Nanostone Membrane Matters 155 - 跨膜压差和温度操作范围扩大带来的效益

Nanostone Membrane Matters 155 - 跨膜压差和温度操作范围扩大带来的效益

跨膜压差和温度操作范围扩大带来的效益

背景介绍

有机中空纤维超滤/微滤膜在主流工业水及废 水处理系统中已使用数十年。早期此类膜采 用浸没真空抽吸的过滤方式。近年来,压力 式中空纤维超滤/微滤膜组件进入市场并成为 大多数工业和中型市政水及废水回用系统的 优先选择。

与浸没式中空纤维超滤/微滤膜相比,压力式 膜对悬浮固体和浊度的允许限值要求更严, 但整体系统设计性价比更高。浸没式中空纤 维超滤/微滤膜组件的典型跨膜压差限值约为 1 bar或14.5 psi。压力式中空纤维超滤/微滤 膜组件的典型跨膜压差限值提高至1.3-3.0 bar (18-45 psi)之间。尽管跨膜压差提高可带 来效益,但由于有机中空纤维膜潜在的膜破 损、断丝问题,压力式中空超滤/微滤膜组件 仍受跨膜压差限制。

与有机膜相比,陶瓷膜具有公认的高可靠性 及更高的压力上限值,但过去其价格比有机 膜高很多。纳诺斯通水务的CM-151*陶瓷超 滤膜组件改变了这一趋势,在保持陶瓷膜本 身所具有的更高可靠性能的同时,其价格可 与有机压力式中空纤维超滤膜相竞争。

设计和操作自由空间大

下表对浸没式和压力式有机超滤/微滤膜与 Nanostone陶瓷膜的典型运行跨膜压差和最 大跨膜压差进行了比较。压力式有机超滤/微 滤膜的平均运行跨膜压差一般为最大值的25- 50%,而陶瓷膜的平均运行跨膜压差只有最 大值的10%。 总体而言,陶瓷膜带来的额外 跨膜压差余量空间大幅地增加了操作者的灵 活性。例如使用陶瓷膜可使每次清洗间的过 滤周期视需要延长,且可采用更极端的反洗 方式而无有机膜常见的断丝风险。

图1 - 不同超滤/微滤膜的平均跨膜压差与最大跨膜压差

低温水应用案例

根据温度影响水粘度,水粘度影响膜通量的 关系,一些浸没式和压力式有机超滤/微滤膜 的生产制造商通过建立温度与膜通量的拟合 曲线,将不同温度下的膜通量标准化至20°C (68°F)以指导膜通量的取值。因此在水温 小于20°C的低温水应用中,设计通量取值需 调低。

如表1所述,当操作温度从20°C (68°F) 降到4°C (39°F),产水量下降超过50% 。通量降低可在设计中通过增加相应比例的 膜面积来解决,而这大幅增加了基建投资和 系统占地。 而使用CM-151* 陶瓷膜组件, 对低温水只需简单地在进水泵选型时提高泵 的扬程即可。不论设计温度降低与否,陶瓷 膜系统的占地不变,且提升泵扬程对基建投 资的影响极小。

更高的膜组件压力等级

对压力式超滤/微滤系统,几大生产制造商 提供的最大膜组件压力等级在3-6 Bar (40- 90psi)之间。

图2 - 常见超滤/微滤膜组件的最大进水压力

压力等级提升带来的一显著效益是可在设计 时对已有进水压力进行利用,避免再设置中 间水池和压力泵将水提升至下游工艺。陶瓷 膜压力等级的提高还可提供额外的产水背 压,将超滤/微滤产水输送至更远和更高处。 另一效益是由可使膜不在压力限值附近运行 所带来的设计自由。在工艺设计中,如正常 设计压力接近膜组件压力限值,则需增设额 外的工艺设计控制措施和装置以避免压力增 加造成有机膜破损的风险上升。系统在远低 于压力限值下运行降低了膜破损的风险并使 整体工艺设计得以简化。

References