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中空纖維膜簡介,蘇凈研究院中空纖維膜項(xiàng)目組,目錄,一、膜分離技術(shù)概述 二、中空纖維膜紡絲工藝 三、超濾膜組件 四、mbr膜組件 五、發(fā)展前景及展望,2,一、膜分離技術(shù)概述,膜(membrane)是什么？ 所謂的膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。,3,1.1 膜分離技術(shù)發(fā)展簡史,1748年，耐克特（a. nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。 1861年，施密特（a. schmidt）首先提出了超過濾的概念。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為微孔過濾。 1961年，米切利斯（a. s. michealis）等人制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜。 50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反滲透膜的研究。 自上世紀(jì)60年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜（簡稱uf膜）、微孔過濾膜（簡稱mf膜）和反滲透膜（簡稱ro膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。,4,1.2 膜的分類,5,1. 按膜的材料分類,2. 按膜的分離原理及適用范圍分類,根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將其分為微慮膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。,6,7,um,a,relative,size of,common,material 過濾對象,molecular,weight 分子量,0.001,10,0.01,100,0.1,1000,1.0,10,4,10,10,5,100,1000,10,6,10,7,100,200,5,000,20,000,150,000,500,000,aqueous salts 中水鹽份,metal ions 金屬離子,sugars 蔗糖,filtration,techno-,logy 過濾方法,pyrogens 熱源,virus 病毒,colloidal silica 膠體硅,albumin protein 白蛋白,bacteria 細(xì)菌,carbon black 碳黑,paint pigment 顏料色素,yeast cells 酵母,milled flour 面粉,beach sand 海灘沙礫,pollens 花粉,ro 反滲透,ultrafiltration 超濾,microfiltration 微濾,particle filtration 一般過濾,the filtration spectrum 過濾譜圖,nf 納濾,3. 按膜的形態(tài)分類 膜組件的結(jié)構(gòu)及型式取決于膜的形狀,工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。,四種膜組件的綜合性比較,9,二、中空纖維膜紡絲工藝,相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過溶劑的揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是ls型制膜法。,10,ls法制備 工藝流程框圖,2.1中空纖維膜的結(jié)構(gòu),雙皮層結(jié)構(gòu),11,表面膜孔結(jié)構(gòu),pvdf超濾膜公稱孔徑為0.1m，過濾精度高，對菌類和病原體的去除率99.9%，使其獲得優(yōu)良的產(chǎn)水品質(zhì)。,12,pes超濾膜孔徑分布窄，孔徑分布在0.0090.011m之間，對于100,000 dalton的過濾精度達(dá)到99.99%以上，因此，它具有優(yōu)異的過濾精度。,2.2紡絲影響因素,1.制膜液的均勻性：排料均勻 鑄膜液溫度 2.溫度控制 紡絲室的溫度 3.干程高度：是一個(gè)傳熱的過程，空氣中的微量水 蒸氣在膜表面發(fā)生延遲相分離，形成比較致密的皮層。 4.凝固浴溫度：溶劑與凝固液的雙向擴(kuò)散作用，瞬時(shí)相分離發(fā)生，形成指狀孔。當(dāng)超過一定溫度時(shí)，由于溫度過高，則反而在中空纖維膜的表面形成致密的皮層，從而導(dǎo)致中空纖維膜的水通量急劇下降。,13,1015,6020,顏色,機(jī)械調(diào)節(jié) 圓度 、毛刺 噴絲板的調(diào)節(jié)： 及時(shí)調(diào)圓 紡絲微調(diào) 保證壁厚,14,2.3后處理,15,水處理：繼續(xù)充分進(jìn)行擴(kuò)散交換，防止溶劑再次反溶解，導(dǎo)致出現(xiàn)連貫的大指狀孔。 甘油處理：進(jìn)行保濕作用，從低濃度到高濃度充分交換，減少膜中水分，降低液體的表面張力。 膜的收縮：發(fā)生在濕態(tài)保存時(shí)的失水，收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成膜的破裂。 當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時(shí)，由于膜中水分急劇地向溶液中擴(kuò)散而失水，也會(huì)造成膜的變形收縮。,三、超濾膜組件,16,超濾膜組件工藝流程圖,3.1工藝操作注意要點(diǎn),裝絲的時(shí)候注意防止擦損膜絲 切頭注意余量，抹膠控制膠量并完全堵死 安裝注意零部件的緊固 在不同的環(huán)境條件，控制甩油程度 加膠分兩步驟，離心去除氣泡；減少發(fā)熱量 澆鑄之前模具需要抹黃油，之后繼續(xù)放置3d固化,17,3.2氣壓檢漏,1、側(cè)口封堵，組件灌滿水 2、底部通氣壓，恒定0.1mpa 3、氣壓穩(wěn)定運(yùn)行1-3min 4、上端加水，適當(dāng)調(diào)節(jié)壓力，觀察氣泡情況，使用鉛筆標(biāo)記漏點(diǎn),18,3.3超濾組件結(jié)構(gòu),超濾膜組件的結(jié)構(gòu)及型式多樣化, 膜組件主要可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。,19,膜,壓力,流速,原料,產(chǎn)品,濃縮液,20,3.4超濾膜組件的清洗,21,濃差極化：水過濾在濃度梯度下，溶質(zhì)與水以相反方向向本體溶液擴(kuò)散，在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層，它對水的透過起著阻礙作用。,3.4超濾組件應(yīng)用,飲用水：家用凈水器就是活性炭吸附技術(shù)與uf技術(shù)雜化的成功范例。 ro裝置的前處理：海水淡化、高純水處理等，對ro膜的保護(hù)安全運(yùn)行，而且也提高了產(chǎn)品水的質(zhì)量。 食品方面的濃縮、提純以及回收等。 醫(yī)藥廢水以及生物制品的精致和提純。 環(huán)境工程的應(yīng)用：石油化工廢水、印染紡織廢水、金屬及電子加工廢水、生活污水等。,22,四、mbr膜組件,23,配膠,晾絲,固定撒粉,切頭抹膠,整理膜絲,二次配膠,另端澆鑄,切頭粘殼,分裝保存,mbr膜組件工藝流程圖,4.1 mbr的優(yōu)點(diǎn),出水水質(zhì)優(yōu)良。 活性污泥濃度高。 有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截留生長, 氨氮去除率高。 克服了常規(guī)活性污泥中容易發(fā)生污泥膨脹的弊端。 設(shè)備緊湊，省去二沉池, 節(jié)省占地。 系統(tǒng)采用plc控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。,24,4.2 膜生物反應(yīng)器,mbr又稱膜生物反應(yīng)器（ membrane bio-reactor ）膜生物反應(yīng)器是一種高效膜分離技術(shù)與活性污泥法相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。中空纖維膜的應(yīng)用取代活性污泥法中的二沉池，有效的達(dá)到了泥水分離的目的。充分利用膜的高效截留作用，能夠有效地截留硝化菌，完全保留在生物反應(yīng)器內(nèi)，有效去除氨氮，避免污泥的流失，并且可以截留一時(shí)難于降解的大分子有機(jī)物，延長其在反應(yīng)器的停留時(shí)間，使之得到最大限度的分解。應(yīng)用mbr技術(shù)后，主要污染物的去除率可達(dá)：cod93%、ss=100%。產(chǎn)水懸浮物和濁度幾近于零，處理后的水質(zhì)良好且穩(wěn)定，可以直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化。,25,mbr膜組件的應(yīng)用,26,4.3 mbr組件的清洗,27,水反洗,加藥反洗,在線清洗,離線清洗,五、發(fā)展前景及展望,隨著水污染的日益嚴(yán)重、水資源的短缺, 在水污染控制和水資源化方面被受到廣泛的重視,且具有廣闊的應(yīng)用前景。 雖然膜有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn),但是它的缺點(diǎn)也是