由全新过滤理念衍生的流量控制和操作模式使超滤赢得性能优势

2014-05-17 16:24:36 admin 239
来源:Kruger公司 Emily Gilbert & Kate Koerber / 时间:2008-10-6 7:52:42
膜分离设备  据水及废水处理文摘2008年10月1日讯 由于模块设计有所改进而且价格已经降低,超滤(UF)和微滤(MF)中空纤维膜正迅速地被水业界接受。依据使用的结构材料不同、膜的模块几何学不同,以及膜的操作原理不同,这个充满活力的市场已经生产出多种拥有特殊配置的膜。
  因为模块结构新颖,先进的自动化操作和较低的购买和操作成本,因此XIGA空心纤维超滤工艺具有特别重要的意义。决定空心纤维微滤和超滤操作原理的两个主要因素是过滤过程中通过空心纤维的水流方向和操作模式。
  ■操作模式
  有三种操作模式可供选择:终端模式、横流模式和准终端模式。
  使用横流模式,要过滤的悬浊液用水泵使它以与膜表面平行的方式高速流过,在膜表面形成湍流,而湍流可以防止固体物积聚在膜表面。在横流操作模式中,只有一部分的水通过膜,而其余部分则继续在膜系统中循环,最后作为废水离开系统。
  在终端操作模式中,所有的给水都流穿过膜,从而成为滤液。结果是,通过过滤器后就没有废水流了,而所有给水流中的固体物质,经过过滤操作将被留在膜表面。
  准终端操作模式是处在这两种极端模式之间的一种模式。与横流模式相似,在服务期间依然有一个持续不断的废水流;不过,通过膜表面的速度很低,以致于大量固体将积聚在膜表面。在终端和准终端模式中,定期反冲洗是必需的,横流模也需要反冲洗,只是反冲洗的频率不同。
  终端操作模式的主要优势是能源消耗较低,因为没有横流水流需要的再循环。只要污垢可以避免,处理单位体积水的能源消耗就可以降低,由此终端用户的成本也较低。
  ■水流方向
  空心纤维膜的水流向不是由外到内就是由内向外。在由外到内的操作方式中,给水被送到空心纤维壳的外侧,滤液收集到纤维的管内侧(通常称为管腔)。在由内向外的操作中,给水被泵入纤维的管腔,滤液收集到壳外侧。XIGA工艺采用由内向外流向的终端过滤模式。
  XIGA工艺的一个优势是在服务周期之间,对膜进行反冲洗不需要空气。市场上由外到内流向的膜则需要以空气来辅助反冲洗。因为XIGA只用水进行反冲洗,因而不需要膜空气洗涤所需的鼓风机,而且简化了装设阀门程序。
  ■终端过滤
  终端过滤组合、由内向外的水流以及具有高度专业化内部结构膜元件,是XIGA终端过滤概念的基础。XIGA是由Norit X-Flow公司开发的。
  2007年初,Kruger,Inc.和Norit X-Flow签订协议为美国市场供应XIGA系列膜。Kruger将供应应用XIGA工艺技术的膜过滤设备。 该设备不仅可以作为一个独立的处理单元,而且可以和其它Kruger工艺单元,比如与ACTIFLO高速澄清(ACTIMEM)、或者是当作生物系统后的最终净化处理步骤等相组合,来保证整个工艺的效果。
  XIGA技术非常适合大型的地表水、污水处理厂的污水、以及井水和海水处理工程,其给水的悬浮固体含量通常必须小于50毫克/升。
  XIGA技术是将数个膜元件以水平方向安装在直径为8英寸的反渗透(RO)压力容器内。每个膜元件以并行的方式连接并通过水压操作,不用关心它在系统中的位置。
  SXL225膜
  XIGA终端过滤概念使用SXL225模块,这种模块有一个直径8英寸,内有永久亲水性膜的过滤元件,每个毛细管膜的内径通常是0.8毫米。这种聚醚砜膜纤维具有较高的耐热性、耐化学性(pH值:1~13, 以及250,000 ppm-hr氧化剂寿命)和良好机械强度。因为膜具有持续的亲水性,在某种程度上它可以处理油和油脂。
  FSFC内部结构
  过滤模块使用Norit公司的“自由表面水流收集器 (FSFC)”专利,这个专利可以优化膜的水利学效率。这种独特的内部水流分配通道系统,可以确保过滤液生产在模块中所有空心纤维膜之间均匀地分配。这些水流收集器也可以确保每根纤维在反冲洗时有效地冲洗。
  ■模块旁通管
  模块旁通管建在每个模块里,并允许高比例的给水流“绕过”一个模块,进入阵列中的下一个模块。这些旁通管也允许给水同时从模块的上游和下游进入每个纤维的管腔。这样沿着模块的长度建立起一个归一化流量分布,因而有效地减半纤维的长度。在反冲洗时,旁通管也让来自压力容器中间模块的废水“绕过”模块,与系统维修服务期间给水可以绕道的方法一样。
  在过滤元件中独特的FSFC水流分配器和旁通管可以确保:
  □在过滤模块内最低的压力损失,电源消耗最小化。
  □在元件的整个长度和膜室内,水有效而均匀地分布。
  □尽可能高的水生产速率。
  □以固定的时间间隔进行短时的、高反向流量的反冲洗,将有效地清除积聚在膜表面的滤垢。
  □实现经济的低跨膜压力和低能源消耗的终端操作。
  该SXL225膜单元是在1994年推出的S225膜单元的基础上发展而来的。该SXL225单元具有和S225相同的材料构成,但以更有效的膜纤维捆绑方式,使SXL膜单元的有效面积增大15%(是40平方米,而非35平方米);更大的孔隙率,渗透性提高100%;跨膜压力也相对地降低100%(通常为0.15至0.3巴);清洁期间所需的化学品较少;较高的水回收率;较长的预期寿命;以及低的膜操作压力。
  与以前的产品相比,SXL225有更大的气孔密度。膜表面每平方英尺网眼数目的增加,是降低操作压力的潜在原因。尽管在膜的水利学特性方面有所改进,对污染物的排除性仍然是很高。在加州卫生署提供的所有膜技术研究中,该SXL225获得了最高的病毒去除认证(4-log)。
  在一个标准的压力容器里,最多可以安装四个1.5米(60英寸)长的模块,结构紧凑。模块装在一个单独的、水平放置的外壳中。使用旧膜的现存水厂可以轻易地改用SXL225模块,不需要对膜处理设备做任何改动。
  使用新SXL 膜改进旧的膜处理过程的优点为:
  □提高了系统的输出。如果所有附属设备状况允许,在保持相同操作通量的条件下,该系统的输出可以增加。降低膜通量亦可降低膜污垢的负荷。
  □减少安装膜的数目。在相同通量和相同输出条件下,膜的安装数目可以相对地减少 。安装膜的数目减少,不管是部件的数目还是每个部件的摸单元和模块数量,都会因此而减少。
  □减少了经营成本。这是由于渗透性较高,或是膜操作通量较低。
  该XIGA 膜已经得到美国加州有关健康和福利的Title 22批准,并在世界各地的大量应用中得到证实,它对于饮用水,废水回用,二级出水和反渗透预处理都是有效的。膜也允许使用无机促凝剂直接混凝,提供以很短的混合时间,但具有高度去除有机物和除磷的能力。
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