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              名稱:山東新生泰水處理設備股份有限公司

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              超濾膜與工藝簡介

              2021-07-19  來自: 山東新生泰水處理設備股份有限公司 瀏覽次數:268

              1.1?超濾工藝簡介

              傳統制藥軟化水系統包括多介質過濾器、軟化器及活性炭處理,可作為純化水后處理工序制備原水。超濾工藝可完全替代多介質過濾器,其出水品質完全超過多介質過濾器,大大減輕了后續水處理過程的負擔。

               

              完整的超濾水處理系統一般由預處理部分、超濾膜裝置部分和輔助設備部分(如反洗、氣擦洗和就地化學清洗設備)組成。超濾系統可以去除水中的懸浮物、膠體顆粒、細菌以及大部分病毒和大分子有機物等雜質。根據行業要求不同,為了達到最終產品水的水質要求,有時還需要采用后續處理步驟,比如采用納濾(NF)和反滲透(RO)或者離子交換樹脂進行除鹽。

               

              超濾膜裝置本身包括:超濾膜組件、給超濾系統供水的進水泵、恢復超濾膜過濾性能的反洗泵和氣擦洗壓縮空氣系統、自清洗過濾器、儀表、管道和閥門等。超濾系統設計還應包括設置就地化學清洗設備,以對超濾膜進行定期化學清洗。

               

              根據原水類型或超濾進水水質的波動等情況,超濾前也可選用其他預處理技術,如凝聚/絮凝、澄清/沉淀、氣浮或顆粒介質過濾等,原水水質達到超濾進水標準的話可不需要進行上述預處理,只需配備預過濾器即可。

               

              超濾工藝是一種過濾精度更高的水處理技術,具有抗污染、藥劑用量少、水回收率高、占地面積小的特點,是用于反滲透系統預處理工藝的理想選擇。

               

              1.2?超濾膜性能特點

               

              超濾膜組件采用中空纖維膜制造而成,具有如下優點:

               

              1.公稱孔徑為0.03?μm,可以有效濾除細菌、病毒以及膠體等微粒,以便保護反滲透膜等;

               

              2.PVDF聚合中空纖維強度高且耐化學物腐蝕性能好,可延長膜的使用壽命;

               

              3.親水纖維膜絲,便于清洗,可濕性好,有助于保持性能長期穩定;

               

              4.外壓式設計允許較大粒徑的固態物進入,可降低對預處理工藝的要求;

               

              5.采用U-PVC外殼,可避免使用成本較高的壓力容器。

               

               

              中空超濾膜如圖1所示,其相關參數為:

               

              1.     結構參數:公稱膜孔徑約0.03?μm;公稱切割分子量 MWCO 150?000?dal;過濾方式為外壓式或內壓式。

               

              2.膜材料:聚偏氟乙烯(PVDF)或親水聚醚砜(PES):通常改性PVDF化學穩定性優于PES耐受氧化劑能力。

               

              性能參數參考如下:

               

              產水濁度 ≤ 0.1?NTU;>2?µm顆粒去除率> 4?log;細菌去除率>4?log;過濾污泥密度指數(SDI) ≤ 2.5。

               

              運行參數參考如下:

               

              過濾通量@25℃40~120?l/m2/hr;運行時pH值為 211;溫度為140?℃;NaOCl耐受濃度為2?000?mg/l;濁度(最高耐受度)300?NTU。

               

               

              1.3?超濾膜組件的操作條件

               

              超濾膜組件推薦的限值和設計基準適用條件見表1。 

               


               

              1.4?超濾膜運行步序

               

              超濾膜通常采用全流過濾模式,大大節約了運行能耗。由于其運行采用的是保持產水量恒定(即恒流)的控制方式,因此超濾膜跨膜壓差(TMP)將隨著過濾過程的進行不斷升高。這就需要每間隔一段時間,就進行一次氣擦洗輔助反洗,以此來控制TMP的升高。在膜絲表面截留的固體顆粒,通過定期的氣擦洗輔助反洗加以去除,這種反洗不必加入任何的化學清洗劑。固體污染物在定期的氣擦洗輔助反洗中被除去,因此避免了其在膜絲表面的沉積。吸附在膜絲表面而不能被反洗去除的污染物,可通過在線的化學加強反洗去除。在化學加強反洗過程中,在反洗水中加入少量的化學藥劑,通過短時間的浸泡(通常為510?min)后,將化學藥劑排出,超濾膜可以恢復到接近初始狀態。另外,還需要對超濾膜系統進行定期的就地化學清洗(CIP),以去除污染物,恢復超濾膜性能。CIP藥劑可采用氫氧化鈉、次氯酸鈉、鹽酸、檸檬酸等。超濾膜系統運行主要包括過濾、氣擦洗、底部排水、上反洗、下反洗、正洗、化學加強反洗以及就地化學清洗幾個步驟。

                

              2 PW工藝流程與討論

               

              前處理工藝及后處理工藝可參考純化水制備工藝流程簡圖,如圖2所示。

               


               

              2.1?清洗與消毒

               

              由于在膜上形成固體物質積累時膜通量會衰減,但膜組件采用周期性頻繁反沖洗的方式可恢復通量。膜自身具備的良好化學穩定性、耐污染、耐余氯及耐化學清洗等特點,能夠滿足進行化學清洗和化學增強反洗的需求。

               

              由于超濾工藝中通常不配置活性炭處理工藝,所以整個純化水前處理都處于有余氯的狀態(圖3)。超濾不可采用巴氏消毒法,這是因為中空超濾膜不耐高溫,故要采用化學消毒的方法。

               


               

              2.2?除余氯

              進反滲透(RO)膜之前去除余氯,因為RO膜不耐受余氯。超濾工藝中將采用紫外(UV)的方法來去除余氯,紫外強度可通過計算得出,并由余氯計來檢查是否達到標準,如余氯未達標將通過加藥(NaHSO3)來補充,因此不再采用活性炭處理的工藝?;钚蕴吭谌コ嗦群?,本身也比較容易滋生微生物,但不可否認其還有去除異味及有機物的作用。通過有效去除微小顆粒、膠體、細菌、病毒及去除大分子有機物可降低總有機碳(TOC)含量。

               

              2.3?軟化器的設置

              傳統的軟化器仍然設置在超濾工藝后,軟化器的設置可降低水的硬度,有利于地保護反滲透膜,并且與傳統工藝一樣采用熱消毒的方法,這也是比較保險的做法。目前也有工藝不設置軟化器,而是采用除垢劑,其化學成分及殘留還需要進一步的觀察,當前并不推薦更多地引入其他化學物質。

               

              2.4?其他設計思考

               

              兩路超濾設計可同時使用50%負荷,當一路超濾需要清洗、更換或膜損壞時,另一路超濾單獨運行也可達到生產保障。當然,一路超濾冗余設計通過在線完整性測試及跨膜壓差監測,可發現損壞的膜,將損壞的膜兩端閥門關閉,使用其他未損壞的濾膜,也能達到要求的產能及設計風險控制的目的。

               

              兩級RO中,RO采用非耐高溫膜作為前處理,第二級RO膜與EDI為后處理工藝,也是一種思路,這樣可以采用非耐高溫RO來降低膜成本。后處理即使僅采用一級ROEDI也不會違反GMP的要求,后處理段仍然采用耐高溫ROEDI保持巴氏消毒的能力(圖4)。因此將RO設置于前處理不存在違反法規的風險。

               


               

              后處理過程仍然建議采用傳統ROEDI的方式進行,本文不再贅述。

               

               

               

              結束語

               

              目前,超濾工藝作為純化水制備的前處理在制藥行業的使用并不廣泛,大多數企業還是采用傳統的純化水前處理工藝,究其原因主要在于超濾工藝作為純化水制備的前處理,成本比傳統的多介質過濾器略高,用于處理水量較高的工廠才能達到投入成本的平衡。另外,工程人員習慣于傳統工藝,不愿意進行新的嘗試,擔心出現工藝上的風險,或者未完全理解超濾工藝及整體工藝設計的風險控制手段。超濾工藝的出水水質明顯優于傳統多介質過濾器,這也減輕了后續工藝的壓力,確保了純化水或者注射用水的品質。超濾工藝的維護相對容易,反洗為自動持續進行,根據跨膜壓差及產能下降的程度進行化學清洗,大約35年更換超濾膜即可。膜技術也在不斷地發展中,目前主流制藥純化水機供應商均具備成熟的超濾前處理工藝,也不斷有國內制藥企業新建項目陸續投入使用。

              關鍵詞: 純凈水           

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