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-Schematic Cross Sectional View of HYDRAcap™ Membra产品水进水浓水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*：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能抗氧化，并且允许长期处于100ppm浓度的游离氯环境∙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∙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1.6 结构和材料表3 HYDRAcap组件各部分材质图21.7 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”。

参阅HYDRAcap试验运行数据以获得更详细资料。

1.8 HYDRAcap™单元模块介绍海德能公司将HYDRAcap组件组合在一起，称为HYDRABLOC。

HYDRABLOC在正常过滤、反洗、化学清洗和完整性测试方面与单个HYDRAcap组件相同。

所有的HYDRAcap组件在HYDRABLOC中都是并联运行的。

每个HYDRABLOC单元包括组件、自动阀门、检测仪表、支撑框架和连接管路。

此外，海德能公司推荐每一个HYDRABLOC都有自己的局部控制PLC 和操作界面。

HYDRABLOC有以下优点：∙HYDRABLOC由重量相对较轻的8.9"直径HYDRAcap组件构成，每个HYDRAcap组件有3个2"直径的维多利亚卡环固定，拆装只需约2分钟∙HYDRAcap组件可以垂直安装在HYDRABLOC上，减少占地并便于检查维护海德能公司生产两种模块装置“sub-Blocs”，仅由HYDRAcap膜组件、管路和支持框架组成(不含阀门仪表)。

多个“sub-Blocs”可以拼装成一个HYDRABLOC整体，它有独立的阀门仪表和控制盘。

一个由8支40"HYDRAcap组件构成的sub-Blocs，适于产水量小于158吨/小时(1mgd)的系统，另一种由24支60"HYDRAcap给件构成的sub-Blocs，适于产水量大于158吨/小时(1mgd)的系统。

sub-Blocs可垂直或水平放置，两侧最多可以各放置3个(小型系统为2个)。

组合类型见下表。

表4 HYDRABLOC类型表5 HYDRABLOC各型号的性能参数1.9 超滤系统工程指南海德能公司推荐以下的系统操作方式，请参阅UFSY460 (见说明书)。

1.9.1 总述如前所述，海德能公司将HYDRAcap组件组装为sub-Blocs基本单元，再将sub-Blocs组成HYDRABLOC装置。

HYDRABLOC过滤原理与单支HYDRAcap组件相同，并有独立的控制阀门和检测仪表。

每套HYDRABLOC装置在化学清洗、反洗和完整性测试方面应作为一个整体完成。

HYDRABLOC的工艺流程图可参见UFSY44X或UFSY43X。

HYDRABLOC可以多个并联运行。

海德能公司建议每套HYDRABLOC的反洗按时间顺序，间隔循环进行以保证总产水量的稳定。

为了防止污染，应该在透膜压差未达到“不可接受的程度”之前对其进行反洗。

这个“不可接受的程序”因具体情况而异。

每个HYDRABLOC单元应单独进行反洗。

海德能公司建议在一个系统中，每个HYDRABLOC单元的膜组件数量应相同，便于确定反洗和化学清洗时的流量。

所有HYDRABLOC的进水压力应相对稳定，而且应比包括了预过滤和膜污染情况下所需压力再高一点。

这一点在下面的“给水泵”部分中会进一步说明。

我们需要足够的能量来维持进水压力和稳定的产水量。

每个HYDRABLOC单元的产品水和浓水都应有独立的阀门以便控制浓水量和背压值。

关于控制方面，海德能公司建议每个HYDRABLOC单元要有控制盘监控下面参数：a. 每个独立的HYDRABLOC：∙给水压力∙浓水压力∙淡水压力∙淡水流量∙浓水流量(在错流方式下)b. 整套系统∙进水浊度∙进水温度∙总淡水流量∙总淡水浊度∙反洗流量∙反洗压力∙化学清洗流量∙化学清洗pH值∙化学清洗温度至于饮用水处理系统还应增加整个系统完整性的自动测试以及在每个HYDRBLOC上配备浊度仪或微粒子仪。

对于给水浊度超过15~20NTU的系统，建议配备循环泵。

如果给水浊度超过15~20NTU，系统应自动切换为错流方式运行。

要想获得错流方工下最优运行参数，请与“海德能应用技术部门”联系。

1.9.2 预加药海德能公司强烈建议通过试验来确定加药效果。

1.9.2.1 加氯对于原水为地表水的项目，建议超滤的预处理持续投加1~2ppm的余氯。

如果形成卤代化合物对饮用造成问题，可采用投加ClO2。

如果能在进水中持续加氯，那么加氯反洗应限量(可能1~4次/天)。

试验研究证明，在地表水中预加氯可使膜的稳定通量提高20%。

1.9.2.2 加FeCl3对于原水为海水或处理后的废水，建议投加FeCl3。

试验研究证明，海水为原水时持续投加0.5ppm的FeCl3可显著改善运行效果(废水则投加2~3ppm)。

但是，膜的反洗水会含有大量的铁，其处理可能会是个问题。

1.9.3 给水泵海德能公司推荐几个HYDRABLOC单元共用一套给水泵，如果这一组HYDRABLOC相当大，也可以每一个HYDRABLOC分别配置给水泵。

但是当运行方式为错流过滤时，浓水的循环闭路与其它多个HYDRABLOC不相联通时，浓水环路中的固体杂质很容易快速增加。

因此，海德能公司推荐使用共用的给水和循环泵。

一套共用给水泵/预过滤装置能与多少个HYDRABLOC单元相匹配的最大套数，由反洗频率决定。

例如，由试验或海德能公司技术指南(见表6)得知每隔20分钟需要一次反洗，每次反洗每个HYDRABLOC需要60~90秒钟，那么合理的做法是每套给水泵最多可配10个HYDRABLOC单元。