【導(dǎo)讀】為了提高這本手冊(cè)的應(yīng)用價(jià)值，新增了預(yù)處理、自動(dòng)控制。這本手冊(cè)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。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。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。對(duì)膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作的學(xué)習(xí)也有較大的幫助。本書提供的信息相對(duì)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。雖然書中沒有太多的數(shù)學(xué)計(jì)算，但它對(duì)于工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用都是非常。一本出版物而已。略了一些基礎(chǔ)的膜和化學(xué)知識(shí)。本書中大多數(shù)的實(shí)例是基于平板膜和卷式膜組件。想成為市場(chǎng)主導(dǎo)的機(jī)會(huì)極小。希望本書能幫助避免許多。以往很容易的犯的錯(cuò)誤。廢棄物或在滲析過程中未通過半透膜而保留下來的滯留物。量組分不產(chǎn)生滲透壓，但實(shí)際現(xiàn)象卻象滲透壓。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,而能通過單價(jià)的負(fù)離子。

　　

【正文】 4 英寸的也不是太貴。但4 英寸以上的價(jià)格卻漲勢(shì)驚人，因?yàn)榇罂趶讲讳P鋼的需求量很小。 贗 注意“不銹鋼”這個(gè)定義并不是很確切，因?yàn)?材料的耐腐蝕性只是在特定的條件下的 。例如，北海 (North Sea)的海水問題較多，但可以用普通不銹鋼處理，大概是因?yàn)楹Ｋ^冷。而來自紅海 (Red Sea)的海水比較溫?zé)幔哂泻軓?qiáng)的腐蝕性，因此需要使用更好、更貴的不銹鋼。贗 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，而且終有一天通過徹底地清洗可以解決這個(gè)問題。更好的清 洗方式可以用硝酸使不銹鋼表面鈍化。實(shí)踐證明這種 操作可以使系統(tǒng)保持許多年，除非系統(tǒng)很快被腐蝕。 贗 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(chǎng)中應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)，因?yàn)閷?duì)于這類場(chǎng)合它們已可以適用了。 贗 以下產(chǎn)品是純質(zhì)材料： 贗 ABS－在水脫鹽系統(tǒng)中是非常有用的材料； 贗 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； 贗 PE－聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好，但溫度穩(wěn)定性有限； 贗 贗 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(shì)； 贗 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(duì)酮和芳香族化合物較敏感； 贗 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； 贗 C－ PVC－氯化 PVC 比一般的 PVC 的溫度穩(wěn)定性更好些。但目前由于 PVC 行業(yè)的政治原因可能在將來會(huì)把 PVC 材料排除在外； 贗 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。 贗 以下是一些復(fù)合材料： 贗 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； 贗 Epoxy(環(huán)氧 )－一種僅由德國(guó) Membratec 制造的很特殊的類型，膜殼是薄壁型的，但不能耐高壓。 贗 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(chǎng)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 贗 22贗 比較大。 贗 贗 管道 贗 在膜系統(tǒng)中許多管道，通常很容易找到需要材料。 通常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 。 贗 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(duì)薄壁管道很容易制作 。 贗 贗 泵的類型和選擇 贗 沒有泵，沒有膜過濾！這個(gè)道理非常簡(jiǎn)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。 贗 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： 贗 ? 單級(jí)離心泵 贗 ? 多級(jí)離心泵； 贗 ? 活塞泵； 贗 ? 隔膜泵； 贗 ? Mohno 類型的泵 (很少使用 )。 贗 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)。 贗 大多數(shù)場(chǎng)合都使用普通的帶封閉葉輪的離心泵 (3000/3600rpm)。對(duì)于乳制品行業(yè)離心泵特別有用，因?yàn)樗鼈兙哂小皢我弧钡奶匦?，有利于用作循環(huán)泵。 贗 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)中可以換用離心泵。但由于離心泵很難達(dá)到低流量高揚(yáng)程，因此對(duì) 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。 贗 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(chǎng)。他們是： APV－ Pasilac， Stamp， Grundfos， Tetra Laval 和 KSB。 贗 泵的類型 贗 定 義 贗 低速 贗 轉(zhuǎn)速低于 3600rpm 贗 高速 贗 轉(zhuǎn)速高于 3600rpm 贗 單級(jí)離心泵 贗 ? 低速 贗 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 贗 23贗 3600 轉(zhuǎn) /分鐘。也可以使用更低轉(zhuǎn)速的，但投資也將相應(yīng)增加。低速主要用于大流量。 贗 當(dāng)流量超過 100m3/h 時(shí)，可以考慮使用 1500rpm/1800rpm 的泵。有些泵可以操作在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，其初期投資可以因其低能耗而得以補(bǔ)償。 贗 泵一般使用封閉式葉輪，這樣對(duì)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。 贗 ? 高速 贗 高速離心泵主要用于海水脫鹽。在市場(chǎng)上有一些不同類型的高速離心泵。 贗 Sunstrand(美國(guó) )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)離心泵可以傳遞 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(jìng)爭(zhēng)。 贗 Enviro Tech(美國(guó) )公司銷售一種特殊的泵， Roto Jet，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)方案使我們可以看到產(chǎn)生壓力的皮托管。這是一種不同尋常的設(shè)計(jì)。 贗 多級(jí)離心泵 贗 ? 低速 贗 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。 贗 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(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。他們同欲分享市場(chǎng)的其它泵生產(chǎn)商展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這些泵往往可以運(yùn)行許多年而不需要維修。還可以在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，如帶有破壞性的冰凍環(huán)境。 贗 Tonkaflo(美國(guó) )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(jìng)爭(zhēng)。Tonkaflo 泵傳遞壓力可達(dá) 40bar，因此在超過 26bar 高壓場(chǎng)合銷售良好。 贗 KSB(德國(guó) )生產(chǎn)很多類型的泵，大多用于 工業(yè)場(chǎng)合。他們也生產(chǎn)很有趣、大型的工業(yè)多級(jí)離心泵，它們可以在高壓下傳輸每小時(shí)幾百立方米的流量。 贗 Sulzer(瑞士 )制造的泵類似于 KSB，但不如 KSB 有名。 贗 ? 高速 贗 Grundfos(丹麥 )公司 可以生產(chǎn)運(yùn)行轉(zhuǎn)速在 5000～ 6000rpm 的多級(jí)離心泵。這種類型的泵通過幾級(jí)壓力達(dá)到 70bar。它們通過一個(gè)扁的帶式裝置達(dá)到這個(gè)速度。通常由一個(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 )。 贗 正位移泵 贗 正位移泵不管壓力如何，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。 贗 ? 活塞泵 贗 最初的柱塞泵有一個(gè)或多個(gè)活塞。市場(chǎng)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)。 贗 ? 均質(zhì)泵 贗 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 贗 24贗 的處理。 贗 ? 隔膜泵 贗 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(chǎng)合。 贗 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(zhǎng)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。 贗 贗 預(yù)處理方法和策略 贗 預(yù)處理的策略可以有非常廣泛的目的 ,有時(shí)還可能完全相反 .見表 25。 贗 表 25 預(yù)處理 贗 增加溶解性 贗 PH、溫度及綜合因素 贗 降低溶解性 (使結(jié)晶化 )贗 控制結(jié)晶化，使產(chǎn)生微小晶體，如加熱并保持 贗 延遲結(jié)晶化 贗 使用阻垢劑 贗 減少低溶解性的溶質(zhì) 贗 使用離子交換介質(zhì) (如鈣－鈉交換 )贗 減少懸浮固體 贗 使用過濾器、離心分離機(jī)、沈淀、沈降、浮選 贗 減少有機(jī)溶劑 贗 蒸餾 贗 減少重金屬、氧化重金屬 贗 Cr+6→ Cr+3， Fe+2→ Fe+3，以氫氧化物形式沈淀 贗 殺死微生物 贗 巴氏殺菌法、消毒和化學(xué)處理，同時(shí)去除死去的微生物 贗 微生物變異的高度濃縮 贗 蛋白的發(fā)酵 贗 在反滲透前去除不溶性的有機(jī)固體 贗 使用納濾或超濾，例如去除腐殖酸或不溶解的礦物油。 贗 料液中的懸浮固體是非常難處理的問題。到目前為止，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。 贗 微生物代表了一個(gè)特殊的問題。不管它們是死或活，都可能阻塞膜片。活的微生物可能通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，可以引起阻塞。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。 贗 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，可以采用在此表中列出的同類產(chǎn)品相同的預(yù)處理方法。雖然這部分信息是通過行業(yè)整理的，也可以象以下列出的那樣，通過產(chǎn)品的類型歸類。 贗 例如： 贗 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。 贗 贗 25贗 多糖：角叉 (菜 )膠、果膠、瓊脂、樹脂、黃原膠。 贗 果汁：蘋果汁、梨汁、菠蘿汁。 贗 預(yù)過濾的要求變化很大。管式膜對(duì)料液中的顆粒有耐受力，其它的所有系統(tǒng)都要求對(duì)料液進(jìn)行過濾。表 26 提供了一些指導(dǎo)。 贗 表 26 預(yù)過濾要求 贗 贗 流道 贗 亦可見表 11 贗 管式系統(tǒng) 贗 1英寸 贗 過濾至毫米級(jí) 贗 管 系統(tǒng) 贗 贗 應(yīng)在 左右 贗 纖維系統(tǒng) 贗 2mm 贗 必須達(dá) 100 微米或更小 贗 板框系統(tǒng) 贗 1mm 贗 必須達(dá) 5微米或更小 贗 卷式組件 贗 90mil 贗 必須達(dá) 100 微米或更小 贗 卷式組件 贗 47mil 贗 必須達(dá) 5微 米或更小 贗 卷式組件 贗 30mil 贗 必須達(dá) 10 微米或更小 贗 中空精纖維系統(tǒng) 贗 未定義 贗 非常敏感，建議物料進(jìn)行超濾或微濾 贗 表 27 列出了在膜表面發(fā)現(xiàn)的最常見的物質(zhì)。 贗 贗 贗 贗 表 27 與膜相對(duì)抗的物質(zhì) 贗 對(duì)抗物質(zhì) 贗 無機(jī)材料 贗 有機(jī)材料 贗 生物量 贗 纖維 贗 酸 贗 ╳ 贗 贗 ╳ 贗 贗 海藻 贗 贗 贗 贗 贗 氫氧化鋁 (Al(OH)3)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 氧化鋁 (Al2O3)贗 ╳ 贗 贗 ╳ 贗 贗 細(xì)菌 贗 贗 贗 贗 贗 硫酸鋇 (BaSO4)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 碳酸鈣 (CaCO3)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 磷酸氫鈣 (CaHPO4)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 陽離子 贗 贗 ╳ 贗 贗 贗 動(dòng)物卵黃系帶 贗 贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 26贗 氫氧化鉻 (Cr(OH)3)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 染色、聚酰胺、聚酯、棉制品 贗 贗 ╳ 贗 贗 ╳ 贗 脂肪 贗 贗 ╳ 贗 贗 贗 纖維 (紡織品 )贗 贗 ╳ 贗 贗 ╳ 贗 過濾器 贗 ╳ 贗 ╳ 贗 贗 贗 提純 (水果、奶酪、酵素等 )贗 贗 ╳ 贗 贗 ╳ 贗 凝聚劑 贗 贗 贗 贗 贗 青草、大麻 贗 贗 贗 ╳ 贗 ╳ 贗 油脂 贗 贗 ╳ 贗 贗 贗 頭發(fā) 贗 贗 贗 ╳ 贗 ╳ 贗 腐殖酸 贗 贗 ╳ 贗 贗 贗 氫氧化鐵 (Fe(OH)3)贗 ╳ 贗 贗 贗 贗 橡膠