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超濾設備的應用及工藝流程 ?

2011-12-23

  超濾設備的應用及工藝流程 ?

  超濾通常采用中空纖維膜,原水在中空纖維裝置的外側或內腔加壓流動,姍J構成外壓式與內壓式。超濾是動態過濾過程,被截留物質可隨濃縮液而排除,不致堵塞膜表面。在超濾過程中,由于被截留的雜質在膜表面上不斷積累,會產生濃差極化現象,使膜的透水量下降。合理地選擇運行條件和清洗工藝,可完全控制超濾的濃差極化問題。超濾設備的出力與操作溫度有關,水的黏度隨溫度變化而變化,溫度每升高1℃,透水量增加2. 15%。

  超濾系統實例

  1.原水水質(見表4-20)

  2.超濾預處理

  超濾預處理步驟為:混凝→澄清→過濾及加氯殺菌處理后→超濾((UF)→反滲透(RO)系統。

  原水中含有鐵銹、菌藻殘留物、固體顆粒及破碎礬花等雜質,為防止這些物質對超濾的機械污堵,超濾預處理包括粗濾和精濾兩部分。粗濾采用四套逆流高效纖維過濾器,直徑3000mm,單套產水210t/h;精濾采用兩套20µm纏繞式濾芯過濾器,單套產水160t/h及加氯殺菌處理。

  3.逆流高效纖維過濾器的運行管理

  壓差超過0. 2MPa或濁度超過2NTU時,過濾器退出運行進行氣水洗。另外,過濾器在運行過程中不得停運,以防濾層紊亂及攪動影響產水質量。過濾器的日常清洗通過上進水下進氣的方式對流沖洗,保持進氣強度在60L/(s·m³)左右,使纖維束充分攪動,達到截留物徹底脫落的目的。同時在運行之初,緩慢升壓,廢水外排,直到產水合格后并人系統。高效過濾器長期運行后,由于菌藻類滋生繁殖、膠體與纖維束的靜電吸引、有機物的污染等因素,造成運行周期短,截污能力下降,水氣洗關后壓降不明顯,需要進行化學清洗。清洗采用3 % NaOH、 0. 5 5 % NaCLO混合液,加熱到30℃,浸泡濾料24h后進行氣水合洗,至pH≤8時結束,清洗后產水還原率可達98%以上,截污容量大于1 0kg/m³。

  4精必廿盧器的運行管理

  精密過濾器中,纏繞濾芯采用承插式安裝,工作側與產水側由“0”型圈分隔,因為過濾器直徑小(600mm),進出水沒有設置配水裝置,結構簡單。在過濾初期,要緩慢進水,排盡空氣,防止形成過濾死角及水錘沖擊破壞閉封圈,造成進出水短路。在運行過程中,應嚴格監測進出水壓差,當壓差大于0. 1MPa時,必須對濾芯進行更換,否則會造成出水篩板變形,濾芯與孔板密封不嚴,進出水短路,產水水質惡化。更新濾芯后的首次投運應將產水排放10~ 15min,可防止線絨及檢修殘留物對超濾的污堵。經過以上預處理后,超濾進水SDI在5左右,為超濾的穩定運行創造了良好的條件。

  5.超濾系統

  (1)超濾工藝流程。超濾采用一級一段部分循環連續式工藝流程,四組并聯運行,濃水回流四組合一,單泵增壓循環,每組掛超濾柱39支,單組產水76t/h,系統濃縮水排放8t/h。進水配置20µm過濾器兩臺及穩壓調節門一臺,以控制進水水質及進水壓力。超濾柱直徑200mm,額定工作壓力0. 25MPa,產水量2t/h,濾膜為聚丙烯中空纖維膜,有良好的耐酸堿性和透氣性能,截留分子量5000D,產水SDI ≤ 3。為使冬季超濾裝置的正常制水,在總進水處安裝表面式換熱器一臺,以提高水溫(15~30℃)。

  (2)反洗。超濾反洗采用氣一水脈沖擦洗,配備反洗泵臺、空氣壓縮機一臺,反洗頻率2h一次,從產水側進壓縮空氣脈沖后,開啟反洗泵用成品水大流量清洗,自進水側外排。保證空氣壓力在0. 22MPa左右,防止超壓損壞膜元件。成品水反洗時間隨季節、水溫、進水水質狀況及化學清洗周期等因素進行調整,一般控制在30~120s范圍,以提高設備效率,降低水耗。

  (3)運行壓力控制。超濾進水為清水泵出水,壓力在0.55~0. 65MPa,超過超濾設備運行壓力。為此,在20µm過濾器后安裝了一臺JD745型多功能自動調壓閥,使超濾進水壓力在0. 1~0. 25MPa之間波動。

  (4)回流比。由于四組超濾濃水通過一臺泵加壓回流,并聯運行,系統阻力各異,回流比難以控制。在總進水壓力穩定后,可通過調整各組濃水回流門控制單組回流比。在調整過程中,各組運行工況相互干擾,很難保證四組回流比一致,一般控制在(1:1~l :3)范圍,正是這種差異造成過濾工況和過濾效果的t--異,使四組膜通量不在同一均衡水平。因此,對并聯系統而言,回流比的調整是涉及運行壓力、產水量、膜通量、產水水質、清洗周期及運行效率的綜合因素,其運行調整顯得至關重要。

  (5)溫度控制。運行溫度一般控制在15~30℃之間,冬季通過表面式換熱器對進水加熱,用溫控測點控制蒸汽量,防止超濾運行和反洗過程中水壓水量的波動使進水超溫,損壞膜及組件。

  (6)系統壓們降。系統運行過程中,隨著膜通量的下降及進水壓力的調整,進水與產水壓降、進水與濃水壓降都在發生相應的變化,在運行及回流比的調整過程中,要密切注意這兩個卜壓降的變化,保證進水與產水壓降小于0. 17MPa,進水與濃水壓降小于0. 1MPa。在系統運行末期,在滿足一個壓降最大的情況下,任何一個超標就必須停止還行,進行化學清洗。

  (7)排污量。按設計要求,四組超濾連續排污量為8t/h。在實際運行過程中,需根據濃水狀況對排污量進行調整,夏季一般控制在12t/h,冬季為8t/h。如果發現濃水急劇惡化,應采取強制氣水反洗,以降低濃縮比,防止超濾膜的二次污染。

  (8)操作方式。在保證超濾產水量同時,整個系統全部續實行PLC程控操作。

  (9)停運及保護。系統停運前,應先開啟回流排水門,停止回流泵使系統壓力降至最低后逐組點擊,氣水反洗后退出運行。此時,裝置內必須充滿水,防止濾膜脫水失效。短時間停運,每天運行1h左右,用新鮮水置換出元件內存留的水;長時間停運(7天以上),要向裝置內注人保護液((1%的甲醛水溶液),防止細菌滋生繁殖。

  化學清洗液的配制。清洗主要以殺菌為主,一般采取如下配方:0. 5% HCI循環清洗,水洗合格后,用1%NaOH和 NaOH和400 ×10-6 NaCIO混合液,加溫350℃,循環lh,浸泡4h,每組用量2t/h左右。冬春枯水期,河水濁度低,溫度低,礬花聚結困難,不利除膠,清洗主要以膠體脫穩為主,清洗液配制如下:1% HCl循環清洗,水洗合格后,用3 % NaOH和200×10-6NaCIO,加溫至35%,循環1h,浸泡4h,每組用量也在2t/h左右。

  (12)清洗方式及注意事項。為保證產水平衡,5一7天選取一組輪流進行化學清洗,在清洗液循環過程中,要檢查該組閥門的密閉情況,并注意超濾產水電導率的變化。如果產水電導率急劇上升,說明清洗液串人運行系統,要迅速處理,防止強氧化劑進人反滲透系統,損壞滲透膜。在超濾膜浸泡過程中,組件內會產生大量氣泡,為防止系統憋壓破壞膜元件,要適當開啟放空門。清洗液排空后水洗分兩個步驟:首先開啟回流排放門、進水側排放門,啟動反洗泵,大流量的成品水從產水側進人,從膜元件兩端排出,直到水清為止。然后,開啟回流排放門及進水門用進水等壓清洗,直至水清,必要時分析排水pH值,與進水一致后投人運行。

  超濾采用一級一段部分循環連續式工藝流程,四組并聯運行,濃水回流四組合一,單泵增壓循環,每組掛超濾柱39支,單組產水76t/h,系統濃縮水排放8t/h。

  應用一般產品的膜通量按照25℃設計,與實際使用溫度不一致時,應除以溫度校正系數。修正得到近似值,即

  G=(1+0. 021 5)△t

  △t=25-t

  產品規格

  (一)中空纖維超濾裝置

  (1)裝置規格按照純水通量分:1、 2、 5、 10、20、40、 60、80、100rm³/h。

  (2)裝置尺寸為:長mm x寬mm x高mm。

  (3)膜材料代號見表4-15。

  (4)裝置編號規格。

  (二)超濾水裝置出力核算

  (1)平均回收率大于90%。

  (2)化學清洗周期大于30天。

  (3)超濾水進出水水質:SDI< 3、濁度小于0. 4NTU、懸浮物SS小于1mg/L。

  (4)半均水回收率。

  超濾膜的工藝流程

  超濾膜通常采用一級一段的工藝流程,具體有三種操作方式,見圖4-7。

  經過超濾膜處理后的濃水全部回到原水箱或再經過預處理系統處理后進人超濾系統。圖4-7 (b)中,經過超濾膜處理后的濃水連續全部排放,是目前常用工藝。圖4-7( c)中,經過超濾膜處理后的濃水部分排放,部分循環也是目前常用工藝。

  超濾系統設計

  1.設計步驟

  (1)原水水質,包括水源類型、濁度、SS, COD, pH,溫度等。

  (2)選擇預處理系統。

  (3)選擇超濾操作方式。

  (4)確定平均水通量和系統回收率。

  (5)確定系統實際產水量、膜面積、膜組件數量、進水泵與循環泵選擇。

  (6)輔助系統設計,包括反沖洗系統、正洗系統、化學清洗系統、化學加強反洗系統。

  2.超濾膜組件設計參考數據(見表4-18)

  3.設計基本條件(適用于一般常規水質條件)

  (1)進水水質要求。

  1)水中不溶解固體含量小于5wt%。

  2)顆粒粒度小于100µm。

  3)濁度不大于0. 1 NTU。

  4)細菌去除率大于99. 999%。

  (2)產水質量指標。

  1) SDI<2(對于一般水質)。

  2) SDI≤3(對于污水水質條件)。

  (3)超濾膜設計參數范圍。

  1)設計透水量:60~120L/ (㎡·h)。

  2)設計膜通量或跨膜壓差(TMP):一般為10~70kPa,最大小于0. 2MPa。

  3)設計工作壓力:小于0.35MPa。

  4)反洗流量:2~4倍產水量。

  5)反洗頻率:每隔20~60min一次。

  6)反洗時間:30~80s/次。

  7)化學清洗頻率:每隔2~6月一次。

  8)化學清洗藥劑pH值范圍:2~12.

  4.設計實例

  (1)設計條件。

  1)項目用途:反滲透預處理。

  2)超濾產水量:60m³/h(250℃)。

  3)原水類型:地下水。

  4)原水水質:濁度小于5NTU; SS< 5mg/L; pH = 8. 3;Fe 2+== 0. 05mg/L。

  (2)預處理的選擇。根據原水水質對照表4-18超濾進水水質要求確定以下內容。

  1)采用l00µm保安過濾器。

  2)采用全量過濾操作方式。

  (3)選擇膜組件(見表4-19)。

  (4)產水量計算。

  1)反洗頻率:每隔30min一次(ti)。

  2)反洗時間:40S(t2)。

  3)正洗時間:l0s (t3,反洗前后各一次)。

  4)每次反洗正沖時間:120s (t4) 。

  每天反洗次數

  N==(3600 X 24)/(t, X 60+t4)

  ==(3600 X 24)/(30X60+120)=45次

  每天反洗時間

  T反洗正沖=t4×n=120×45次=5400s

  每天實際產水時間T

  T=24×3600-t反洗正沖=24×3600-5400=81000s=1350min

  5)超濾設備每天實際產水時間T=1350min。

  6)要求連續供應產水量Qo:60m³/h。

  需要超濾設備產水量Q1

  Q=Qo X 24×60/T=60 X 24×60/1350=64m³/h

  7)超濾設備反洗用超濾水反洗水量Qf:反洗流量(q)為2~4倍產水量(Ql)。

  8)超濾設備正洗用原水Qz:正洗水量與產水水量相同。

  9)每天反洗、正洗水量QzF:

  QzF=3Qont2/(3600 X 24)

  =3X60X45X40/0600X24)=3.75m³/h

  10)需要超濾設備產水量Q。

  Q=Ql+Qz=64+3.75=67. 75m³ /h

  (5)需要超濾膜面積S與組件數量N。

  I)S==Q/q=67. 75 X 1000/85=67 750/85=797㎡。

  2)需要超濾膜組件數量N(每支組件面積F=55㎡ )

  N=S/F== 797/55=14.5≈15支(每支)

  (6)反洗系統。

  反洗水泵選擇如下:

  反洗流量嗽=2~4倍產水量(取3)。

  反洗水泵出力Q反=3Qo=3×60=180m³/h。

  反洗水泵揚程取25m (0.25MPa)。

  反洗水箱容積V=3~5m³。

  每次反洗時間30~60s。

  (7)正洗系統。

  根據方案采用反洗前后各一次每次正洗t3=15s,正洗水用原水;正洗水量為70m³/h;正洗水與原水水泵共用(出力75m³/h,揚程不大于0. 35MPa)。

  超濾系統殺菌和化學清洗。

  1)化學清洗系統配置。超濾和反滲透共用一套移動式化學清洗裝置,由清洗藥箱(4m³)、清洗泵(30t/h, 0. 3MPa),精密過濾器及相關管閥表計組成。超濾清洗時,精密過濾器安裝20µmm濾芯,運行壓差不超過0. 1 MPa,否則會制約清洗流量,影響清洗效果。反滲透清洗時,安裝5µ濾芯,以保證清洗液的質量。2)系統殺菌。系統殺菌有兩種模式,原水加氯后送至超濾系統進行連續殺菌,運行過程中每4h分析一次余氯含量,保證超濾進水余氯在0. 3~0. 5mg/L,但進反滲透前徹底還原,防止強氧化劑對反滲透膜的損傷。間斷殺菌每周進行一次,配制3%的1227殺菌劑,通過化學清洗裝置在超濾組件中循環0. 5h后浸泡3~5h,單組用量2t/h,之后用成品水清洗合格,投入運行。

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