膜蒸馏过程膜污染控制研究

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随着膜分离技术的发展,膜蒸馏技术日益突现出其在水处理方面的优势。但与此同时,膜蒸馏过程中的膜污染和膜润湿及膜润湿之后的干燥是膜蒸馏过程应用于工业水处理所遇到的主要问题。本文主要研究膜蒸馏过程中的膜污染控制。首先,选取腐殖酸、海藻酸钠、碳酸钙、十二烷基苯磺酸钠四类污染物质,研究几种污染物对膜蒸馏过程中膜污染及膜润湿的影响。其次,考察膜内表面结构、膜孔径、膜厚度对膜蒸馏过程中膜润湿性能的影响。最后,研究疏水膜的自脱水干燥,并提出一种新的疏水膜干燥方法。  采用自制聚偏氟乙烯疏水性中空纤维膜组件对选取的污染液进行减压膜蒸馏处理,考察减压膜蒸馏过程中的膜污染及膜润湿。并以场发射扫描电镜、彩色共聚焦显微镜等测试方法表征实验用的膜的表面形貌和粗糙度,进一步探讨了膜结构对膜润湿性能的影响。通过清洗实验确定膜的临界润湿深度,考察了膜的自脱水能力与膜厚度的关系。  实验结果表明:污染物的性质会影响膜污染的形成,有机物和无机离子两种不同类型的污染物会相互作用,共同影响了膜蒸馏过程的膜污染。在较低浓度下,海藻酸钠造成的膜污染与浓度的关系不太大,不容易润湿聚偏氟乙烯中空纤维膜。随SDBS溶液浓度的增加,膜丝的抗润湿能力逐渐降低,这是因为原料液中的表面活性剂在膜表面吸附,改变了膜的疏水性能,使膜更容易润湿。膜结构对膜抗润湿性能的影响的研究表明:膜内表面粗糙度、膜孔径、膜厚度都会影响膜蒸馏过程中膜的润湿性能,且随着内表面粗糙度的增加、膜孔径的减小,膜厚度的增加,膜的抗润湿能力都逐渐增加。  对于疏水膜来说,存在一个临界润湿深度,在溶液进入膜孔中的深度还没有达到临界润湿深度时进行清洗,膜孔中的水能自动排出,膜可以实现自恢复。对于所选的三种厚度不同、其他性能相同的膜来说,厚度为82μm、140μm、195μm的三种膜的临界润湿深度分别为19.2μm、20.0μm、19.5μm,基本维持在19.5±0.5μm,说明膜的临界润湿深度与膜的厚度没有关系。按照本文设计的自脱水运行方法,通过循环的进行膜蒸馏-清洗-自脱水干燥,在室温下即可实现疏水膜材料的膜孔干燥,从而实现膜蒸馏的持续运行。
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