中空超滤膜HYDRAcap™技术手册
1. 超滤系统的运行和设计
1.1 技术介绍
HYDRAcap是一种中空纤维超滤膜组件，其平均截留分子量为150,000道尔顿。一个直径为8.9英寸（225mm）的HYDRAcap组件包含大约12,000条内径为0.8mm 的中空丝,中空丝的化学成分为聚醚砜，是一种耐有机污染的亲水性材料。过滤方式是由内向外，也就是说原水在中空丝内部流动，而滤液沿径向向外穿过中空丝。
HYDRAcap超滤膜是专为去除微粒而设计的。水被施压后透过滤膜，微粒则留在中空膜的内表面。由于膜上的微孔很小，用这种技术可以有效地除去所有悬浮物包括微生物再内。这些污染物会在膜表面累积，因此，需要周期性地用逆向的水流来清除污染物(即反洗)。
海德能公司提供两种尺寸的HYDRAcap组件。其外径都是大约9英寸，内含12,000根中空丝。一种组件长为60英寸，另一种长度为40英寸。
由于HYDRAcap有除菌除病毒性能，在处理地表水和井水作为饮用水的项目时十分理想，HYDRAcap已经成功地取得了加利福尼亚州卫生局（DHS）在饮用水方面的认证，此外，HYDRAcap对于去除胶体物质也很有效。同时对于反渗透系统而言，也是一种极好的预处理手段。
图1
1.2 应用简介
HYDRAcap™适用于下列情况：
1.2.1 处理地表水和井水用于饮用(符合地表水处理规定)
1.2.2 反渗透的预处理，如:
∙ 高度污浊的地表水
∙ 海水
1.2.3 深度处理废水(tertiary)的回收利用
1.3 过滤性能：
目前为止，已经对HYDRAcap用各种各样的水源进行了测试，证实有以下的去除效果：
表1 HYDRAcap™性能
成分 | 去除效果 |
微粒＞2μm | 2.5~3.5 log |
SDI | 出水＜4 |
病原体 | ＞ 4log * |
鞭毛虫 (Giardia) | ＞ 4log * |
隐孢子 (Cryptosporidium) | ＞ 4log * |
浊度 | 出水 ＜0.1NTU ** |
TOC去除 | 0~25% |
加入凝聚剂后TOC去除率 | 25~50% |
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*：加利福尼亚DHS认证 **：测试时给水浊度最高为50NTU
海德能公司认为HYDRAcap组件有许多优点，如：
∙ HYDRAcap星巴克咖啡粉能抗氧化，并且允许长期处于100ppm浓度的游离氯环境
air curtain∙ HYDRAcap是一种超滤膜，可有效去除水中99.99%以上的细菌和病毒。海德能公司目前已经完成了加利福尼亚州卫生局(DHS)的测试，证实HYDRAcap适用于饮用水的处理，DHS已经认证HYDRAcap的细菌和病毒去除率可达4 log斯诺顿
∙ HYDRAcap适用pH值范围宽泛，为2~13。因此不易受化学损伤。而且，它能用标准柠檬酸和氢氧化钠/次氯酸钠溶液清洗，而不需要特别的化学药品
∙ HYDRAcap为亲水性膜且抗污染
1.4 进水要求
∙ HYDRAcap需要精度为150μm的预过滤，以防止中空丝不可恢复的堵塞
∙ 进水浊度最大峰值为200NTU，连续过滤时最大进水浊度为100NTU
∙ 进水最高温度为40℃
1.5 HYDRAcap组件参数
表2 HYDRAcap™膜的工艺参数
构造 | 中空丝 |
膜聚合物 | 亲水性聚醚砜 |
MWCO(截流分子量) | 100,000~150,000道尔顿 |
组件标准膜面积 | 40组件：320ft2(30m2) / 40-LD组件：210ft2(19.5m2) |
60组件：500ft2(46m2) / 60-LD组件：325ft2(30.0m2) |
中空丝内径 / 外径 | 普通组件：0.31ft(0.8mm) / 0.047ft(1.3mm) |
LD组件：0.047ft(1.2mm) / 0.80ft(2.0mm) |
使用条件 |
预过滤 | 150μm |
正常水通量 | 32~85gfd (60~150L/m2/hr) |
圣诞节歌pH范围 | 2~13 |
连续余氯浓度可耐受 | 100ppm |
间歇余氯浓度可耐受 | 200ppm |
运行方式 | 错流过滤或全量过滤、反洗 |
最高耐受压力 | 60psi |
最高运行温度 | 104℉(40℃) |
20℃时透膜压差(TMP) | condition是什么意思4~22psi (28~150KPa) |
最大透膜压差 | 30psi |
过程设计条件 |
反洗压力 | 35psi (240KPa) |
反洗水流量 | 185gfd (315L/m2/hr) |
反洗频率 | 每隔15~60分钟一次 |
反洗时间 | 每次30~60秒 |
加药反洗(CEB)频率 | 最多每隔15~60分钟一次，最少每天1~2次 |
加药反洗(CEB)时间 | 每次1~10分钟 |
加药反洗所用药剂 |
通常(用于灭菌消毒) | 使用15ppm的次氯酸钠或30ppm的过氧化氢 |
其它(如用于除去混凝剂) | pH为2的柠檬酸或pH为12的NaOH |
化学清洗频率 | 厦门翻译公司每隔1~2月一次 |
化学清洗用药剂 | 柠檬酸 / NaOH + NaOCl |
中空丝透膜压差(TMP) = (给水压力+浓水压力) / 2 - 产水压力
温度修正中空丝内外压差(TCTMP) = TMP × e0.019(T-20) |
给水至浓水压降 | 国学班40组件 = ( 0.11 × 错流流量gpm + 0.9) × 2.72[-0.014(T-20)] |
60组件 = ( 0.19 × 错流流量gpm + 1.8) × 2.72[-0.014(T-20)] |
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1.6 结构和材料
表3 HYDRAcap组件各部分材质
部件 | 材质 |
中空纤维丝 | 聚醚砜 |
密封材料 | 环氧树脂 |
纤维束隔离网 | 聚丙烯 |
容器端盖 | Glass-filled聚丙烯 |
外壳与中心管 | PVC |
| | 是否英文
图2
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膜元件型号 | A – 英寸(mm) | B | C |
HYDRAcap40 | 43 (1092) | mid是什么 46 ⅛ (1172) | 47 ¼ ~ 47 ⅜ (1197~1203mm) |
HYDRAcap60 | 63 (1600) | 66 ⅛ (1680) | 67 ¼ ~ 67 ⅜ (1705~1711mm) |
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1.7 HYDRAcap™运行方式说明
以下是对HYDRAcap组件怎样运行的说明，大部分系统将遵循相同的原理。
HYDRAcap有四种运行模式：正常过滤(Processing)、反洗(Back Wash)、化学清洗(Cleaning)和完整测试(Integrity testing)。
在正常过滤(Processing)模式中，过滤出清洁的水。过滤方式可以是全量过滤(Directflow)，也可以是错流过滤(Crossflow)。在全量过滤方式中，所有HYDRAcap组件的进水都透过膜得以净化。而错流方式则类似于反渗透系统，会在运行中形成一股“浓水”，这股“浓水”有一切向速度沿膜表面流动。“浓水”一般全部或部分循环回到给水中。HYDRAcap系统装置一般全量过滤运行，但在进水浊度高时会自动切换成错流过滤方式。
在运行中，固体颗粒物在膜表面积累。因此，需要过滤后的水对膜进行短时间的清洗或反洗，以恢复膜的性能。通常系统自动控制程序被设置成每隔15~60分钟便对HYDRAcap膜进行约60秒钟的反洗(Back Wash)，有时加入氯(10~50ppm)进行反洗以对膜进行灭菌消毒。为了达到清洁膜表面的最佳效果，HYDRAcap的反洗过程有几个步骤：
∙ 正向冲洗
∙ 反洗一：反洗水从给水口排放
∙ 反洗二：反洗水从浓水口排放
∙ 浸泡
∙ 冲洗
其细节将在以后描述。
衡量超滤膜性能的一个重要指标是TMP，即透膜压差，它是指中空丝内平均给水压力与渗透液压力之间的差值，它能够反映膜表面的污染程度。一个新组件在20℃时开始运行时，其TCTMP(温度修正透膜压差)为3~6psi，但是当系统经过初期调试后，TCTMP反而可降至1~3psi，这样的现象是正常的，与组件的完整性无关。随着固体物在膜表面的积累，TCTMP随之增大。反洗能够使透膜压差降低，但是反洗并不能达到100%的恢复效果。当温度修正透膜压差达到20psi时，便需要对膜进行化学清洗。化学清洗(Cleaning)一般要将
单套装置从系统中断开，用低pH值的柠檬酸溶液循环清洗，然后用高pH值的NaOH和NaOCl溶液循环清洗。也可根据污染物类型采用其它清洗溶液。
在偶尔情况下，HYDRAcap组件中空丝会发生破裂，破坏了其完整性(Integrity)。破裂的中空丝会使透过的颗粒物增加。尤其当系统用于饮用水处理时，找出破裂的纤维并将其隔离是十分重要的。当单套装置从系统中隔离开后，可以用一个简单的压力气泡试验来鉴定其膜丝的完整性。如果发现有破裂纤维，可以在中空丝端部插入针栓，使其与系统永久隔离。
图3 显示了HYDRAcap组件内单根中空丝在各工况时的水流方式
模式 | 流向 | 流量 | |
正常过滤 | | |
全量过滤 | A至C | 32~85gfd |
错流过滤 | A至B,C | 32~60gfd(0.2~0.4m/s) |
反洗过程 | | |
顺向冲洗 | A至B | ~0.4m/s |
顶端反洗 | C至B | ~185gfd |
底部反洗 | C至A英文日记范文 | ~185gfd |
浸泡 | None | |
两端反洗 | C至A,B | ~185gfd |
化学清洗 | A至B,C | ~30gfd(~0.1m/s) |
完整性检测 | | |
进气 | B至A(空气) | |
密封加压 | B至密封端 | |
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注意：当以错流方式运行时，每次反洗后，制水(错流过滤)时流动方向和正冲洗的流动方向都要与清洗前相反，如从“A至B”变为“B至A”。
