水例如As、Ba、Mo、Fe、Al、Sn、Ra等）。這些金屬或重金屬的共通特點是添加一些藥劑即可形成沉淀物，大多數(shù)情況下是添加堿類，也有以硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽等作為沉淀劑。重金屬離子的典型沉淀反應(yīng)如下（以堿性沉淀法為例，M2+代表某二價重金屬離子）：M2+2Na(oH)→M(OH）2↓+2Na+

在經(jīng)過前處理之后，化學(xué)反應(yīng)所形成的懸浮固體，可以通過管式膜進行分離，產(chǎn)水達標(biāo)放流或送入反滲透進行回用。和傳統(tǒng)沉淀分離不同的是前處理階段無需添加絮凝劑（聚丙烯酰胺），因為不是重力分離，無需將懸浮固體形成絮體。此外，混凝劑（鐵鹽、鋁鹽等）的添加則視情況而定，很多時候無需添加或只需添加少量即可，因為通過管式膜的濃縮作用，在濃縮槽內(nèi)有足夠的懸浮固體可促進共沉淀。

重金屬廢水處理中其他需要考慮的問題，例如兩性金屬的最佳PH值、多種金屬離子沉淀反應(yīng)的最佳PH值、破絡(luò)處理、重金屬捕集劑添加等，則和傳統(tǒng)工藝需要同樣的考慮。

污泥（濃縮液）的脫水處理，和傳統(tǒng)工藝相同，采用板框壓濾機、帶式脫水機或者離心脫水機。但因少投加或不投加混凝劑，整體污泥量一般少于傳統(tǒng)工藝。傳統(tǒng)工藝是從沉淀池底部將污泥移送到污泥濃縮槽，濃縮后再脫水。而管式膜分離工藝則是從濃縮槽將污泥移送，由于濃縮槽內(nèi)污泥濃度可控，一般情況下污泥濃度（3-5%）高于傳統(tǒng)沉淀池底部污泥（1-3%），因此污泥量也大大減少。并且因濃度較高，可無需濃縮就直接送往脫水機。

污泥脫水系統(tǒng)的脫離水，可回送到系統(tǒng)前端再次處理，從這個角度考慮，事實上管式微濾膜工藝的水回收率基本上是100%。

對于一些貴重金屬（例如銅、鎳等），采用管式膜分離工藝還有另外一個好處：由于無需添加混凝劑，脫水泥餅中的成分比較單一，不含鋁鹽或鐵鹽產(chǎn)生的污泥，因此這些泥餅原則上是可以經(jīng)過處理后回收這些重金屬的，事實上也有不少的客戶選擇回收這些貴重金屬的污泥。

在重金屬廢水回用處理系統(tǒng)，管式膜的產(chǎn)水可經(jīng)過中間水槽后送往反滲透系統(tǒng)，不像傳統(tǒng)工藝那樣，需要多介質(zhì)過濾器和/或中空纖維超濾處理之后才可以送往反滲透系統(tǒng)。

總之在應(yīng)用于重金屬廢水處理時，化學(xué)反應(yīng)階段相同，混凝劑可不添加或較少添加，絮凝劑無需添加，相應(yīng)的無需絮凝槽，但需要一個濃縮槽。其產(chǎn)水送往后端，PH回調(diào)（備選）后放流或送往回收反滲透系統(tǒng)。

冷卻循環(huán)排污水、反滲透濃水、油田回注水的回用處理，或高硬度水脫鹽處理的預(yù)處理

冷卻塔的排水、反滲透濃水、油田回注水、一些工廠或者工業(yè)園綜合排水、高硬度地下水或地表水，這些水的共同特點是含有較高的鈣鎂硬度、一定的堿度和一定的二氧化硅。在進入回用反滲透或工藝水主系統(tǒng)的反滲透之前，只有大幅度降低硬度，才可能提高其回收率。傳統(tǒng)的處理工藝大多是添加藥劑（石灰和碳酸鈉）進行軟化化學(xué)反應(yīng)，形成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物，然后使用沉淀池進行重力分離，處理水一般含有20mg/l左右的懸浮物濃度和一定量的殘留鈣鎂離子，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器和/或中空纖維處理之后，再送往反滲透進行脫鹽處理。采用管式微濾膜分離工藝時，和應(yīng)用于重金屬廢水的工藝類似，也是無需投加絮凝劑，直接進行分離，并且產(chǎn)水的濁度、懸浮物濃度、殘留鈣鎂濃度均優(yōu)于沉淀池出水，可直送往反滲透系統(tǒng)。

水的軟化基本反應(yīng)原理如下（以石灰碳酸鈉法為例，液堿碳酸鈉法的反應(yīng)與此相似）：

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓

MgCl2+Ca(OH)2+Na2Co3→2CaCO3↓+2NaCL+Mg(OH）2↓

傳統(tǒng)沉淀分離工藝，添加藥劑均為石灰和碳酸鈉，其中石灰除了作為堿來升高PH之外，另一個重要作用是作為混凝劑，否則無法獲得良好的沉淀分離效果。而采用管式微濾膜工藝，則無需擔(dān)心這一點，因此可以考慮使用氫氧化鈉和碳酸鈉的投藥方式，藥劑消耗量更小更潔凈衛(wèi)生、污泥量更少。

在一些水資源緊張的場合，或要求零排放時，廢水的最終處理工藝段往往是多效蒸發(fā)器的結(jié)晶處理或蒸發(fā)塘，由于蒸發(fā)器工藝無論基建費用還是運行費用都極高，因此盡可能減少進入蒸發(fā)器的水量是降低投資運行費用的唯一法則，軟化反應(yīng)結(jié)合管式膜分離的預(yù)處理，可有效提高反滲透的回收率，減少反滲透濃水排放量，繼而減少蒸發(fā)器的所需容量。

和重金屬廢水回用工藝相同，管式微濾膜工藝可使得反滲透之前的水回收率為100%，不像傳統(tǒng)工藝中的多介質(zhì)過濾器和中空纖維超濾那樣，反洗會消耗掉一部分水。

需要說明的是無論管式膜分離工藝還是傳統(tǒng)重力分離工藝，對有機物的去除效率都是較低的，因此在進水含有有機物的情況下，管式膜產(chǎn)水還是需要經(jīng)過脫除有機物之后再送入反滲透，才可避免因有機物濃度對膜的污堵。去除有機物的方式可以在管式膜產(chǎn)水后設(shè)置活性炭過濾器，或在前級化學(xué)反應(yīng)階段，投加堿及碳酸鈉同時，也投加一些粉末活性炭用于吸附有機物，這些粉末活性炭會被管式膜截留，并入污泥脫水處理系統(tǒng)。

含氟廢水的處理及回用

在半導(dǎo)體行業(yè)，太陽能行業(yè)等，需要大量氫氟酸用于蝕刻，同時產(chǎn)生大量的高濃度含氟廢水（1-30%）和低濃度含氟廢水（50-3000mg/l）。這些廢水同樣需要經(jīng)過處理方可達標(biāo)排放，氟離子的放流基準(zhǔn)大多是10mg/l或15mg/l,一些地區(qū)采用更嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，例如5mg/l以下。含氟廢水的去除原理相當(dāng)簡單，如下式所示：

HF+Ca(OH)2→CaF2↓+H2O

但由于氟化鈣的溶度積所限，以及重力沉淀分離的自身缺點，即便經(jīng)過兩級處理，出水的氟離子濃度也是很難穩(wěn)定達到10mg/l以下，5mg/l則更難，很多時候需要結(jié)合投加鋁鹽來獲得更低的出水氟離子濃度。無論如何采用傳統(tǒng)工藝使含氟廢水處理達標(biāo)是個很現(xiàn)實的難題，往往意味著大大超量的藥劑投加，良好的絮凝劑種類和投加量選擇，以及良好設(shè)計的沉淀分離系統(tǒng)。

采用管式膜分離工藝，因其膜分離的特點，在同樣甚至更少投藥的情況下，能獲得更好的產(chǎn)水水質(zhì)。更重要的是由于石灰投加量的減少，將產(chǎn)水回用時無需大量的酸來回調(diào)PH值。

和重金屬廢水及軟化處理相同，含氟廢水采用管式膜分離之前無需投加絮凝劑。

即便采用管式膜分離，仍需要注意含氟廢水的一些常規(guī)原則：氟化鈣晶核的形成有利于促進去除效果、鈣離子的適當(dāng)過量、鋁鹽的添加以便形成吸附共沉淀、PH的精確控制等。

工業(yè)廢水中高濃度懸浮固體的去除

部分工業(yè)廢水中含有高濃度的懸浮固體，基于以下一些特點無法采用其他分離工藝處理：

1.1由于濃度極高不適合采用過濾器、濾芯、袋濾器進行截留，也不適用于超濾分離；

1.2顆粒物呈現(xiàn)不規(guī)則形狀、尖銳表面，以至于無法采用以上方式分離；

1.3因顆粒的沉淀性極差，也不適合采用沉淀池或氣浮方式進行固液分離；

1.4或因需要回用水或顆粒物，不可添加任何藥劑（混凝劑和絮凝劑），因此無法采用傳統(tǒng)沉淀池工藝進行固液分離；

在這些情況下可以采用管式膜來進行分離，由于均勻的微孔過濾、良好的耐摩擦性能、錯流過濾原理、極佳的耐化學(xué)性能，寶利事管式微濾膜在這些領(lǐng)域也獲得了廣泛使用。

這類固液分離的一個成熟應(yīng)用是半導(dǎo)體封裝測試工廠中的切割（劃片，也稱Diesaw）廢水和背面減?。ㄑ心ィU水的處理。這些廢水中含有高濃度、不規(guī)則尖銳外形、極小粒徑的顆粒態(tài)硅，因難以沉降因而無法用沉淀池分離，又因濃度高、顆粒尖銳使得中空纖維超濾的應(yīng)用受到限制。但除硅粉顆粒物污染之外，并無其他雜質(zhì)。由于是采用超純水進行漂洗，廢水的電導(dǎo)率極低，因此有極高的回用價值。已經(jīng)有很多這樣的劃片研磨廢水的固液分離系統(tǒng)，采用了寶利事管式膜。這樣的系統(tǒng)無需任何加藥處理，采用0.05微米的管式膜分離之后，透過水可直接送往客戶的純水制備系統(tǒng)，作為過濾水甚至一級反滲透產(chǎn)水進行回用，濃縮液則經(jīng)過板框壓濾機脫水處理后，回收其中的硅粉。

太陽能硅片制造行業(yè)也有類似的生產(chǎn)工序，產(chǎn)生切割和研麿廢液，這些廢液含有聚乙二醇（PEG）、碳化硅和硅粉三種主要成分，經(jīng)過管式膜可將聚乙二醇及水與碳化硅和硅粉顆粒分開，從而回收價值極高的聚乙二醇，碳化硅和硅粉的回用則仰賴于其他分離工藝將這兩種物質(zhì)分開。目前已經(jīng)有數(shù)套系統(tǒng)應(yīng)用于這類廢液的分離。同樣的工藝，產(chǎn)生的廢水（污染物濃度較低），則可同樣用管式膜進行分離，繼而將水回用。

另一個可行的應(yīng)用領(lǐng)域是用于高濃度的氫氟酸廢液的回用，這類廢液往往含有高濃度的懸浮固體，可直接用管式膜分離之后，回收氫氟酸。

乳化油的濃縮及減量排放

來自機械加工的冷卻液廢液和切削液廢液，常常含有較高濃度的乳化油（濃度范圍大多5-12%），這些廢液一般不適合采用生化處理。大多數(shù)情況下生產(chǎn)企業(yè)都是委托有資質(zhì)的三廢公司進行處理，處理費用極高。

使用0.05微米的寶利事管式微濾膜，通過料液循環(huán)，可將這些廢液進行濃縮處理，濃度可從最初的5%提升到大約45%，相當(dāng)于9倍濃縮，相應(yīng)的廢液體積降低到初始的1/9，從而大大降低了委外處理所需的費用，并且也使得燃燒爐處理成為可能，減少了燃料消耗。

循環(huán)過程中不斷產(chǎn)生的透過水一般仍含有幾十個ppm的油，這些廢水可回用到車間，或納入到生化處理系統(tǒng)。

循環(huán)過程中避免浮油是需要注意的問題，為此可能需要在管式膜處理系統(tǒng)前端設(shè)置浮油分離撇去或吸附裝置，此外，也可能在濃縮槽內(nèi)需要添加一定的堿或表面活性劑保持乳化油的穩(wěn)定狀態(tài)。

作為生化處理系統(tǒng)或垃圾滲透液處理系統(tǒng)的體外MBR單元

常規(guī)的生化處理系統(tǒng)會采用MBR工藝，垃圾滲透液處理系統(tǒng)的基本工藝則大多采用MBR?？梢允褂脤毨鹿苁轿V膜設(shè)計成體外便于維護的體外MBR單元，將生化污泥截留在氧化槽內(nèi)，透過水送往后端納濾或反滲透進行處理。

比起浸漬式的簾式膜而言，體外MBR維護較為簡單，易于拆卸，更方便進行化學(xué)清洗，并且出水水質(zhì)在濁度方面優(yōu)于簾式膜或板式膜的產(chǎn)水。特別的是，浸漬的膜系統(tǒng)很難用高濃度的次氯酸鈉溶液進行清洗和消毒（藥液會殺死細(xì)菌微生物），而體外MBR在這方面則無需擔(dān)心。

其他應(yīng)用場合

7.1焚燒爐清洗廢水處理及回用

7.2受污染地下水處理及回用

7.3工業(yè)洗衣房廢水處理及回用

7.4工業(yè)生產(chǎn)中的物料分離，例如木質(zhì)素分離，果汁、啤酒、葡萄酒、白酒生產(chǎn)工藝中的物料分離

一些常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域的膜通量范圍

膜通量是管式微濾膜應(yīng)用于設(shè)計中的一個極其重要的參數(shù)，通量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)處理量直接決定了系統(tǒng)內(nèi)需要采用多少只膜組件。通常情況下寶利事管式微濾膜在常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域（指重金屬廢水、硬水軟化、含氟廢水、常規(guī)顆粒物分離等應(yīng)用）的通量范圍在300-500lmh之間，比起中空纖維超濾已經(jīng)是非常高了。

工業(yè)廢水的水質(zhì)有其特殊的地方：首先是特性各異，不同的廢水種類，其水質(zhì)相差很多，即便是同一種廢水，在不同的工廠、不同的車間，廢水水質(zhì)也各不相同：其次是水質(zhì)波動大，很多時候排水并非連續(xù)，導(dǎo)致水質(zhì)呈周期或不規(guī)律的變化。

對于管式微濾膜來講，重點是水質(zhì)波動的時候，其中影響膜通量的污染物（幾乎所有有機物、浮油、高分子聚合物、硅酸鹽、硬脂酸鹽等）的存在及濃度變化對膜污堵的負(fù)面影響，事實上是這些污染物對管式微濾膜的通量影響起了更大的作用。

下表給出一些常規(guī)行業(yè)的膜通量設(shè)計數(shù)據(jù)，僅供客戶參考?？紤]到廢水的水質(zhì)不穩(wěn)定，極難預(yù)測，寶利事在此強烈建議客戶針對其具體的廢水實施中試來確定設(shè)計通量和化學(xué)清洗周期，中試才是確定管式膜通量的最佳途徑！只有客戶對于將要處理的廢水有透徹的了解，并基于其以往處理同類廢水的實際數(shù)據(jù)，才可以根據(jù)經(jīng)驗來確定通量。

表1-部分應(yīng)用領(lǐng)域典型通量

行業(yè)	廢水種類	典型通量（lit/m2/h）
印刷線路板行業(yè)	僅漂洗水	500
印刷線路板行業(yè)	漂洗水+部分槽液	450
電鍍行業(yè)	僅漂洗水	450
電鍍行業(yè)	漂洗水+部分槽液	400
半導(dǎo)體行業(yè)	漂洗水	500
半導(dǎo)體行業(yè)	切片研磨廢水	250
機械加工	乳化油分離（冷卻液、切削液）	60