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超滤原理介绍


OMEXELL超滤技术交流

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目 录
超滤技术简介 国内外主要超滤厂家及产品概要 OMEXELL超滤膜组件的介绍(结构、运行、调 试、维护) 影响OMEXELL超滤膜通量主要因素 OMEXELL超滤膜组件的设计选型和

应用
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超滤技术简介
超滤(Ultrafiltration):介于微滤和纳滤之间的一 种膜过程,膜孔径在0.03μm至1000分子量之 间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓 缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜 孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为 驱动力,以超滤膜为过滤介质。

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超滤技术简介
截留分子量:标准“切割分子量(MWCO)”来描述 超滤膜孔径的大小,定义为膜具有90%以上截留 的最小分子量物质; 孔隙率:过流微孔总面积在膜丝总表面积中所占的 比例; 通量 (Flux):产水透过膜的流率,通常表达为单位 时间内单位膜面积的产水量,其单位多用 L/m2.h;
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超滤技术简介
比通量:单位压力下,单位时间内单位膜面积的产 水量,单位为L/m2.h.bar; 透膜压差 (Trans-membrane Pressure):简称 TMP,即产水侧和原水进出口压力平均值差异, 即膜两侧平均压力差; 全流过滤TMP = 进水压力 - 产水出口压力;

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按组件形式分类
超滤膜一般分为板框式(板式)、中空纤维、管式、 卷式等多种结构。其中,中空纤维式是国内应用最为 广泛的一种,根据进水方式不同还分为内压式和外压 式中空纤维膜。

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按制膜材料分类
醋酸纤维素(CA):优点是低价,亲水性好,不易阻塞污 染。弱点是易被微生物吞噬,对于pH和温度适应范围小。 聚砜(PSO):自从1975年以来已被广泛应用于UF和MF膜。 优点耐温和耐pH能力好。缺点不能抗油、油脂、脂肪和两 极溶剂。 聚偏二氟乙烯(PVDF):优点是其高度的碳氢化合物抗氧 化能力强。缺点很难制成有良好超滤分离特性的膜。 复合膜:复合膜多层膜结构,但所有的都有精确的组分; 常见支撑层(基膜)、分离层(涂膜)。
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国内外主要超滤厂家及产品概要
Norit(X-FLOW) 诺瑞特(荷兰) 膜材料:聚醚砜 PES(聚砜) 内压式
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国内外主要超滤厂家及产品概要
Norit超滤膜特点 1):卧式膜系统采用类RO8寸标准设计,有一定互 换灵活性; 2):开发在线智能浊度监测系统,自动控制进水流 量和反洗周期; Norit超滤膜不足 1):内压式中空纤维膜不适用高SS水源,前处理 要求严格; 2):PS聚醚砜材质耐氯性不强,化学清洗NaClO 浓度仅为200ppm;
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国内外主要超滤厂家及产品概要
美国Koch 科氏滤膜 膜材料:PS(聚砜) 内径:0.9mm 截留分子量:1~10w 通量:45~60gfd (76~102)L/m2﹒h 运行方式:内压式
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国内外主要超滤厂家及产品概要
美国Koch 科氏滤膜特点
特点:KOCH 公司为中空纤维超滤膜完全不对称楔 型结构的发明者(ROMICON ,1973);

进水接触的一侧膜结 构致密, 而与透过液 接触侧膜结构疏松, 呈现楔型(倒喇叭口) 形状;
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国内外主要超滤厂家及产品概要
PALL超滤膜(美国)-microza
颇尔公司于2004年成功的完成了 USFilter旗下过滤和分离集团(简 称FSG)的收购,包括FSG集下的 Filterite,SeitzSchenk,Fluid Dynamics,Schumacher,以及 Exekia公司,此外,2003年12月与 美国Groe公司联合,进一步提升了 自己的实力。被美国(FORTUNE) 杂志评为美国500家最大企业之 一。
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国内外主要超滤厂家及产品概要
PALL超滤主要技术参数: 运行方式:外压式 膜孔径:0.1μm 膜材料: PVDF(聚偏二氟 乙烯) 通量:60~150L/m2.h

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国内外主要超滤厂家及产品概要
Inge(德国)滢格超滤膜

特点:内压式 材料:聚醚砜 特点:多孔结构纤维 丝,每根毛细管内含7 根内径0.8mm内径的 纤维
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国内外主要超滤厂家及产品概要
日本久保田(kubota) 日本东丽超滤膜(Toray) 海德能- HydraCap 海南立升 天津膜天 大连欧科 浙大凯华等 海德能
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大连欧科

中空纤维式膜与卷式膜的比较
中空纤维比卷式膜更易清洗,维护更方便 卷式进料腔淤积微粒无法清除,格网结构造成清洗死 角多 卷式透水阻力较大导致其膜通量一般比中空纤维式低 卷式超滤膜无法进行完整性检测 卷式膜组件总表面积大,容积填充率大于中空纤维式

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内外压式中空纤维膜比较
外压和内压各有优缺点 外压式操作比内压式适应更大的进水悬浮物浓度

外压式

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内压式

OMEXELL-UF与类似产品比较优势
制膜材料优势:PVDF尽管它很难使膜具有良好且稳 定的分离特性,按一般认为制膜过程很难将膜孔径 做到0.1μm以下,但OMEX做到0.03 μm,是惟 一的PVDF材质超滤膜; PVDF材料自身优点就是其高度的抗碳氢化合物和氧 化环境的能力,因此OMEXELL超滤膜有很强抗氧 化能力;

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OMEXELL-UF与类似产品比较优势
孔隙率:OMEXELL采用有专利配方和制膜方法生产 的超滤膜,其孔隙率非常高,因此对一般各类型 水质膜通量可以高达60~120L/m2﹒h; 亲水性和接触角:亲水性往往采用接触角来衡量, 由于PVDF为非亲水材料,OMEXELL特有的亲水 改性减小了膜表面接触角,有助于减缓膜面污染 和增大通量;

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国内外主要超滤厂家及产品概要
OMEXELL-UF膜具有最前沿的超滤膜不对称结构,即由 致密的皮层和多孔的支撑层构成,通常支撑层的孔径 要比皮层高一个数量级以上;特有成膜技术改善了基 膜的晶核排列提供更强的支撑强度;这种结构有以下 的优点 a)致密的皮层提高了过滤的精度;b)多孔的支撑层 降低了过滤的阻力,并且使得穿过皮层的微小杂质被 截留的几率降低到最小。

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OMEXELL超滤膜组件的介绍

中心管内部布水口 进水断面布水口 DOW RESTRICTED - For internal use only

OMEXELL超滤膜组件的介绍
产水侧端盖

产水端面
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OMEXELL超滤膜组件的介绍

SFP2860产水侧
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OMEXELL超滤膜组件的介绍
超滤的运行有全流过滤(死端过滤)和错流过滤两 种模式。 全流过滤时,进水全部透过膜表面成为产水; 错流过滤时,部分进水透过膜表面成为产水,另一 部分则夹带杂质排出成为浓水。 OMEXELL-UF可根据需要和进水不同水质采用全流或 错流过滤。
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OMEXELL-UF的运行介绍

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OMEXELL-UF的运行介绍
全流过滤能耗低,操作压力 低,制水效率高从而运行 成本也低; 错流过滤能处理悬浮物更高 的流体,当进水中悬浮物 含量大于50mg/L或浊度为 4~5NTU时采取错流运 行;一般错流浓水流量不 大于0.5M3/h; 两者与平行流过滤、垂直流 过滤的关系; DOW RESTRICTED - For internal use only

OMEXELL-UF的运行介绍
启动前的检查内容: 1、超滤前处理系统运行正常, 超滤进水符合设计要求; 2、排水系统已经准备完毕; 3、PLC程序已经输入; 4、电路系统检查已完成,机泵 运行正常; 5、管路系统连接完成并清洗干 净;
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OMEXELL-UF的运行介绍
启动的基本步骤:

1、启动原水泵; 2、装置灌水和冲洗; 3、设置和调整进水压力、装置产水量; 4、启动反洗泵,设置和调整反洗压力; 5、设置和调整进气压力; 6、设置和调整连锁报警点; 7、设置反洗时间间隔; 8、设置气擦洗时间间隔; 9、设置并联装置反洗顺序;
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OMEXELL-UF的运行介绍

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超滤装置运行程控步序表

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维护篇之1-反洗
超滤的清洗方式包括水的正洗、 反洗,气洗,分散化学清洗 (CEB),化学清洗(CIP)等。 正洗、反洗、能将表面大颗粒胶 体、滤饼层去除;气洗可以增 强正洗、反洗的效果。

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维护篇之1-反洗
反洗过程,倒楔形膜孔在反洗水压下扩张有利于 污堵物洗出; 正洗将洗出物彻底排除组件;

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维护篇之1-反洗
反洗流量压力确定
反洗流量越大,对膜组件的清洗效果 就越好。但是反洗流量大,就需要 在中空纤维膜的内壁施以较大的水 压,过大的水压会导致中空纤维膜 的破裂,故反洗流量是通过反洗水 压来控制;反洗透水速率100~ 150L/m2﹒h; SFP的反洗压力应控制在不大于2bar
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维护篇之1-反洗
反洗频率确定
OMEXELL-UF常采用了全流过滤的运行模式,为了保 证滤膜在此工作状态下的膜通量不发生大的衰减, SFP采用了频繁冲洗技术,使膜表面截留的污染物在 形成较厚的滤饼前被清除; 频繁冲洗的频度取决于进水中杂质的 含量和种类,一般需通过现场的调试 来确定,并且在运行过程中根据进水 的变化及时予以调整;
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反洗频率与进水水源关系表(仅供参考)
进水类型 地下水 地表水 地表水 地表水 地表水 深度处理废水 浊度 (NTU) ≤2 0-2 2-5 5-15 15-50 ≤5 TOC (mg/l) ≤1 ≤2 ≤3 ≤5 ≤5 ≤5 组件产水量 (m3/h) 3 3 3 2.2 1.5 1.5 错流流量 (m3/h) 0 0 0 0.75 0.75 0 反洗间隔 (Min) 60 60 30 20 20 15 气洗间隔 (Days) 5 3 2 1 0.5 1

维护篇之1-反洗

注: 如原水为地表水,应在反洗水中加入NaClO,并控制反洗排放水余氯 浓度为 3~5 mg/L ; DOW RESTRICTED - For internal use only

维护篇之2-气洗
气洗的目的,就是利用压缩气体 在组件内纤维之间的爆破形成 的震荡,使附着在膜纤维表面 的污染物质得以剥落,达到强 化冲洗效果和节约反洗耗水的 目的。但过分强烈的气流会导 致膜纤维的断裂,造成产水水 质的下降;
气擦洗示意图
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维护篇之2-气洗
OMEXELL-UF组件气洗时,进气量 的控制是通过对进气压力的控制来 完成的,进气压力应控制在小于 1.0bar 为宜,单只组件平均进气量 在5~12Nm3/h 气洗频度稍小于一般维护反洗频度, 频度具体根据进水水质特殊性和中 试或调试阶段数据为依据;
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实际清洗照片

维护篇之2-气洗
典型气洗工艺参数举例
组件最大 进气压力 单支组件 气 进气量 擦 洗 气洗时间 条 件 气洗压力 气源要求 2.5 bar 5-12Nm3/h 每次30-180 秒 (推荐脉冲进气) ≤1.0 bar 无油压缩空气
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维护篇之3-化学加强洗(CEB)
Chemically Enhanced Backwashing(CEB) 一般在进水水质较差时候选用,根据水质不 同选择加酸反洗、加碱反洗或两者组合交替 进行; 酸洗推荐选用酸种类为:盐酸、柠檬酸、草酸 等;可以去除由于进水含有铁、铝等金属胶 体污染,也可预防硬度结垢; 碱洗常用药剂为氢氧化钠,主要去除有机物和 活性生物引起的超滤膜组件污染;
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维护篇之3-化学加强洗(CEB)
CEB的用药浓度和频率
清洗 频率 化 学 浸泡 加 时间 强 清 洗 化学 清洗 药剂 每24小时至少1次,一般根据中 试结果确定 5-10 分钟

酸:0.1%HCl 碱:0.05%NaOH+0.1%NaClO ( 有效氯计)
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维护篇之3-化学加强洗(CEB)

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维护篇之3-化学加强洗(CEB)
超滤膜长期使用运行过程中, 预处理和维护反洗只能解决膜 被污染速度的快慢问题。而无 法从根本上解决污染问题。即 使预处理再彻底,水中极少时 的杂质日积月累而使膜的分离 性能逐渐受到影响;即使在CEB 阶段也有部分通量不能清洗得 以恢复;(引入CIP概念)
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维护篇之4-离线化学清洗(CIP)
正常维护和化学加强洗无法遏制膜性能恶化时,采取 离线化学清洗(CIP)定期、不定期的对膜组件进 行化学清洗,以恢复膜的通量和截留率。 CIP进行条件:在相同温度下OMEXELL-UF超滤膜跨 膜压差上升1bar,且气洗、反洗和化学加强洗不能 恢复膜性能时进行;

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维护篇之4-离线化学清洗(CIP)
CIP前注意事项
1:超滤膜进行化学清洗前都必须先进行夹气反洗;整个清洗 过程约需要2 - 4个小时; 2:清洗剂在循环进膜组件前必须经过1~5μ的滤芯过滤,以除 去洗下的污物,清洗结束后必须将滤芯取下; 3:清洗液温度应尽量高一些,一般可控制在30℃-40℃; 4:必要时可采用多种清洗剂清洗,但清洗剂和灭菌剂不能对 膜和组件材料造成损伤。在使用另一种清洗剂清洗前应用纯水 将系统内上一清洗药剂冲洗干净; 5:不推荐使用有机溶剂类清洗药剂清洗OMEXELL超滤; DOW RESTRICTED - For internal use only

维护篇之4-离线化学清洗(CIP)
典型CIP工艺参数示例
清洗频率 化 化学清洗时 学 间 清 化学清洗药 洗 剂 清洗流量 跨膜压差比初始上升1.0bar (相同温度 下),且通过上述反洗、气擦洗或化学分 散清洗等方法不能恢复时 60~90 分钟 1~2% 柠檬酸、0.4%HCl或0.1% NaOH+0.2%NaClO (有效氯计) 1 m3/h· 每支组件
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清洗液温度 10~40℃(较高温度利于提高清洗效率)

清洗方案选择:

维护篇之4-离线化学清洗(CIP)

(1): 采用酸性溶液清洗超滤膜 该清洗方案适用于,由于当进水中Fe或Mn的含量超 过设计标准,或者超滤膜组件的进水中SS特别高, 而对膜的浓水侧造成的非有机物污染。 (2): 采用用碱性氧化剂溶液清洗超滤膜 当进水中有机物含量高,可能引起滤膜受到有机物污 染。并且当条件有利于生物生存时,一些细菌和藻类 也将在超滤膜组件中产生,由此引起生物污染。此情 况碱洗效果较好; 原则:能与污染物质发生失稳,脱离作用的化学清洗 药剂可选用,但以不会造成膜材料损伤为前提;
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特别警告提示: ★任何情况下都要避免身体直接接触化学清洗所用 药剂 ★进行清洗时,将有可能会有一些气体产生,循环 槽应设排空通气设备; ★管路必须完整,保持所有的管线压 力低于运行压力,以避免压力过高 引起化学溶液飞溅泄漏;
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维护篇之4-离线化学清洗(CIP)

维护篇之5-组件完整性检测
进水水质波动不大而产水水质急剧 恶化时,排除管路阀门互通或其 它连接件故障应进行膜组件完整 性检测 完整性理论依据:表面张力和泡点 压力理论表明,低压力条件空气 无法通过完整膜丝;出现断丝则 在产水侧观测到连续气泡
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维护篇之5-组件完整性检测
气泡观察法
将膜组件中充满水,膜丝所有的孔中都充满了液 体; 在膜组件进水侧缓慢通入无油压缩空气,且逐渐提 高进气压力,同时通过观察产水侧是否有气泡连 续溢出(产水阀门处于打开状态); 通常通入空气压力从0开始,逐渐增大至1bar。如果 在1bar时发现有气泡连续冒出,表明膜丝或者组 件存在(断丝)泄漏;
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维护篇之5-组件完整性检测
压力衰减法
将膜组件中、膜丝所有孔充满了洁净水; 在膜组件的进水侧缓慢通入无油压缩空气(产水阀门处于 打开状态),对OMEXELLTM系列超滤膜,保持压力测 试的设定值为2.5bar; 进气侧的水会受压穿过膜壁进入产水侧,因此会有一定量 的液体排出(大约会持续2分钟) 。等待压力稳定在设 定值时,将进气关闭(产水侧阀门处于打开),并密封 进气侧保持测试压力,静止保压10min; 压力测试10min后进气侧压力降不大于0.3bar,则表明膜 元件完整;
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维护篇之5-组件完整性检测

压力衰减法示意图
h / 3 m 2 : Q H m 0 2



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维护篇之6-超滤膜停机保护
a)装置上的膜组件如短期停用(3 天以内),可每天 运行约30~60min,以防止微生物污染; b)装置上的膜组件如长期停用(7 天以上),必须将 膜组件进行彻底的清洗,然后将保护液注入膜组件 内,且每月检查一次保护液的pH 值; c)保护液为为1%浓度的亚硫酸氢钠水溶液或(1%亚 硫酸氢钠溶液加10%丙二醇);

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维护篇之6-超滤膜停机保护
警告:超滤膜组件在任何时候都 必须在充满水的状态下保存, 膜组件一旦脱水变干,膜通量 将会不可逆衰减; 警告:在准备装置长时间停机过 程中,控制柜输出电源必须关 闭。并且输入电源也应处于关 闭状态 ;
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维护篇之7-常见故障分析
现象 超滤膜跨膜压差 过高 可能存在的原因 超滤膜组件被污染 产水流量过高 进水水温过低 超滤膜组件被污染 产水流量小 阀门开度设置不正确 流量器出问题 供水压力太低 进水水温过低 进水水质超出了允许范围 膜组件发生破损 供水泵不启动 在自动状态下系 统不能运行 进水压力高 产水背压高 PLC 程序有误 修正措施 查出污染原因,采取相应的清洗方法;调整清 洗参数。 根据操作指导中的要求调整流量 提高进水温度 查出污染原因,采取相应的清洗方法; 调整冲 洗参数。 检查并且保证所有应该打开的阀处于开启状 态、并调整阀门开度 检查流量器,保证正常工作状态 确定并且解决这一问题 调整提高进水温度; 提高进水压力。 检查进水水质,主要是浊度、COD 查找破损原因,修补或更换膜组件 排除接线错误可能; 将泵置于手动状态重新启 动,正常后转换为自动控制; 检查供水泵; 压力开关设置问题。 产水出口阀门未开启; 后续系统未及时启动; 压力开关设置问题。 检查程序

产水水质较差

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超滤系统全局
维持超滤装置长期正常运行的三个条件 与运行方式相匹配的合格的进水水质; 日常科学维护和合适的清洗频率和清洗控制参 数; 及时有效的化学清洗;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
常规操作参数影响 1)压力的影响 在一定的范围内, 透过膜的水通量增加与进水 压力的增加存在相对的线性关系,增加进水压力 也增加产水量,OMEXELL-UF膜最大承受外压 可达6bar;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
2)温度的影响 水温升高导致水分子的活性增加,水粘度 减小,因此在相同压力条件时超滤膜透水量变 大。OMEXELL-UF膜材料运行温度为0~40℃, 不同水温下的产水量可通过以下公式换算 : Qt=1.03 T-25 × Q25 Qt-UF 在t水温下的产水量 Q25–UF 在25℃水温下的产水量 T–UF 进水水温℃
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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
OMEXELL-UF膜产水量随温度变化的校正系数曲线

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
主要污染物的影响 悬浮物(SS)浓度、胶体的影响: 悬浮物是指水样通过孔径为0.45μm的滤膜后截留在 滤膜上并于105℃下烘干至恒重的质量差; OMEXELL-UF超滤平均孔径在0.03 μm以下远小于 表征为SS的颗粒粒径,故此对SS有很好的去除;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
SS主要成分为大颗粒物质,当其小于20mg/L时,视 原水具体情况一般可直接采用UF过滤,20~ 50mg/L时投加混凝药剂可以改进超滤的过滤性能; 当SS大于50mg/L,浊度NTU>5情况,应在 OMEXELL-UF前采用适当的前处理设施。

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
砂滤、盘滤、多介质过滤器、混凝沉淀池等前处理 设施能部分去除水中泥沙、铁锈、悬浮物、胶 体、细菌、大分子有机物等物质 ,减轻UF膜的 负担; OMEXELL-UF对前处理出水要求浊度(NTU)一般 要小于5,就不会明显影响超滤过流性能;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
胶体:颗粒粒径的大小为1~100nm之间的分散系
表面积大,吸附力强,吸附离子的带上电荷; 带正电荷的胶体:金属氢氧化物、金属氧化物。 带负电荷的胶体:金属硫化物、非金属氧化物。 不带电:(纤维素、蛋白质、橡胶等有机高聚物)

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
胶体污染防治是 OMEXELL-UF主要克服 的难点之一,由于其造 成的污堵难以通过清洗 去除;混凝、架桥等作 用可以转变胶体特性, 使其失稳得以过滤去除 同时减缓对超滤膜污 染; 某些特定地表水虽浊 度、SS很低但有机胶体 类物质含量较高,超滤 通量也不可选用太高;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素

有机物(TOC) 来源为人工加入如(表面活性剂、有机杀菌剂、高 分子有机絮凝剂等)和水体天然存在(腐殖酸 等) 对OMEXELL-UF潜在危害:吸附在膜表层或孔径内 部,有微生物滋生时是营养物质提供者,损害膜 性能;

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影响OMEXELL超滤膜通量主要因素
微生物
微生物滋生对超滤膜长期运行稳定运行是很大威胁; 吸附在膜丝表面迅速繁殖,连同代谢产物形成不易清洗黏 液,时间过长容易引起某些不可逆的膜污染。 加杀菌剂如次氯酸钠、氯气紫外杀菌等方法灭活;

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OMEXELL超滤膜典型业绩介绍
工业超纯水预处理用UF -山东邹县电厂(2╳1000MW) 循环冷却水处理 -高井电厂循环水 工业中水回用 -燕山石化炼油废水,14000t/d 饮用水 -章丘自来水厂,40000t/d
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