脱氧膜设备

基于疏水性中空纤维膜气液传质技术 | 物理脱气原理 | 出水溶解氧≤1μg/L（真空模式）

上海统洁环保科技有限公司

一、产品概述与定位

脱氧膜设备基于疏水性中空纤维膜气液传质技术，用于脱除水中溶解氧。设备采用物理脱气原理，运行过程中不添加化学药剂，不进行加热处理，将水中溶解氧浓度降低至ppb级。该设备可应用于电子半导体超纯水制备、锅炉补给水除氧、制药用水处理、食品饮料脱氧及石化注水除氧等工业领域。

二、工作原理

脱氧膜设备的核心工作原理基于亨利定律与气液传质过程。亨利定律表述为：在一定温度下，液体中溶解气体的平衡浓度与该气体在气相中的分压成正比。设备利用疏水性微孔中空纤维膜作为气液接触界面，在膜两侧形成溶解氧浓度梯度，驱动氧分子从液相向气相迁移。

膜材料选用聚丙烯（PP）或聚偏氟乙烯（PVDF）等疏水性高分子材料，膜壁微孔孔径范围为0.01至0.1微米。疏水特性使水相无法穿透膜孔，而溶解于水中的气体分子可自由通过膜孔进入气相侧。

设备提供两种工艺模式：

真空脱氧模式：在膜组件的气相侧通过真空泵建立负压环境，气相侧氧分压趋近于零。含溶解氧的水在膜组件的液相侧流动，氧分子在分压差驱动下穿过膜孔进入气相侧，由真空泵连续排出。该模式下出水溶解氧浓度可降至1μg/L以下。

氮气吹扫模式：在膜组件的气相侧通入高纯度氮气作为吹扫气，氮气纯度达到99.999%以上。高纯氮气将气相侧氧分压维持在极低水平，液相中的溶解氧在浓度梯度作用下透过膜孔进入气相侧，随吹扫气排出。该模式下出水溶解氧浓度可降至5μg/L以下。

两种模式可根据实际工况选择。真空模式适用于对出水溶解氧指标要求严格的场合；氮气吹扫模式适用于有稳定氮气源的工况。设备可在5至40摄氏度的温度范围内运行，进水压力范围为0.1至0.5兆帕。

三、设备结构与核心部件

脱氧膜设备由膜接触器单元、真空系统或吹扫气系统、管路与控制系统组成。膜接触器为设备核心部件，内部装填中空纤维膜丝，膜丝呈束状排列，两端由环氧树脂封装固定，整体封装于不锈钢或工程塑料壳体内。壳体设置液相进出口与气相进出口共四个接口。

液相侧配置进水口与出水口，水流在膜丝内部或外部流动，依据膜组件设计分为内压式与外压式两种流道结构。气相侧设置真空抽气口或吹扫气进出口。真空模式下配备液环式或旋片式真空泵；吹扫模式下连接氮气供应管路。控制系统包含流量调节阀、压力表、真空度指示仪表及在线溶解氧监测仪表，可实时监控设备运行参数。

四、系统工艺流程

脱氧膜系统串联于反渗透（RO）或电去离子（EDI）模块之后。工艺流程：RO/EDI产水进入供水泵，加压后送入脱氧膜壳程，产出除氧水。辅助系统由真空单元与吹扫单元构成。真空系统包含水环式真空泵或干式螺杆真空泵、气液分离罐、循环水箱；吹扫系统包含氮气钢瓶、减压阀、质量流量计。产水溶氧指标低于5 ppb工况采用两级串联工艺：一级膜管程连接真空泵，二级膜管程通入氮气吹扫并叠加真空。进水水质需满足浊度小于1 NTU、总悬浮物小于5 mg/L、余氯小于0.1 ppm，防止膜表面污染堵塞及聚丙烯材料氧化降解。PLC控制系统采集进水流量、产水溶氧仪数据，通过PID算法调节真空泵频率及吹扫气流量，维持产水指标并降低运行能耗。

五、应用领域

电子与半导体行业超纯水制备中的溶解氧去除工序；电力与供热行业锅炉补给水除氧，替代热力除氧器或化学除氧工艺；制药行业注射用水与纯化水制备中的脱氧处理；食品与饮料行业生产用水脱氧，延缓产品氧化变质；石油化工行业注水除氧，降低注水系统溶解氧腐蚀速率；实验室分析与精密清洗用水脱氧处理。