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膜分离系统的设计中料液特性与预处理合肥格云流体技术有限公司 发布时间:2019-03-27   点击浏览:598次


一、料液特性与预处理
1、料液特性
熟悉了解料液的理化和生物指标是成功设计膜分离系统的基础 这些指标主要包括(见表 1-1)

表1-1典型料液成分分析表

 

1)有机物

有机物特性王要逄过COD、BOD和  TOC来表征,具体物质可用分子量大小、极性特征来表示.如果可能的话,可建立COD、BOD和 TOC三者之间的关系.

2)总固形物

总固形物包括恳浮物、溶解性固 体, 根据不同的料液可细分为有机物和无机物.

3)油脂

油脂包括脂肪、油和脂 (FOG) 。该指标王要是考虑到膜的污染清洗.

4)pH

pH是膜分离系统的重要指标,决定着膜的运行和截留性能。除了CA 膜外大多数的膜对极端 pH有较好的耐受力(见表1-2) 一般对许多膜主要的限制是因为使用了聚酯衬背,经实践应用其pH 上限为11.5。在很高的pH值下许多膜的性能将发生改变,但还可以用。多数膜在低pH 值下比较稳定。

表1-2不同膜材料的PH限制

 

注:

a)同的低pH和高温可能减少水通量有时会达到零。并不可逆转。

b)目前的趋势应增加T FM的高pH稳定性。

C)在室温下有效。温度提高,膜的损坏老化将加快。不同类型的聚酰胺薄膜在低pH下稳定性方面有较大不同。

5)电导率

电导率是料液中溶解性无机离子的表征指标。

6)温度

料液温度决定了料液的粘度和膜的筛选。

7)渗透压

渗透压主要是由盐类和低分子量有机物产生的对反渗透和纳滤膜的操作压力有很大影晌.

8)结垢物质

结垢物质是指难溶性的无机盐和胶体类,如钙垢、氧化铁、二氧化硅等。碳酸钙垢递常用 LSI 表示。如果发现结垢趋势,必须在预处理投加阻垢剂。

9)蛋白

蛋白的测定可以分为蛋白氮和非蛋臼氮,在某些应用中应注意细分。

10)糖

糖可用比色法或用糖度 (Brix) 来表示。

11)粘性

进水的粘度本身并不是个问题,但高粘度将导致较高的压降。因此只要压降允许,通量满足要求并稳定,粘度才不会成为操作运行问题。

12)氧化环境

膜对氧化剂的耐受力变化很大。复合薄膜不能耐受除次氯酸外的任何氧化环堍。所有的聚砜膜 I E-和 P-系列)、PVDF膜 I J-系列)和聚丙烯晴膜M-系 列)对各种氧化剂都有很好的耐受力.
因此原则上料液进入膜系统前所有氯化物质必须去除。

a)氯气、次氯酸钠

.  如果料液中有氯气或次氯酸钠,则必须进行脱氯预处理,一般采用:

. 加入亚硫酸钠 会在系统中形成硫酸盐。

. 活性炭过滤器 可能足一个微生物生长并造成生物污染的温床,且存在炭的回用处理问题。

. 使用 UV光可能最好,但比较昂贵。

b)次氯酸

据报道次氯酸对薄膜无害,但没有足够的证据。次氯酸很难处埋,并且难以形成游离氯,因此很少在膜过滤工厂中使用.

c)过氧化氢 、过氧乙酸

两者都是相当弱的氧化剂,只被用于每周一次的薄膜的消毒维护。但如果它们在料液中,则必须通过加入药剂将它们去除。

d)溴、碘

类似于氯,可以用相同的方法进行预处理.

e)硝酸

在室温下,普通浓度(« 0.5%)的 硝酸可用于每日一次清洗。但不可以在要高温度下使用或使用更高浓度, GE强烈建议不使用硝酸,而用其他的非氧化性的酸代替,较好的替代另有磷酸、盐酸和柠檬酸.

6 ) 铬酸盐

六价铬是 一种相当强的氧化剂.铬酸盐的氧化性和 pH 有关 在中性 pH 下氧化性最大。在pH=7和含高浓度铬酸盐的系统中薄膜的使用寿命是以星期来计算的。大多数的膜在pH 低于 2 时可以运行良好。其他方法可考虑使六价铭成为三价铬.这使铬酸盐的回收使用成为可能。

13)消泡剂

消泡剂的工作原理是:通过改变表面张力,以此冞校来破坏泡沫的形成能力。达到此自的可以加入疏水化合物.这是最普涌的万法 且持续时间最长。或者加入亲水化合物, 涌常仅 能持续较短时间 。有 一种非常有用的疏水化合物是硅油,而常见的亲水化合物是酒精。

需要注意的是 ,膜工艺和膜表面密 切相关.膜的表面越亲水 ,水越容易透过,如果膜表面越来越 疏水则将导致渗透量衰竭,整个过程将停止。

有些消泡剂只会使通量略微降低, 并且是可逆转的,如硅氧烷。

也有些消泡剂会使通量降至零且是不可逆转的,最典型的例子是硅油。

原则上,所有的消泡剂对膜都有影购,区别 仅在于影响的 程度不同。最好对进入膜系统的化学品 都进行测试,特别是消 泡剂。建议在膜片测试时即测试消 泡剂 ,否则一旦膜系统瘫痪,只有更换新的系统才能解决问题。

14)SDI

SDI (淤泥密度指数,Sil t Density Index) 是胶体浓度的一种量度。SDI 有时也称作污染指数Fl (Fouling Index)、淤塞指数 SI(Silting Index)及阻塞指数Pl(Plugging  Index) 。这些指数是通过用平均孔径为0.4S µ m 的微孔滤膜被 进水中微粒堵塞的速率(即其透过流量的衰减率)来测定的。选用0.45 µ m滤膜是因为:一般认为小于 0.45µ m 属于溶解性物质,而胶体颗粒造成的阻塞程度要大于大颗粒(如沙粒 、污垢)等造成的阻塞程度。污染密度指数测定方法如下:

A)测试仪器的组装:

a 按图1-2 组装测试装篮。

b 将测试装置连接到RO 或 NF系统进水管路取样点上,

c 在装入滤膜后将进水压力调节至30psi。

在实际测试时,应使用新的滤膜. 注意,为获取准确测试结果,应注意下列事项:

a) 在安装滤膜时 应使用扁平镊子以防刺破滤膜

b) 确保O型密封圈清洁完好并安装正确

c) 避免用手触摸滤膜

d) 事先冲洗测试装置,去除系统中的污染物

B)测试步骤:

a ) 记录测试湿度.在试验开始至结束的测试时间内,系统温度变化不应超过1℃;

b) 排除过滤池中的空 气压力. 根据滤池的 种类 ,在给水球阀开启的情况下,或打开滤池上方的排气阀,或拧松滤池夹套螺纹,充分排气后关闭排气阀或拧紧滤池夹盒螺纹;

c) 用带有刻度的 500ml 量筒接取滤过水以测量透过滤膜的水量;

d) 全开球阀,确定压力为30p si。测量接满500ml水样所需时间To, 并记录;

e)十五分钟后 ,再次测呈接满 500ml 水祥的所需时间 Tis;

f) 再次测量 水温以 确保与实验开始的的水温 变化不超过 1℃;

g) 实验结束并打开滤池后,最好将实验后的滤膜保存好,以备以后参考;

C) 计算公式,

SDI = 100 x (1 -T0/Tis) /15

To--第一灰测试所需时间 (min)

Tis=第二次测试所需 时间 (min)

 

 

图1-2  SDI测试装置

 

2 预处理方法和策略:

通过对待处理料液特性的了解,需要有针对性地采用一些预处理工艺采保证后续膜系统的长期稳定 运行。表1-3 列举了常见的预处理策略。

表1-3预处理策略

 

料液中的悬浮固体非常难处理的问题。目前为止,一般采用的预处理方法是传统的过滤,预过滤精度要求见表1-4.在最初的乳制品行业中也会使用离心的方法。


表1-4 卷式膜原件预过滤要求

 

微生物代表了一个特殊的问题,不管他们是死是活,都可能堵塞膜片。活的微生物可能通过自身的新陈代谢产物或料液中的细菌反应而引起堵塞。死的微生物的细胞残骸,主要是细胞膜,可以引起堵塞。从物料中去除细胞残骸和新陈代谢产物是非常困难的,因为由细胞产生的各种物质一般具有抗氧化能力和抗高PH值环境的能力。
表1-5 列出了膜表面发现的最常见的物质。


表1-5 与膜相对抗的物质

 


表1-6和表1-7列出了预处理中使用的常规方法。

 

表1-6 预处理方法-1

 

表1-7预处理方法-2

 

 

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