【文章內(nèi)容簡介】 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) 中空精細纖維系統(tǒng) 陶瓷 高價 低價 膜密度 (m2/m3) 高 低 平均 平均 很高 低 設備投資 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 可以 不能 可以 不能 不能 可以 流量要求 中等 大 中等 中等 大 小 很大 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 13 頁 共 56 頁 預處理 (也可見表 26) ≤ 50μ m 不含纖維 濾網(wǎng) ≤ 100μ m 很少纖維 ≤ 100μ m 很少纖維 ≤ 5μ m 嚴格預處理 濾網(wǎng) 注意： 1)膜系統(tǒng)只能按一種方式設計，膜的更換意味著整個硬件的更換。但管式和板式膜換膜時可以僅換膜，其余系統(tǒng)不變。 ? 卷式膜組件 膜殼設計 在市場上有許多不同的膜 殼設計，可以根據(jù)材料 (不銹鋼和高分子 )或功能(側面端口進出或通過端蓋進出 )進行分類。 高分子膜殼一般都由加固的聚酯玻璃鋼制成。這種設計已有 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)。如今它們的應用已越發(fā)廣泛了。結構上以側端口作為標準。一些不銹鋼膜殼的結構和玻璃鋼膜殼相同，這樣會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推出。 玻璃鋼膜殼只有三 種標準直徑： 英寸、 4 英寸和 8 英寸。不銹鋼膜殼則有一個非常寬泛的標準范圍，且無標準直徑。 不幸地是在歐洲，使用的大多數(shù)不銹鋼膜殼運用的都是美國英寸度量標準，且標準的乳制品尺寸較常見，但 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。 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℃ 側端進入 困難 /很少 簡單 /標準 端蓋進入 標準 非標 /難用 衛(wèi)生級 非 是 (可能 ) 價格 100％ 150～ 200％ ″， ″， ″ 純水標準 很少 ″， ″， ″ 不適用 乳制品標準 ″ 軍用標準 不使用 ″， ″ 不適用 KOCH 乳制品標準 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 14 頁 共 56 頁 圖 1 側端進出口的不銹鋼膜殼有兩種： 4口型，使用這種膜殼可以作為無外部產(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)使用者可以自己確定使用哪種類型，但事實上大多數(shù)的系統(tǒng)都建成外部副件型。 側端進入型的主要優(yōu)點是在衛(wèi)生級系統(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今是非常關鍵的。外 徑、組件長度和中心管的內(nèi)徑都沒有標準化。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。 每個膜殼內(nèi)的組件數(shù)量－壓降 為了確定每個膜殼內(nèi)的組件數(shù)量，必須考慮以下幾點： ? 首先確定使用的是 RO/NF 還是 UF/MF； ? 然后審查整個處理過程； ? 第三，確定每個膜組件能耐受的壓降值。 以下兩點應更值得注意： ? 傳導膜壓 (TMP)(膜殼進口和出口之間的壓力變化 )； ? 通過每個膜殼的壓降。 傳導膜壓代表了一個膜殼進口和出口之間的壓力改變值。壓力的降低是負荷通過膜組件的結果。具體例子見表 13。 我們很容易理解的是， 如果進水壓力是 10bar，則進出口之間的壓力變化很小，并可忽略不計。但如果進水壓力只有 1～ 5bar，那就完全不同了。因此，在一個膜殼中所有的組件最好有相同的傳導壓力。而在低壓操作中，組件的最大數(shù)量將減少。下表將作出相應說明 表 13 卷式膜組件的壓降舉例 例如：一個膜殼中有 4個組件，每個組件的壓降是 ，相當于每個膜殼的壓降為 。 進口壓力， bar 出口壓力， bar 平均傳導壓力， bar 4， 0 1， 2 2， 6 16， 0 13， 2 14， 6 表 14 每個 40″組件的壓降 (bar) 組件類型 Mil 尺寸 最大運行壓力，bar 一般壓力， bar 最終用戶使用壓力， bar 標準純水 30 ″ ～ 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 15 頁 共 56 頁 ″ ″ 乳制品 30 ″ ″ ″ ″ ～ ～ ～ ～ 特殊場合 47 90 90 4″ 4″ 6″ 1,2 1,2 1,0 1,0 1,2 1,0 0,5～ 1,0 0,5～ 2,0 0,5～ 1,2 表 15 每個膜殼內(nèi)的組件數(shù)量 RO NF UF MF 純水： 一般 范圍 6 1～ 8 6 1～ 6 3 1～ 4 2 1～ 2 液體分離： 一般 范圍 4 1～ 4 4 1～ 4 3 1～ 3 2 1～ 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 120℃。 一般來說復合膜的操作溫度至少可達 80℃，在低壓情況下，它們可經(jīng)受更高的溫度，如熱消毒時。 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，而更主要受膜的構型和膜系統(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℃。這個限制對用于水脫鹽的標準組件是有效的，但目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℃并不是一個最高溫度限制，但對于食品和分離行業(yè)的個案卻有問題。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)的組件已可以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)標準組件的真正溫度限制是 55℃，在正常操作中很少會在這個 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 16 頁 共 56 頁 溫度下操作。 一種新型的具有標準的 30mil 菱形流道的組件可以耐受更高的溫度。這種組件的銷售名稱為 Duratherm174。這些組件可以在 70℃下持續(xù)操作，短時期可加溫到 90℃，而同時可保持正常的膜使用壽命。但必須注意通量，并保持低于 35lmh，這樣可以確保操作壓力保持低壓。關于標準進水流道的使用，這種類型的組件只用于純水操作。 有較寬進水流道的組件可以在進水含較高溶解性固體的情況下操作。標準膜組件使用50mil 的流道，但較 寬的流道可達 90mil，可以處理較難處理的液體。用這種類型的膜，這些組件可以持續(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DURATHERM174。EXCEL。好的溫度穩(wěn)定性可以確保這些組件徹底滅菌，或者它們可以持續(xù)操作在理論上微生物不會有任何生長的溫度下。 膠的超濾中的膜可以喜愛 80～ 90℃下操作多年。最近一個個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)領域起主導地位，可以在 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，℃ 短時間最大溫度，℃ 標準純水組件 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) Duratherm174。組件 最大溫度，℃ 70 90 Duratherm174。EXCEL組件 最大溫度，℃ 80 90 請仔細閱讀供貨商提供的有關膜組件的說明書 ， 關注如 pH、通量和壓力等方面的限制 。 高溫操作一個正面的影響是：高溫可以增加通量 (見優(yōu)化壓力和溫度一節(jié) )。 90℃下操作可以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，這樣可以減少電耗。 高溫一般被認為問題比較多。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節(jié)予以更多的關注和重視，但高溫膜操作還是有許多優(yōu)點。我們應注意主要的原則：溫度越高，必須越關注其組件和膜的物理特性。 －過大的傳導膜壓力將使膜變得非常平 (壓緊 )，導致不可挽回的通量的下降。 －過大的壓降將導致膜和 /或構件的高分子材料移動，有時破裂，最終導致膜的徹底損壞。 除了卷式膜外的其它系統(tǒng)。 ? 纖維系統(tǒng)一般可耐溫達 80℃； ? 無支撐磨管的低價管式膜系統(tǒng)一般注明最大操作溫度為 35℃； 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 17 頁 共 56 頁 ? 有支撐的高價管式膜系統(tǒng)，如一 個不銹鋼的支撐排列可以耐溫超過 80℃； ? 中空精細纖維系統(tǒng)溫度限制 50℃； ? 板框式系統(tǒng)，根據(jù)實際設計，操作溫度可 80℃，但一些較陳舊的系統(tǒng)在高溫操作時壓力穩(wěn)定性有些問題。 壓力 所有的膜對壓力都是敏感的?！皦壕o” (paction)一詞常用于描述由于壓力而導致膜的不可反轉的“變平” 。除了膜本身受到的危害外，其至關重要的是要有適當?shù)闹?，防止壓力將膜擠壓入支撐材料。 因此仔細地閱讀和遵守供貨商的說明書是非常重要的。通常這類說明書不僅基于理論計算而且得之于實踐經(jīng)驗，因此我們何必去重復別人的失敗經(jīng)歷呢？ 表 17 典型的壓力限制， bar 標 準 特 殊 管式膜，有支撐 42 70 管式膜，無支撐 7 － 管式膜系統(tǒng) 42 70， 120 板框式系統(tǒng) 40 200 粗纖維系統(tǒng) 25 － 精細纖維系統(tǒng) 70 200 “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℃ 可能引起嚴重壓緊 80℃ 保持壓力低于 5bar， 有些不可避免的壓緊 關于膜的最大允許溫度和壓力沒有固定的準則。表 18 內(nèi)的指導方針除了 CA膜外適用于所有的膜。表 18A 提供了一些用 Wagner 單位換算的關于溫度 /壓力關系的一般原則。注意：溫度比壓力更危險 ！因此，當操作接近上限溫度時，建議盡可能限制壓力。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者 所有 ) 第 18 頁 共 56 頁 表 18A 避免或使壓緊最小化的指導方針 壓力 (bar)╳溫度 (℃ )＝ Wagner 單位 1200 安全操作，標準組件 1200～ 2020 較困難，特殊組件設計 2020 很困難，不太可能實現(xiàn)，非常特殊的組件設計 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為使用了聚酯襯背，經(jīng)實踐應用其 pH 上限為 。在很高的 pH 值下許多膜的性能將發(fā)生改變，但還可以用。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 *) 1 14