学习情境4：净化处理石油工业污水.

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1 学习情境4：净化处理石油工业污水

2 膜技术简介 膜分离发展过程和趋势 膜的适用范围 膜的简介（定义、分类、制备） 膜组件简介 膜在化工生产的应用

3 膜分离发展过程和趋势 膜技术简介 高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。 1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。

4 膜分离发展过程和趋势 膜技术简介 然而，真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。

5 膜技术简介 膜分离发展过程和趋势 50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。
1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙—66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。

6 膜分离发展过程和趋势 膜技术简介 自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。 在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进—步提高。

7 膜分离发展过程和趋势 具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。 60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。 膜技术简介

8 膜分离发展过程和趋势 膜技术简介

9 膜技术简介 膜分离发展过程和趋势 低增长 高增长 可用？ 透析 微滤 超滤 反渗透 电渗析 控制释放 气体分离 渗透汽化 双极膜 液膜
膜反应器 闸膜 活化传递

10 膜技术简介 膜的适用范围 纳滤 0.0005～0.005m： 微滤 0.1～10m： 低聚糖、染料、多价离子
细菌、煤灰、发酵细胞、颜料、 蛋白等 反渗透0.0001～0.001m： 电解质、大于100Da的有机溶质 超滤 0.005～ 0.1m： 蛋白、颜料、多糖、大分子 水、小于100Da的有机溶质

11 膜技术简介 膜的简介 膜的定义:流体(液体式气体)能有选择性通过的一种筛离层，故膜俗称“筛子” 。
膜过程的定义:在外界能量:物理压力或化学位差能或电位差能的驱动下，流体(液体或气体)中的两个以上组分的物质经膜分离、浓缩、分级、富集、纯化的过程。 膜 料液 水 小分子 大分子 渗透液

12 膜技术简介 膜的简介 膜的分类： 1. 按物理性质分 2. 按材料分 2.1 天然膜生物膜（生命膜）天然物质改性或 再生制成的膜
固相膜、液相膜、气相膜 2. 按材料分 2.1 天然膜生物膜（生命膜）天然物质改性或 再生制成的膜 2.2 合成膜 无机膜 有机高分子聚合物膜 3. 按外形分 管式膜、卷式膜、平板膜、 多孔膜、单孔膜、无孔膜

13 膜的简介 膜技术简介 管式膜 中空纤维膜 卷式膜 平板膜 毛细管膜

14 膜技术简介 膜的简介 4. 按孔径大小分 微孔膜 0.1-10μm 超滤膜 0.002-0.1μm 5.按用途分
液体分离膜 气体渗透膜 气液分离膜 汽化渗透膜 催化反应膜 分子筛膜 液膜 生物膜 缓释膜 膜反应器 电渗析膜 树脂交换膜

15 膜的简介 膜的制备： 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性能分离膜的重要保证。 目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。 膜技术简介

16 膜的简介 膜技术简介 1. 相转化制膜工艺 相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是L—S型制膜法。它是由加拿大人劳勃（S. Leob）和索里拉金（S. Sourirajan）发明的，并首先用于制造醋酸纤维素膜。

17 流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维
膜的简介 聚合物 溶剂 添加剂 均质制膜液 流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维 蒸出部分溶剂 凝固液浸渍 水洗 后处理 非对称膜 膜技术简介 图 L—S法制备分离膜工艺流程框图

18 膜技术简介 膜的简介 2.复合制膜工艺 的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.25～
由L—S法制的膜，起分离作用的仅是接触空气 的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.25～ 1μm，相当于总厚度的1/100左右。理论研究表明可 知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用L—S法 制备表面层小于0.1μm的膜极为困难。为此，发展 了复合制膜工艺，其方框图如下图所示。

19 膜技术简介 膜的简介 图 复合制膜工艺流程框图 多孔支持膜 形成超薄膜的溶液 涂覆 交联 交联剂 加热 形成超薄膜 亲水性高分子溶液的涂覆
复合膜 图 复合制膜工艺流程框图

20 膜组件简介 膜组件(Membrane Module)
将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。

21 膜组件简介

22 膜组件简介 (1)、板框式(Plate-and-Frame)膜组件
板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置, 膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上,两块多孔的支撑板叠压在一起形成的料液流道空间,组成一个膜单元,单元与单元之间可并联或串联连接。不同的板框式设计的主要差别在于料液流道的结构上。 板框式膜分离器的原料流动截面大，不易堵塞，压降较小，单位设备体积内膜面积可达160～500m2,膜易于更换。 缺点是安装、密封要求较高 膜组件简介

23 膜组件简介

24 (2)、管式(Tubular)膜组件 管式膜组件有外压式和内压式两种。对内压式膜组件,膜被直接浇铸在多孔的不锈钢管内或用玻璃纤维增强的塑料管内。加压的料液流从管内流过,透过膜的渗透溶液在管外侧被收集。对外压式膜组件,膜则被浇铸在多孔支撑管外侧面。加压的料液流从管外侧流过,渗透溶液则由管外侧渗透通过膜进入多孔支撑管内。无论是内压式还是外压式,都可以根据需要设计成串联或并联装置。 管式膜组件的结构简单，但单位设备内膜面积较小，约为30～200m2/m3。 膜组件简介

25 膜组件简介

26 膜组件简介 (3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件
目前,螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。 螺旋卷式膜组件已实现机械化生产，大大提高了卷筒质量。螺旋卷式膜组件结构紧凑，单位体积内膜面积可达200～800m2/m3，相对成本较低，但膜清洗比较困难。 膜组件简介

27 膜组件简介

28 膜组件简介 (4)、中空纤维(Hollow Fiber)膜组件
中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。 中空纤维式膜组件结构紧凑，单位体积内膜面积可达500～9000m2/m3，相对成本较低，但膜清洗比较困难。 膜组件简介

29 膜组件简介

30 膜组件简介

31 膜元件 膜组件简介

32 膜元件 膜组件简介

33 膜元件 膜组件简介

34 舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水
膜在工业生产的应用 工业领域 应用举例 金属工艺 金属回收；污染控制；富氧燃烧 纺织及制革工业 余热回收；药剂回收；污染控制 造纸工业 代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收 食品及生化工业 净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收 化学工业 有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收和再利用 医药及保健 人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化 水处理 海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理 国防工业 舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理；野战供水

35 膜在工业生产的应用 在家用纯水制备中的应用
反渗透法制水有着传统的全离子法无法比拟的优越性能，其产水水质稳定，能去除全离子法不能去除的细菌、有机物等；可延长离子交换设备再生产周期约30倍，节省大量酸碱；运行费用较全离子法低四分之三；全离子法需手动操作，对生产现场的环境影响较大，而反渗透装置能全自动连续运行，且无任何滴漏现象。

36 在纯水、饮用水制备中的应用 膜在工业生产的应用 山西清徐自来水厂30000吨/天

37 在纯水、饮用水制备中的应用 膜技术的应用 银鹭瓶装纯净水生产系统

38 水的脱盐及软化 膜在工业生产的应用 地下苦咸水是沙特市政供水的重要水源，约占79%，大部分可采的地下水含盐量在外75～2000mg/L，某些地下水源的硬度约达900mg/L（CaCO3计），经脱盐处理后才能用作生活饮用水。

39 膜在工业生产的应用 在医药工业及医疗中的应用
北京协和医院药剂科两级RO注射用水制备系统。该系统以自来水作为进水制备注射用水，生产能力500L/h，产水理化指标符合国家药典规定，在跟踪质量的前提下，产水试用于滴眼剂、注射剂和透析液，质量比较稳定。

40 膜在工业生产的应用 在医药工业及医疗中的应用
同类工艺的应用实例还有天津中美史克制药有限公司两级RO片剂用水制备系统、济南第四人民医院两级RO制药用水制备系统等。

41 在食品工业中的应用 膜在工业生产的应用

42 膜在工业生产的应用 在食品工业中的应用 装置膜面积：220m2 处理量：17m3/h 全自动控制 运行通量优于国外装置 产品质量优于国外装置
苹果汁厂陶瓷膜工程

43 膜在工业生产的应用 在环境工程中的应用 在含油废水处理中的应用 在化工及石化废水处理中的应用 在其它工业废水处理中的应用
油田回注水、金属表面切削液、 冷轧乳化液、清洗液废水等 在化工及石化废水处理中的应用 主要用于回收化工废水中的贵重 金属及其氧化物等。 在其它工业废水处理中的应用 造纸工业的黑水和白水处理、纺织 废水中PVA回收等。

44 膜在工业生产的应用 在环境工程中的应用 上海宝钢集团公司冷轧线
设备处理能力为：6万m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120吨/年

45 微 滤（MF）

46 微滤 微滤的定义 微滤的作用机理及模型 微滤的操作模式 微滤的工业应用

47 微滤的定义 一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.1～10μm，高度均匀，具有筛分过滤作用为特征的多孔固体连续介质。
基于微孔膜发展起来的微滤技术是一种精密过滤技术。

48 微滤的定义 微滤膜的特点 微滤主要以筛分机理截留粒子而分离，所有比膜孔径大的粒子全部截留，其他深层过滤介质达不到绝对截留的要求
孔径分布均匀，过滤精度高，可靠性强 孔隙率高，过滤速度快 微滤膜整体性强，不脱落，不对物料产生二次污染，且膜层薄，对物料吸附少，减少损失 与其它深层过滤方法结合使用，可延长微滤膜使用寿命 微滤的定义

49 微滤的定义 微滤膜的分类 膜材料：有机物、聚合物、陶瓷膜 结构：均质、不对称、复合膜 制作方法：相转化法、粒子烧结、示踪蚀刻
形状：平板、中空纤维、管式和多通道 支撑膜和非支撑膜 疏水膜和亲水膜 表面电荷：带电荷和不带电荷的膜

50 微滤的作用机理及模型 微滤的分离机理 微滤的分离机理是筛分机理，膜的物理结构起决定性作用。此外，吸附和电性能对截留也有影响。
微滤膜的截留分表面层截留和内部截留两种： 表面层截留：机械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架桥作用 膜内部截留：膜的网络内部截留作用，是指将微粒截留在内部而不是在膜的表面

51 微滤的模型 微滤的作用机理及模型 孔模型 扩展的浓差极化模型（扩展的扩散模型） 覆盖层模型－－Ruth方程

52 微滤的操作模式 无流动操作（静态过滤或死端过滤） 错流操作（动态过滤）

53 微滤的操作模式

54 微滤的操作模式

55 微滤的操作模式

56 微滤的工业应用 死端微滤的应用 1、选择性分析应用 2、饮料的澄清
60年代初，聚合物膜在啤酒业得以应用，90％以上应用于啤酒、果汁饮料、矿泉水等过程中。 3、半导体生产工业中液体的纯化 气体过滤器：去除气体中的微粒和胶体、菌体等 超纯水生产中预处理和最终供水

57 微滤的工业应用 死端微滤的应用 4、制药溶液的消毒 消毒目的 a、最终消毒，即热敏感制药产品细菌的总去除；
b、降低细菌含量，以保持注射液组分中热源的 低含量； c、去除注射液中无机和有机粒子，去除在加工 过程中产生的带悬浮粒子的气体。

58 微滤的工业应用 可应用的领域 一般服务：注射用水、气体、蒸汽的除菌； 合成非经肠道药； 眼药水； 发酵产品：抗生素、疫苗、生物工程蛋白质；
血浆和血清的处理。 微滤的工业应用

59 微滤的工业应用

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61 反渗透膜选择及原料预处理

62 反渗透膜选择及原料预处理 膜原料的选择 膜原料预处理

63 膜原料的选择 反渗透示意图 给水 H2O Mg Cl Fe ++ HCO3 Ca SO4 Na + 浓水 H2O 产水 膜

64 膜原料的选择 模拟反渗透机 C 进水 浓水 高压泵 反渗透膜分离层 淡水 反渗透膜支撑层

65 膜原料的选择 反渗透膜对无机盐的作用 一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性.
1. 依靠荷点排斥性 一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性. 2. 依靠膜孔的筛选性 压力 Na3+SO4-3 溶液流动方向 Al2+2(SO4-2)3 最为重要 Ni+2SO4-2 Zn+2Cl2- Ca+2Cl2- Na+NO3- Na+Cl- K+Cl- 纯水层 Pure Water Layer 10 A 0.25F 100F S S S S S S

66 膜原料的选择 反渗透膜对有机物的作用: 2. 携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜. 压力 S S S S S
1. 有机物的脱除率主要决定于有机分子的大小和形状; 2. 携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜. 压力 溶液流动方向 最为重要 500 MW 1000 MW 100 MW 750 MW 50 MW 0.25F 100F S S S S S

67 RO膜（CA）分离规律 膜原料的选择 对无机离子而言，分离率随离子价数的增高而增高，绝大多数含二价离子的盐基本上能够脱除；价数相同时，分离率随离子半径而变化，如： Li+>Na+> K+<Rb+< Cs+；Mg2+> Ca2+> Sr2+<Ba2+。 对多原子单价阴离子的分离规律是：IO3->BrO3->ClO3-。 对同分异构体的分离顺序是：叔>异>仲>原。 对极性有机物的分离顺序是：醛>醇>胺>酸，叔胺>仲胺>伯胺，柠檬酸>酒石酸>苹果酸>乳酸>醋酸。 对同一族系的化合物，分离率随着分子量的增加而增大。

68 RO膜（CA）分离规律 对有机物的钠盐分离效果好，对苯酚和苯酚的衍生物则显示了负分离对，极性或非极性、离解或非离解的有机溶质的水溶液进行分离时，溶质、溶剂和膜间的相互作用力决定了膜的选择透过性，这些作用力包括静电力、氢键结合力、疏水性和电子转移四种类型。 对碱式卤化物的脱除率随周期表次序下降，对无机酸则趋势相反。 硝酸盐、高氯酸盐、氰化物、硫代氰酸盐的脱除效果不如氯化物好，铵盐的脱除效果不如钠盐； 许多低分子量非电解质的脱除效果不好，这些物质包括气体溶液（如铵、氯、二氧化碳和硫化氢）、硼酸之类的弱酸和有机分子；但对相对分子量大于150的大多数组分，不管是电解质或是非电解质，都能很好脱除。 膜原料的选择

69 膜原料的选择 膜性能评价 膜的性能包括物化稳定性和分离透过特性两个方面 。 ①透过速率（通量） J=V/At 式中
J——膜的透过通量，L/（m2·h）； V——透过液体积，L； A——膜有效面积，m2； t——透过时间，h。

70 膜原料的选择 ②分离效率 截留率 截留分子量由于多孔膜的孔径大小不一，存在一个分布，被截留物质的分子量将分布在某一个范围内。 ③分离因子
yA,yB——A和B在渗透物中组成； xA,xB——A和B在原料液中组成。

71 膜原料的选择

72 膜原料的选择 反渗透膜选择要点： 高操作压力：3－10MPa； 要求膜必须有高透水率，高脱盐率； 耐一定的酸碱、耐微生物、耐压密；
必须满足工艺要求、性质稳定，能长期使用。 形状：平板膜、管式膜、卷式膜、中空纤维膜 主要膜材料：醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚砜

73 膜原料的选择 膜组件选择要点： 反渗透过程的经济性和应用性，取决于各种廉价的反渗透膜组件。
主要有：管式、板式、中空纤维、卷式。卷式组件的销售占反渗透市场总量的70％，中空纤维组件占26％，管式、板框组件的销售量较小。 组件必须满足： 1）机械强度：必须承受高压，及周期性的减压与膜清洗； 2）水力性能好：组件设计必须使膜的污染和浓差极化最小； 3）经济性：组件寿命必须长； 4）制造费用低，易于替换。 膜原料的选择

74 膜原料的选择 过程的经济性： 膜组件和有关设备的成本费； 膜组件替换费； 化学清洗剂费； 能量使用费； 劳力费； 折旧费。

75 膜原料的选择 各种膜组件的传质特性和综合性能的比较

76 膜的污染与劣化 膜原料预处理 膜的污染是指由于在膜的表面上形成了附着层或膜孔堵塞等外部因素导致膜性能的变化，其主要的污染物为悬浮物和颗粒形成的滤饼层，金属氢氧化物、钙盐等难溶性物质形成的结垢层，水溶性大分子形成的凝胶层。

77 膜原料预处理 反渗透系统污染分类 物理污染包括膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。
化学污染包括膜表面和膜孔内的吸附，这与膜表面的电荷性、亲水性、吸附活性点及溶质的荷电性、亲水性、溶解度等有关。

78 膜原料预处理 反渗透系统污染分类 砂石,PVC碎削等阻塞进水流道: 无法通过清洗恢复 硬度结垢: 清洗方法: 酸性清洗 有机物,胶体污染:
清洗方法:碱性清洗 细菌,病毒等微生物滋生: 清洗方法:杀菌剂清洗+碱性清洗

79 膜的污染与劣化 膜原料预处理 膜的劣化是指膜自身发生了不可逆转的变化等内部因素导致膜性能的变化。导致膜的劣化的原因可分为化学、物理及生物三个方面。

80 减少膜污染的方法 膜原料预处理 原料预处理是膜分离过程普遍采用的方法 。 膜组件结构和操作条件优化 。 膜组件的清洗 。 抗污染膜的制备 。

81 预处理的目的 膜原料预处理 1.防止膜表面的污染 2.防止膜表面结垢 3.确保膜不受机械和化学损伤 4.确保工作效率最大化

82 膜原料预处理 1.预处理系统 2.后处理系统 井水 悬浮物去除 氯去除 防止膜元 件结垢 自来水 地表水 双/多介质过滤器 UF
活性炭过滤器 化学品 软化器 阻垢剂 2.后处理系统 预处理产水 初级离子去除 精处理 水的储存 和配送 单级RO 阴阳离子交换床 蒸馏 RO 混床离子 EDI UF 臭氧消毒 热水消毒 化学消毒

83 膜原料预处理 预处理一: 过滤工艺基础 目的:去除总悬浮物(TSS),降低RO设备进水SDI值. 典型过滤设备: 双/多介质过滤器:
每星期反冲洗一次进行反冲洗. 微滤/超滤膜: 用以代替多介质过滤器,提高RO系统的进水水质. 保安过滤器:

84 膜原料预处理 预处理1.1: 双介质过滤法 进水 50-100% 反冲洗膨胀空间 无烟煤 锰绿石砂或石英砂 碎石铺在底层 出水

85 膜原料预处理 预处理1.2: 超滤法 超滤膜过滤原理: 利用膜孔径 超滤膜应用目的: 用以代替多介质过滤器, 提高RO系统的进水水质.
去除细菌, 染料, 大分子有机物, 蛋白质, 悬浮物, 胶体物质. 超滤膜的分类: 中空纤维式--外压式, 内压式 卷式 管式. 在作为RO系统的预处理时, 使用较多为外压式中空纤维超滤膜.

86 中空纤维超滤膜系统 膜原料预处理

87 膜原料预处理 预处理二: 脱氯工艺基础 目的: 去除水中的余氯,以避免余氯对反渗透膜造成不可恢复的损害. 氯和活性炭(C*)的反应:
C* + HOCl ---> CO + H+ + Cl- C* + 2Cl2 + 2H2O ---> 4HCl + CO2 氯和亚硫酸氢钠的反应: Na2S2O5 + H2O <---> 2Na+ + 2HSO3- Na+ + HSO3-+2H++Cl-+OCl---> Na++SO4-2+3H + 2Cl- 膜原料预处理

88 膜原料预处理 预处理2.1: 活性炭过滤法 水通过活性炭过滤器的过程类似双介质过滤器. 桶体可采用: 碳钢衬胶, 不锈钢.
活性炭应进行周期性杀菌, 一般采用蒸气或热水. 活性炭所能去除物质: 颜色和气味 三氯甲烷(THM) 低分子量有机物

89 膜原料的预处理 出水 进水 颗粒状活性炭(椰壳) 25% - 50% 反 冲洗膨胀空间 活性炭过滤法

90 膜原料预处理 预处理2.2: 亚硫酸氢钠加药法 加注点应位于以下设备前面: 保安过滤芯, 静态混合器, 高压泵. 加注量:
4-6倍进水氯浓度. 10-16倍进水氯胺浓度. 同时可抑制来自活性炭过滤器的微生物. 通过ORP仪表或氯仪表来检测水中氯含量.

91 膜原料预处理 预处理三: 软化工艺基础 软化器特点: 阳离子树脂交换床 Na+ 交换 Mg2+ and Ca2+
树脂的交换能力一般为20K 格令硬度/立方英尺树脂. 桶体尺寸由被处理水的硬度和要求的交换能力来决定. 一般采用普通阀门或多路控制阀来控制. 再生: 控制开采用时间型或流量型或手动启动. 一般采用顺流再生. 膜原料预处理

92 预处理3.1:软化法 膜原料预处理 进水 50%反冲 膨胀空间 树脂床 出水

93 预处理3.2:阻垢剂加药法 膜原料预处理 通过加注阻垢剂来代替软化,以遮避水中硬度.

94 膜分离设备日常维护和停车检修

95 前 言 操作与维护是成功的系统性能的关键。为了尽早的发现潜隐的问题，须收集系统性能数据并定期分析。若发生了问题，应该采用合宜的寻找故障的技术，并与膜制造商和/或系统设计者切磋商量合宜的消除问题的措施。对不能控制的结垢、污染或堵塞，则需经常清洗膜以保持膜的性能。

96 浓 差 极 化 定 义 膜污染处理 在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化(concentration polarization)。

97 膜污染处理 浓差极化特性 它是一个可逆过程。只有在膜过程运行中产生存在，停止运行，浓差极化逐渐消失。
它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差极化程度，提高膜的透过流量。

98 膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。当分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象称为凝胶极化 (gel polarization) 膜污染处理

99 膜污染处理 膜分离过程中遇到的最大问题是膜污染(membrane fouling)，膜污染的主要原因来自以下几个方面。
凝胶极化引起的凝胶层; 溶质在膜表面的吸附层; 膜孔堵塞; 膜孔内的溶质吸附.

100 膜污染处理 膜污染不仅造成透过通量的大幅度下降，而且影响目标产物的回收率。为保证膜分离操作高效稳定地进行，必须对膜进行定期清洗，除去膜表面及膜孔内的污染物，恢复膜的透过性能。

101 膜污染处理 膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，使用的清洗剂要具有良好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。

102 膜污染处理 如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果较好。

103 清洗操作是膜分离过程不可缺少的步骤，但清洗操作是造成膜分离过程成本增高的重要原因。因此，在采用有效的清洗操作的同时，得采取必要的措施防止或减轻膜污染。例如，选用高亲水性膜或对膜进行适当的预处理(如聚砜膜用乙醇溶液浸泡)，均可缓解污染程度。 此外，对料液进行适当的预处理(如进行预过滤、调节pH值)，也可相当程度地减轻污染的发生。 膜污染处理

104 如何防止膜污染以及开发高效节能的污染清除技术是进一步普及膜分离技术的关键之一，也是产学界孜孜以求的目标。研究表明，膜分离过程存在临界操作压力，在临界压力以下进行膜分离操作，可长时间维持较高的透过通量。降低对清洗操作的依赖程度，提高膜分离效率。 膜污染处理

105 膜污染处理 膜材料的选择 膜孔径或截留分子量的选择 膜结构选择 组件结构选择 溶液 pH 控制 溶液温度影响
膜分离技术应用中需注意的几个问题 膜污染处理 膜材料的选择 膜孔径或截留分子量的选择 膜结构选择 组件结构选择 溶液 pH 控制 溶液温度影响 溶质浓度，料液流速与压力的控制

106 膜原料预处理 分离膜的保存对其性能极为重要。主要应防止微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。
微生物的破坏主要发生在醋酸纤维素膜；而水解和冷冻破坏则对任何膜都可能发生。温度、pH值不适当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。

107 膜的保存 膜原料预处理 膜的收缩主要发生在湿态保存时的失水。收缩变形使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时还会造成膜的破裂。当膜与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩散而失水，也会造成膜的变形收缩。

108 压力试验的装置 膜设备压力试验 容器制造厂应设置压力试验的专用场地。地面应平整略带斜度，四周设排水沟，利于排水，并能承受试压时容器和试压介质的荷重。有专用电动试压泵和空压机；各种不同规格和压力级别的专用盲板，垫片和螺栓，压力表接头等专用试压设备和工具；有不同压力等级和精度等级的压力表，表盘直径不应小于100mm，表盘的量程为试验压力的2倍左右，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力。压力表的精度对于低压容器不应低于2.5级；中压及高压容器不应低于1.5级，压力表应经计量检定合格。试压时必须用两个量程相同的压力表，并装在试验装置上便于观察的部位。对于容积较小的容器，为避免加压过程中压力波动过大，应在试压泵与容器之间设置缓冲器。

109 （一）压力试验的方法及要求 膜设备压力试验 (1)液压试验：一般情况下采用液压试验，因为液体的压缩性很小，所以液压试验比较安全，只有对不宜作为液压试验的容器才进行气压试验。 如内衬耐火材料不易烘干等容器 (2)气压试验：气体的可压缩性很大，因此气压试验比较危险，对高压容器和超高压容器不宜做气压试验。

110 膜设备压力试验 (3)气密性试验：对剧毒介质和设计要求不允许有微量介质泄露的容器，在进行液压试验后还要做气密性试验。
气密试验应在液压试验合格后进行。对设计图样要求作气压试验的压力容器，是否需要再作气密性试验，应在设计图样上规定。根据气密试验的目的，容器作气密试验时，应将容器上的安全附件（安全阀、压力表、液面计等）安装齐全，以便在气密试验时检查所有连接部位是否严密不漏。而压力试验与其不同，试验时不须将安全附件安装齐全，而是用盲板和丝堵将接口堵住即可。

111 膜设备压力试验 试验液体一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。
奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍去除干净。当无法达到这一要求时，应控制水中氯离子含量不超过25μg／g)。 膜设备压力试验

112 膜设备压力试验 液压试验程序 试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内空气排尽。试验过程中应保持容器观察表面干燥。
试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至设计压力，并保持足够长的时间以对所有焊缝和连接部位进行检查。如试验发生渗漏，修补后应重新试验。 试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。 膜设备压力试验

113 膜设备压力试验 气压试验时，碳素钢和低合金钢制容器的介质温度不得低于15℃，其他钢种按设计图样规定。 气压试验程序：
由于试验介质为压缩气体，一旦发生泄漏能危及人身安全，所以采用气压试验的压力容器，其A、B类焊缝必须经过100%射线或超声波探伤检查。另外试验程序也要比水压试验更为严格。气压试验时，试验工厂的安全部门应进行现场监督。试验压力要缓慢上升，首次升压为试验压力的10%，且不超过0.05MPa，保压5min，然后对所有焊缝和连接部位进行初步泄漏检查。如未发现泄漏，再继续缓慢升压至试验压力的50%，如无异常，其后按每级为规定试验压力的10%，逐级升到试验压力。保压10min后降至设计压力，并保持足够长的时间进行全部位的检查。检查时采用皂液喷涂到焊缝表面及密封连接处，观察有无气泡产生。 膜设备压力试验

114 膜设备压力试验 压力试验的判定标准 压力容器经过压力试验后，是否合格，应进行评定。符合下列情况者为合格。 容器上所有焊缝及密封连接处无泄漏。
容器无可见异常变形。 设计要求作残余变形测定的容器，在压力试验同时应作残余变形测定。其合格 标准为径向残余变形率不超过0.03%或容积残余变形率不超过10%。 膜设备压力试验

115 压力试验报告 容器经压力试验合格后，检验人员应签发试验报告，并经检验责任工程师，第三方监检人员签字确认。试验报告应包括以下内容：试验介质、温度、试验压力、保压时间、升压程序，压力表精度量程和表号，水质氯离子含量分析（若要求的话）；试验时间和地点，各级质控人员签字。 膜设备压力试验

116 气密性试验的方法和要求 气密试验的试验压力为容器的设计压力，或按图样的规定。气体介质温度对碳素钢和低合金钢制容器不低于5℃，其他材料按设计图样规定。试验过程应缓慢升压至设计压力保持10min，同时用皂液喷涂焊缝和连接部位进行泄漏检查。对于小型容器也可以将容器放置在水池中进行检查，以无泄漏为合格。如发现有蟹沫状气泡，说明该处泄漏，应卸压后进行处理，并重新试验。 膜设备压力试验

117 日常运行检查 进入正常生产后，操作人员每小时要定期巡回检查设备现场，把巡检的结果如实记录下来，与运行记录一起给予总结，作为定期维修的资料。
周期 检查项目 检查方法或检查点 备注 每班 一次 检查是否有漏水 设备的各密封部位及附属阀门等各处是否漏水 如有漏水， 找出漏水点 位置及原因 ，及时止漏