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影響超濾過程穩(wěn)定運行的因素分析

中國污水處理工程網(wǎng) 時間:2009-11-4 10:34:46

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一、超濾透過通量

超濾在操作壓力為0.1—0.6MPa、溫度為60℃以下時,其透過通量應(yīng)在100—500L/(m2.h)為宜,實際中比它要小得多,一般為1—100L/(m2.h)。當超濾透過濃差通量低于1L/(m2.h)時,過程缺乏經(jīng)濟效益,其原因是濃差極化在膜面上形成的邊界層(或凝膠層),使流體阻力增加,因此必須相應(yīng)采取一些措施來解決。

1、料液流速

提高料液流速對防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力有利。但增大壓力使工藝過程耗能增加,結(jié)果導(dǎo)致費用增大。一般湍流體系中流速為1—3m/s。
    在螺旋式組件體系中,常在層流區(qū)操作,可在液流通道上設(shè)湍流促進材料,或采用振動的膜支撐物,在流道上產(chǎn)生壓力波等方法,以改善流動狀態(tài),控制濃差極化,從而保證超濾組件的正常運行。

2、操作壓力

超濾膜透過通量與操作壓力的關(guān)系決定于膜和邊界層的性質(zhì)。在實際超濾過程中往往后者控制著超濾透過同量。在用滲透壓模型時,膜透過通量與壓力成正比,而用凝膠化模型時,膜透過通量與壓力無關(guān)。此時的透過通量稱為臨界透過通量。實際中超濾操作應(yīng)在臨界透過通量附近進行,此時操作壓力約為0.5—0.6MPa,除了克服透過膜的阻力外,還要克服通過膜表面的流體壓力損失。

3、溫度

操作溫度主要決定與所處理料液的化學、物理性質(zhì)和生物穩(wěn)定性,應(yīng)在膜設(shè)備和處理物質(zhì)允許的最高溫度下進行操作,因為高溫可以減少料液的黏度,從而增加傳質(zhì)效率,提高透過通量。溫度與擴散系數(shù)的關(guān)系,可以用下式表示:
        μD/T=常數(shù)
    由上式可見,溫度T愈高,黏度μ變小,而擴散系數(shù)D則變大。例如,酶最高溫度為25℃,電涂料為30℃,蛋白質(zhì)為55℃,制奶工業(yè)為50—55℃,紡織工業(yè)脫漿廢水中回收PVA時為85℃。

4、操作時間

隨著超濾過程的進行,濃度極化在膜表面上形成了濃縮的凝膠層,使超濾透過通量下降。其透過通量隨時間的衰減情況,與膜組件的水力特性、料液的性質(zhì)和膜的特性有關(guān)。當超濾運行一段時間后,就需要進行清洗,這段時間稱為一個運行周期,當然運行周期的變化還與清洗情況有關(guān)。

5、進料濃度

隨著超濾過程的進行,料液(主體液流)的濃度在增高,此時黏度變小,邊界層厚度擴大,這對超濾來說無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟上都是不利的,因此對超濾過程主體液流的濃度應(yīng)有一個限制,既最高允許濃度。

6、料液的預(yù)處理

為了提高膜的透過通量,保證超濾膜的正常穩(wěn)定運行,在超濾前需對料液進行預(yù)處理,雖然超濾的預(yù)處理過程不像反滲透過程那么嚴格,但這種預(yù)處理也是保證實現(xiàn)超濾過程正常運行的關(guān)鍵,通常采用的預(yù)處理方法有:
   (1)過濾;
   (2)化學絮凝;
   (3)PH調(diào)節(jié);
   (4)消毒;
   (5)活性炭吸附;

 上述預(yù)處理方法可以根據(jù)料液的性質(zhì)和需要進行選用。

此外,經(jīng)超濾回收的水,在使用前還需進行再處理(稱為后處理,如電子工業(yè)用水)如脫除CO2、PH調(diào)節(jié)、過濾、消毒等。

 
 二、膜的壽命

膜的壽命是根據(jù)生產(chǎn)廠提出的膜在正常使用條件下可以保證使用的最短時間,一般在規(guī)定的料液和壓力下,在PH允許的范圍內(nèi),溫度不超過60℃時,超濾膜可使用12-18個月。當然超過規(guī)定的條件時,會使膜的壽命縮短。

三、膜的清洗和消毒

膜必須進行定期清洗,以保持一定的膜透過通量,并延長膜的壽命。清洗方法一般根據(jù)膜的性質(zhì)和處理料液的性質(zhì)來確定。通常和反滲透相類似,即先以水力清洗,而后根據(jù)情況采用不同的化學洗滌劑進行清洗,例如對電涂材料可以選用含離子的增溶劑,對水溶性有機涂料可以用“橋鍵”型溶劑。食品工業(yè)中蛋白質(zhì)沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎(chǔ)的堿性去垢劑。膜表面由無機鹽形成的沉淀可用EDTA之類的螯合劑或酸、堿加以溶解。對于不同的膜組件,可以選用不同的清洗方法,如管式組件可以用海綿球進行機械清洗,中空纖維式組件可以用反向沖洗等。對于食品工業(yè)用膜還需進行消毒處理(用NaOCL和H2O2等)。