苏州艾吉克膜科技有限公司
2017年5月2日
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目录
目录........................................................................2第一节第二节
A．B．C．第三节
A．B．C．D．E．第四节
A．B．第五节
A．B．C．第六节
技术概述.......................................................3气体脱除技术...................................................4清扫气模式.....................................................4气侧抽真空模式.................................................6组合模式.......................................................7常规系统设计导则...............................................10水流侧配置.....................................................10最大操作压力和温度.............................................11过滤的要求.....................................................11膜污染.........................................................11仪表的最小配置.................................................11系统设计要求...................................................13获得较含量的溶解氧.............................................13空气泄漏和对溶解氧浓度的影响...................................13启动和停运步骤.................................................14启动步骤.......................................................14停运步骤.......................................................14停运后启动的步骤...............................................15问题解答.......................................................15
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第一节技术概述
艾吉克膜组件可以在不使水溶液分散（喷淋、雾化等）的情况下使其与气体分离或将气体加入其中。膜组件包含由几万支微孔聚丙烯中空纤维围绕一个布水管编织而成的管束。中空纤维均匀地排列成一个有进出水口的单元，可以有更大的水流容量和膜表面的更大利用。由于中空纤维膜是疏水性的，因而水溶液无法透过微孔。气液界面由于液相侧对气相侧的压力差而固定在微孔上。并非像内装填料、分散液相的脱气塔，艾吉克膜组件可以在超出水流量操作范围时提供一个恒定的分离界面。
虽然艾吉克膜组利用的是微孔膜，但它的分离原理实质上不同与其它的例如渗滤膜和气体分离膜等膜分离技术。在艾吉克膜组件里，没有连续透过微孔的液流。艾吉克膜组件像一个惰性的支撑物使水相和液相直接接触而不需分散。相间物质的转移几乎完全受气相侧压力的控制。原因在于中空纤维的接触的几何原理，它的每列单元的接触表面积要比传统的接触高一个数量级。这样将使在分离性能不变的情况下组件的体积大大减小。
气体吸收
当用于气体吸收例如曝气或充二氧化碳工艺时，气体流过中空纤维膜内侧，液体则由中空维膜外即壳侧流动。气体的分压力可以调节气体溶解量的大小。
气体脱除
当用于气体脱除例如脱碳、脱氧或者脱氨时，中空纤维膜内侧需要真空、吹扫气或者吸收液。液体在中空纤维膜外即壳侧流动。气体分压力除低以除去溶解气体。
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第二节气体脱除技术
一种溶解气体可用以下四种方法去除：·使用吹扫气·气侧抽真空·真空+吹扫方式·吸收液
A．吹扫气模式
注：这种方法是最经济的去除CO2的方法。
清扫气模式即将气体以与水流相反的方向流过中空纤维膜的内侧。在清扫气被选择为与要脱除气体不同的气体，一个分压力的梯度会在气相和液相之间建立。这将使目标气体进入中空纤维膜内侧而被清扫掉。清扫气体的纯度将影响溶解气体脱除的完全程度。使用这种技术时，液相被吹扫气体饱和。
吹扫模式的配置和操作：
下面列出了当艾吉克膜组件使用压缩气体作为清扫气时，所需要的最小配置。（详见工艺图1和图2）：·压力控制阀·针阀·压力表·流量计
压缩气体可用作吹扫气，按下述步骤操作系统：1．通过调节压力控制阀使压力控制在<0.7Kg。
2．通过调节针阀并观察流量计使气体总流量在推荐值。3．将每个组件内的气体更新。
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4．使排出气体排向大气，避免操作区附近缺氧。
5．如果使用压缩空气，确定已除油。强列要求在压力控制阀前加一个0.2微米的过滤器。如果压缩气体不可行并且你的应用是除去二氧化碳，调整程序（从代表处取得）计算气侧的压力降，然后用这个参数选择鼓风机，并按以上步骤2和3操作。
既然水蒸气和其它可挥发性液体的气体可以透过膜，那么清扫气中这种蒸气会饱和。与环境温度相关，在排气管处可能会发生凝结。因此，排气管必须倾斜并设计排水，使能完全避免管中或膜中气侧积水。如果水蒸汽不排去，将会影响膜的性能。水温越高，水蒸汽越多。这种现象很普遍。水路的配置和操作参考（第三节：一般系统设计方案）。注意事项：
当使用空气作吹扫气时，一定注意：
·水温不能超过40摄氏度。
·源水要去除游离氯、臭氧等氧化性强于艾吉克膜组件的物质。如果以上情况发生，膜的寿命会减短，性能无法保证。当使用惰性气体作为清扫气时，一定注意：
·源水要去除游离氯、臭氧等氧化性强于艾吉克膜组件的物质。
·对于城市自来水，在水温<40摄氏度时，游离氯<1ppm是可行的。无论如何，为减少氧化对膜的影响，应保持恒定的气体流量（不要使用空气），尤其是在给水流开启或关闭时。
如果以上情况发生，膜的寿命会减短，性能无法保证。
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B．管程抽真空模式
注：这种方法是推荐的全去除部溶解气体的方法。
真空模式是在中空纤维膜的内侧保持真空，可以从所有的空腔端口抽。当保持真空时，在气相和液相界面间会建立分压力梯度。真空可使溶解气体从水中向纤维内侧转移，气体将从真空泵内排出。真空度将影响脱气效率，真空度越高，出水溶解气体浓度越小。表3为真空度对脱气的影响。表3：
真空度最大出水溶解氧浓度ppb条件：两级膜组件串联。流量：0.12m3/hr/m2膜组件温度：25摄氏度
计算基于给水氮气、氧气、二氧化碳饱和。真空侧的配置和操作：
下面列出了当艾吉克膜组件使用运行在真空模式时，所需要的最小配置。（详见工艺图3和图4）：·高压压力开关·真空压力表·止回阀
按以上步骤操作系统：1．打开抽气阀2．打开真空泵
3．将每个组件内的气体更新4．缓慢打开给水阀
成功的膜脱气系统依赖于一个设计出色的真空系统（管路和真空泵）。下面的建议很重要：1．管路：
·设计管路为真空服务。螺纹，管道添加剂，管带不能使用。任何空气泄漏将影响脱气效率。
125mmHg74mmHg50mmHg36mmHg14008505804256
·避免管路过长，尽量减少拐弯等使源水压力损失的管路设计方法。·避免管路过长，尽量减少拐弯等使源水压力损失的管路设计方法。·采用多种方式以控制系统内的蒸汽。
既然水蒸气和其它可挥发性液体的气体可以透过膜，那么清扫气中这种蒸气会饱和。与环境温度相关，在排气管处可能会发生凝结。因此，排气管必须倾斜并设计排水，使能完全避免管中或膜中气侧积水。如果水蒸汽不排去，将会影响膜的性能。水温越高，水蒸汽越多。这种现象很普遍。
2．真空泵的选择
·计算蒸汽的量用m3/hr表示。该值与真空度决定了真空泵的选型。
·单纯的目的，推荐使用水环式真空泵。市场上有很多种牌子的真空泵，选择一您需要的，并且向供应商咨询以配置一套完整的真空系统，包括：真空泵、分离器、止回阀、放气阀、仪表和补给水系统。
水路的配置和操作参考（第三节：一般系统设计方案）。
注意事项：
当使用真空模式时，一定注意：·源水要去除游离氯、臭氧等氧化性强于艾吉克膜组件的物质。
·对于城市自来水，在水温<30摄氏度时，游离氯<1ppm是可行的。无论如何，为减少氧化对膜的影响，应在隔离真空源下操作，尤其是在给水流开启或关闭时。
如果以上情况发生，膜的寿命会减短，性能无法保证。
．组合模式
注：这种方法是最有效的用于氧气脱除的方法。
组合模式是一种在膜组件气侧的一端给气而另一端抽真空的方法。补充气体推动去除气体和稀释去除气体。推荐的真空度为绝对压力50mmHg。
真空侧的配置和操作：给气侧：
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最小配置：·压力控制阀·针阀·压力表·流量计
压缩气体或无油压缩空气（去除二氧化碳）可用作辅助清扫气。在此种模式下，可按以下步骤操作：
1．调节压力控制阀至压力<0.7Kgf/cm2。2．调节针阀使气体流量在推荐值。3．将每个组件内的气体更新。
4．如果使用压缩空气，确认已除油。强烈推荐在压力控制阀前加0.2微米过滤器。针阀要安装在膜组件和流量计之间，使流量计保持正压，避免空气漏过流量计进入气路。如果针阀前压力是负压，通过调节针阀增加压力。抽真空侧：最小配置：·高压压力开关·真空压力表·止回阀
1．管路：
·设计管路为真空服务。螺纹，管道添加剂，管带不能使用。任何空气泄漏将影响脱气效率。·避免管路过长，尽量减少拐弯等使源水压力损失的管路设计方法。·避免管路过长，尽量减少拐弯等使源水压力损失的管路设计方法。·采用多种方式以控制系统内的蒸汽。
既然水蒸气和其它可挥发性液体的气体可以透过膜，那么清扫气中这种蒸气会饱和。与环境温度相关，在排气管处可能会发生凝结。因此，排气管必须倾斜并设计排水，使能完全避免管中或膜中气侧积水。如果水蒸汽不排去，将会影响膜的性能。水温越高，水蒸汽越多。这种现象很普遍。2．
真空泵的选择
·计算蒸汽的量用m3/hr表示。该值与真空度决定了真空泵的选型。
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·单纯的目的，推荐使用水环式真空泵。市场上有很多种牌子的真空泵，选择一种您需要的，并且向供应商咨询以配置一套完整的真空系统，包括：真空泵、分离器、止回阀、放气阀、仪表和补给水系统。
水路的配置和操作参考（第三节：一般系统设计方案）。
注意事项：
当使用空气-真空模式时，一定注意：
·源水温度不能高过40摄氏度。
·源水要去除游离氯、臭氧等氧化性强于艾吉克膜组件的物质。如果以上情况发生，膜的寿命会减短，性能无法保证。
当使用惰性气体-真空模式时，一定注意：
·源水要去除游离氯、臭氧等氧化性强于艾吉克膜组件的物质。
·对于城市自来水，在水温<40摄氏度时，游离氯<1ppm是可行的。无论如何，为减少氧化对膜的影响，应保持恒定的气体流量（不要使用空气），尤其是在给水流开启或关闭时。
如果以上情况发生，膜的寿命会减短，性能无法保证。
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第三节常规系统设计导则
以下导则适用于所有气体的脱除。
A．水流侧配置
1．确定串并联配置
每种类型的膜组件都有一个最大的设计流量。如果系统流量超过每个组件的最大流量，则需采用组件并联方式，并联的数量是系统流量除以该组件的最大流量。表5组件的最小和最大流量
膜组件6×2810×28最小流量1.0m3/hr6m3/hr最大流量6.0m3/hr15m3/hr最佳流量3.0m3/hr8-10m3/hr在计算关联数量之后，需要根据对脱气效果的要求增加串联级数，该数目受系统最大允许压降的限制。2．配置
以下是艾吉克膜组件的设计导则，其中考虑了膜组件放置的方向性。垂直和水平方置：
·如果给水压力有可能高于膜组件的最大操作压力，必须加装压力控制阀。
·如果水泵位于脱气系统的下游，则应在水泵与膜组件之间安装一个自动的慢开慢关阀，以减少水锤的危险。
·为避免水锤的破坏，建议在膜组件下游加装爆破膜。
·系统设计应该包括：最低点排水，最高点排气，压力表，温度计。·气流的方向应该与水流的方向相逆，这样做的脱气效率比顺向高。·系统在停运时温度环境温度不能在冰点之下。垂直放置：
·水必须下入上出，如果串联，前一个膜组件的出水必须从下一个膜组件的下部进入。·位于下面的出气口必须高于水环泵的入口，这样可使积水流至水环式真空泵。水平放置：
·仅在真空模式，气口须高真空泵的入口，并将可能的积水导向下方。
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·在气清扫模式或组合模式时，气端口应与其它每一个成180°。出气端口必须高于水环泵的入口，这样可使积水流至水环式真空泵。
B．最大操作压力和温度
C．过滤的要求
建议给水和给气都经过粗过滤。表6为建议导则。过滤精度取决于水的组成，必要时须做调整。如果给水中有可吸附或凝聚的粒子，建议采用更严格的过滤精度。表6
水流气流10微米0．2微米（除油和悬浮物）D．膜污染
如果膜组件放置在澄清池与反渗透之间以去除水中二氧化碳，注意水的pH的变化。当水经过添加絮凝剂处理时会有固体沉淀并伴随pH的变化。一个典型的例子是使用硫酸铝来去除水中悬浮物。悬浮物通过凝聚、絮凝、沉淀至澄清池底而除去。聚合铝氢氧化物在pH在一定范围时形成，此时沉淀发生。当水中CO2数量较大，且在膜组件中被连续地除去时，水的pH会上升。
这种pH的变化足够大可以使水中的硫酸铝或其它的离子化合物沉淀在膜表面上。形成薄层而阻碍气体的脱除并使系统出力大幅下降。好在可用3%正磷酸溶液清洗，恢复脱气性能。如果膜组件用在RO之前，建议做循环清洗以防止结垢。
E．仪表的最小配置
·压力测量（弹簧管式，隔离阀可任选）：
-给水入口：充甘油，隔膜式。-给水出口：充甘油，隔膜式选。-氮气入。
-氮气流量计压力。
-真空管道压力：正负式真空压力计。
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-真空泵给水压力：正负真空压力计。·流量测量：
-氮气清扫流量：转子式。
-给水入：涡轮式，涡街式或频率式。·压力控制：
-氮气压力调节：管道压力与常压之间可调。·阀门：-水流
隔离阀：蝶阀或球阀
入水手动流量控制阀：开度蝶阀（可用闸阀或截止阀）。泄压安全阀。-真空泵
止回阀
-真空泄压器/真空破坏器
防止泵气蚀-真空泵用水
止回阀针阀电磁阀入水关断-氮气
关断阀手动流控制阀泄压阀（如果需要）·压力开关-入水高压停机-真空管高压报警·温度测量-给水温度-氮气温度-真空泵给水温度
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第四节
A．获得较低含量的溶解氧
系统设计要求
为确保最佳性能，按照下面的规程操作很有必要，以使氧气的污染和大气泄漏减至最小。作为标准产品性能保证所指定的，客户必须按照下述去做：
·在清扫气管和真空管上不要使用丝扣连接的方式。推荐所有结合系统都遵守这个原则。可以使用法兰或其它真空系统专用接口件进行连接。·系统必须设计达到无空气泄漏。
·清扫气体的纯度决定系统的性能。如果单元要求的残余氧<5ppb，最低的氮气纯度要99.9%。如果单元要求的残余氧<1ppb，最低的氮气纯度要求为99.995%。
·取样测量溶解氧的管道必须用不透气的材料，例如PEEK或不锈钢，阻止空气进入。不要用PFA。·5ppb以下的溶解氧的测量需要一个精确的、已校准的溶解氧分析仪，包括一个流动室类型的传感器。溶解氧分析的校准、操作、测量条件必须遵守使用说明书。·溶解氧的测量应尽可能的靠近最末端膜组件的出口。
·合适的真空泵容量对于真空系统的设计很关键。推荐要有20-25%的安全余量。真空泵在最大气量的条件下要有至少<50mmHg绝对压力的真空能力，真空度越高，越有利于脱气。
·一个简单而重要的一点就是要有取样并且测量溶解氧的仪器和取样口。艾吉克的膜组件在出厂时都做了检测，包括氧气脱除效果，压力降，泄漏等。很少有已售出的膜组件的实际性能比标称的低。如果在运行初期发生这种情况可能与空气泄漏或测量仪器的校准有关。
B．空气泄漏和对溶解氧浓度的影响
当在膜组件运行在真空模式或组合模式，如果气管的接口不适合做为真空系统的接口，容易出现空气泄漏。下面举例说明空气泄漏对脱气性能的影响：
在水温20摄氏度时，要将溶解氧脱除在<5ppb，清扫侧氧气的分压力要小于等于
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PO2=H×XO2
PO2：氧气的分压力(mmHg)
H：亨利常数（20度时为40200atm）。
XO2：溶解氧（mol浓度）=CO2×水的分子重量/氧气的分子重量×109CO2=溶解氧浓度=5ppb
PO2=40200atm×5ppb×18.016×760mmHg/32×109×1atm=0.086mmHg
如果清扫气的氧气分压力等于0.086mmHg，那么在水温20报摄氏度时，水中将溶解5ppb氧气而达平衡。如果真空系统出现空气泄漏而增加了清扫气的氧气分压力，将大大影响脱气膜的性能。因此，如果氧气分压力超过0.086mmHg，处理水的溶解氧则不可能达到5ppb的水平。图表4是空气泄漏流量在不同的清扫气量时与氧气分压力的关系图。它说明了空气泄漏量只要有清扫气量的1%便可使脱气膜无法脱气至溶解氧5ppb以下。
第五节启动和停运步骤
A．启动步骤
1．确认所有排水和排空已关闭。2．打开出水阀。
3．缓慢打开进水阀使水充满整个系统。注意：不要超过膜组件所允许的最大压力。4．调节入水流量到预期值。注意：不要超过单支膜组件允许的最大流量。5．打开排空阀将空混入的空气排尽。6．调节清扫气减压阀至压力最低。7．缓慢打开主进气阀。
8．将清扫气流量调节至预期值。
B．停运步骤
1．缓慢关闭进水阀和出水阀2．模式：
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a.氮气清扫模式：
·使用氮气或其它惰性气体或二氧化碳清扫系统1个小时。
·关闭氮气出气阀。这将使水被惰性气体或二氧化碳饱和从而阻止细菌的滋长。·在停机时应保持较低的氮气压力（0.07-0.14kgf/cm2）。b.空气清扫模式或空气辅助真空模式或真空模式
·关闭真空泵并且关闭出气阀（如果有）。·关闭进气阀（如果有）。
·为防止细菌滋长，可在停机期间采用2.a的方法，也可充入杀菌剂，例如2g/L的亚硫酸氢钠。监视杀菌剂的液位以保证效果。
C．停运后启动的步骤
在停运时空纤维内浓缩的水要排出。
·打开真空泵进气阀（如果有）并启动真空泵·打开出气阀
·打开空气清扫阀（如果有）
·在压缩气系统中，升高气体压力至2.1kgf/cm210分钟。
第六节问题解答
症状残余溶解气体比标称高1．温度低2．水通量大3．清扫气量小4．并联的组件流量不平衡5．膜污染6．真空度低7．真空侧气体冷凝析出可能原因处理方案1．升高温度2．减小流量3．增加清扫气量4．测量每个组件的流量并调整。5．清洗膜组件6．增加真空管的直径7．安装大功率的真空泵（提前向供应商咨询）8．检查真空管路泄漏。9．检查真空管是否排水良好。10．膜组件积水时引入真空并检查是否保15
持真空。11．除去冷凝水12．用气体清扫中空纤维内部13．调节气侧压力至2.1Kgf/cm2。然后撤压并检查积水是否排出。使用后性能下降1．参考上述2．膜污染3．如果系统停机，气体可能会在中空纤维膜内部冷凝4．冷凝水是否会从真空泵倒流下来被处理液透过中空纤维膜1．检查液体是否连接到正确的端口2．拧紧中心密封圈3．组件密O形圈未上好4．检查膜组件是否完好5．膜破坏性透过6．如果表面活性剂、油类、醇类进入膜内，可能会出现膜破坏性透过过高的水侧压力降水侧悬浮物沉积1．检查过滤系统2．用酸或碱清洗3．更换膜组件4．检查水流量1．改变管路连接2．阅读安装和连接结构的详细说明3．重新装好O形圈4．增水侧压力至4.2Kgf/cm2，观察漏点5．冲洗膜组件6．清洗膜组件7．将膜组件清洗吹干（参见清洗导则）1．参考上述2．清洗膜组件，参见清洗导则3．中空纤维可能需要清洁并吹干4．如果冷凝水倒流，中空纤维膜内需清扫16
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