專利名稱：一種膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
近些年來膜技術(shù)在水處理行業(yè)發(fā)展較快,其處理對(duì)象包括海水、苦咸水、河水、湖水、污水等多種水源，而不同水源具有不同的水質(zhì)特征，其引起膜污染的原因也是各不相同的。因此膜在實(shí)際應(yīng)用中遇到的首要問題就是如何根據(jù)對(duì)象水源的水質(zhì)特征，選擇合適的過濾通量和運(yùn)行條件。但是由于準(zhǔn)確的分析水中的微量物質(zhì)組成和定量確定膜的污染物質(zhì)存在各種困難，而且膜污染程度受多種因素的影響。雖然很多文獻(xiàn)中提出過采用模擬計(jì)算多孔膜分離過程中滲透物濃度的變化情況，但是其都沒有充分反映膜組件清洗恢復(fù)效果，也沒有反應(yīng)運(yùn)行過程中運(yùn)行條件等對(duì)膜穩(wěn)定運(yùn)行的影響。雖然目前工業(yè)應(yīng)用中，通常采用和實(shí)際應(yīng)用相同規(guī)格的工程用膜組件進(jìn)行大型試驗(yàn)，來考察膜污染情況及水溫、運(yùn)行條件等對(duì)膜穩(wěn)定運(yùn)行的影響，從而確定實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)參數(shù)。但是這樣的方法通常需要花費(fèi)至少3個(gè)月到半年的時(shí)間，效率較低。而且試驗(yàn)規(guī)模大，受場地、水量、人員等方面的限制較大，所以增加了工程應(yīng)用的造價(jià)。因此在沒有足夠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的前提下，或遇到新的水源水質(zhì)處理時(shí)，如何找到一種簡易、快速、有效的方法實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的膜運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)于膜產(chǎn)品和膜技術(shù)的推廣及應(yīng)用都是十分有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是鑒于目前膜組件處理水質(zhì)廣泛，工程中多采用大型試驗(yàn)的方法來初步確定膜組件的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件的局限性和低效性，研發(fā)一種便于工程應(yīng)用，成本低廉，且方便快速模擬膜組件運(yùn)行的方法。通過此方法，可以較為準(zhǔn)確的得出膜組件設(shè)計(jì)運(yùn)行條件。本發(fā)明為一種膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，對(duì)于待處理原水，通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)的方法確定膜組件對(duì)此種待處理原水的特征過濾參數(shù)，根據(jù)特征過濾參數(shù)對(duì)工程膜組件的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、及反沖洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)；其中，所述特征過濾參數(shù)為過濾阻力系數(shù)與不可逆過濾阻力系數(shù)。所述通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)的方法確定膜組件對(duì)此種待處理原水的特征過濾參數(shù)，即為通過實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)得到膜的過濾阻力系數(shù)AAlab與不可逆過濾阻力系數(shù)A Blab ；所述根據(jù)特征過濾參數(shù)對(duì)工程膜組件的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、及反沖洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)具體為:由上述通過實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)得到膜的過濾阻力系數(shù)AAlab和不可逆過濾阻力系數(shù)ABlab，根據(jù)小型試驗(yàn)和工程膜組件對(duì)應(yīng)的一次關(guān)系，得到工程應(yīng)用特征參數(shù)AApil。,、A Bpilot及污染參數(shù)F，其中F = In ( A Bpilot/C)，C是待處理原水的有機(jī)物濃度；
根據(jù)工程應(yīng)用特征參數(shù)AApil。,、ABpiltrt得出APa、APb計(jì)算公式，即APa =AApilotX u XJ2, APb = ABpilotX u XJ2，其中APa為膜單周期內(nèi)壓力增加值，APb為膜組件初始?jí)毫υ黾又?，U為處理水在某溫度下的粘度系數(shù)，J為膜的運(yùn)行通量；然后采用試算的方法輸入一系列的J值可以得到對(duì)應(yīng)的膜過濾壓力增加值A(chǔ)Pa、APb值，根據(jù)APa、APb可以得出不同通量下膜的化學(xué)清洗周期，即Dap =(Pmax-Pinitial-APa)MPb，其中P_為該膜的最大過濾壓力，Pinitial為膜的初始過濾壓力；根據(jù)工程要求的膜化學(xué)清洗周期選擇滿足條件的膜的最大運(yùn)行通量，同時(shí)輸入此運(yùn)行通量于數(shù)據(jù)庫F = f(ln(Tb/Tf/J))，得到膜的設(shè)計(jì)過濾時(shí)間、和反沖洗時(shí)間。經(jīng)過試算得出的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間或反沖時(shí)間中的一項(xiàng)或多項(xiàng)不滿足工程要求時(shí)，則需要對(duì)待處理原水進(jìn)行預(yù)處理或增加化學(xué)強(qiáng)化反沖洗過程。需要進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，預(yù)處理采用混凝、沉淀、預(yù)過濾、或預(yù)氧化中的一種或多種。需要化學(xué)強(qiáng)化反沖洗時(shí)，其化學(xué)清洗藥劑采用次氯酸鈉、雙氧水、鹽酸、硫酸、或檸檬酸中的一種或多種。需要進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，采用預(yù)處理后的原水進(jìn)行如上所述的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)，可以得出膜的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間和反沖洗時(shí)間。如果經(jīng)過預(yù)處理后得出的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間或反沖時(shí)間中的一項(xiàng)或多項(xiàng)不滿足工程要求時(shí)，需要增加化學(xué)強(qiáng)化反沖洗過程。需要進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化反沖洗時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)的方法，確定化學(xué)強(qiáng)化反沖洗后膜阻力的恢復(fù)率r，然后對(duì)原有化學(xué)清洗周期計(jì)算公式進(jìn)行修正，即Dap =
(Pmax Pinitial
A PA)/A Pb (It)0需要進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化反沖洗時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)進(jìn)行10-30個(gè)周期過濾及反沖洗后，將化學(xué)強(qiáng)化反沖洗液注入膜組件中，然后浸泡20-60min，浸泡過程中，通入壓縮空氣對(duì)膜絲進(jìn)行抖動(dòng)，然后進(jìn)行膜絲沖洗后，再進(jìn)行I 5個(gè)周期的過濾，根據(jù)化學(xué)強(qiáng)化反沖洗清洗前后的過濾數(shù)據(jù)可以計(jì)算出化學(xué)強(qiáng)化反沖洗后膜阻力的恢復(fù)率r，然后可以得出膜的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間和反沖洗時(shí)間。如果經(jīng)過試算得出的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間或反沖時(shí)間中的一項(xiàng)或多項(xiàng)不滿足工程要求時(shí)，則需要增加預(yù)處理過程。實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)采用定壓力或定流量的運(yùn)行方式；考慮到本發(fā)明中采用實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)的規(guī)模，從易于控制方面考慮，本發(fā)明優(yōu)選采用定壓力的運(yùn)行方式。本發(fā)明中所述實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)使用的膜組件的膜面積優(yōu)選為0.005m2以下。所述膜組件為浸沒式或壓力式。進(jìn)一步優(yōu)選為微濾膜或超濾膜。膜材質(zhì)優(yōu)選聚砜、聚偏氟乙烯或聚乙烯。實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)的基本流程如圖1所示，首先分別將原水罐②和純水罐③中注入實(shí)驗(yàn)原水和純水，然后將膜組件⑩按圖示安裝好，再打開壓縮空氣①分別設(shè)定膜的過濾壓力在0.05MPa 0.1MPa,反 沖洗壓力在0.1MPa 0.15MPa，然后打開原水閥④，并把三相閥⑨轉(zhuǎn)入過濾方向，再打開產(chǎn)水閥 進(jìn)行過濾，過濾出水通過天平 實(shí)時(shí)記錄過濾水量的變化。在進(jìn)行50 150ml過濾后，關(guān)閉原水閥④及產(chǎn)水閥 ，將三相閥⑨轉(zhuǎn)入反沖洗方向，然后打開反沖洗閥⑤開始膜組件的反沖洗，控制反沖洗時(shí)間在5 30s，然后關(guān)閉反沖洗閥⑤，再進(jìn)行下一周期的過濾。整個(gè)小型試驗(yàn)需要重復(fù)10 30個(gè)周期的過濾及反沖洗過程。然后根據(jù)天平記錄的各個(gè)周期過濾水量的變化計(jì)算出膜的過濾阻力系數(shù)AAlab與不可逆過濾阻力系數(shù)A Blab。
本發(fā)明是便于工程應(yīng)用，成本低廉，且方便快速模擬膜組件運(yùn)行的方法。通過此方法，可以較為準(zhǔn)確的得出膜組件設(shè)計(jì)運(yùn)行條件。


圖1是小型試驗(yàn)方法示意圖。圖中:①壓縮空氣原水罐(配壓力表)純水罐(配壓力表)原水閥； 反沖洗閥；⑥純水通量測試閥；⑦反沖洗進(jìn)水管路純水進(jìn)水管路三相閥！⑩膜組件； 產(chǎn)水閥天平。圖2是本發(fā)明小型試驗(yàn)計(jì)算AA與AB的示意圖。圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)模擬方法示意圖。圖4是F與In (Tb/Tf/J)對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式測試方法:CODfc:酸式/堿式高錳酸鉀法；濁度:美國哈希濁度儀(型號(hào):HACH 2100AN)；鐵、錳:島津公司的電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(型號(hào):ICPE-9000)；電導(dǎo)率:美國哈希電導(dǎo)率儀(型號(hào):HACH Sension 2)。實(shí)施例1:試驗(yàn)采用某地表原水，水質(zhì)情況如表I所示。工程采用PVDF浸沒式超濾膜組件。要求膜運(yùn)行通量彡1.0m/d，化學(xué)清洗周期彡30天。表I原水水質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:對(duì)于待處理原水，通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)的方法確定膜組件對(duì)此種待處理原水的特征過濾參數(shù)，根據(jù)特征過濾參數(shù)對(duì)工程膜組件的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、及反沖洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)；其中，所述特征過濾參數(shù)為過濾阻力系數(shù)與不可逆過濾阻力系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)的方法確定膜組件對(duì)此種待處理原水的特征過濾參數(shù)，即為通過實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)得到膜的過濾阻力系數(shù)AAlab與不可逆過濾阻力系數(shù)ABlab ； 所述根據(jù)特征過濾參數(shù)對(duì)工程膜組件的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、及反沖洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)具體為: 由上述通過實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)得到膜的過濾阻力系數(shù)AAlab和不可逆過濾阻力系數(shù)ABlab，根據(jù)小型試驗(yàn)和工程膜組件對(duì)應(yīng)的一次關(guān)系，得到工程應(yīng)用特征參數(shù)AApil。,、A Bpilot及污染參數(shù)F，其中F = In ( A Bpilot/C)，C是處理原水的有機(jī)物濃度； 根據(jù)工程應(yīng)用特征參數(shù)AApil。,、ABpilot得出APa、APb計(jì)算公式，即APa =AApilotX u XJ2, APb = ABpilotX u XJ2，其中APa為膜單周期內(nèi)壓力增加值，APb為膜組件初始?jí)毫υ黾又担琔為處理水在某溫度下的粘度系數(shù)，J為膜的運(yùn)行通量； 然后采用試算的方法輸入一系列的J值可以得到對(duì)應(yīng)的膜過濾壓力增加值A(chǔ)Pa、APb值，根據(jù)APa、APb可以得出不同通量下膜的化學(xué)清洗周期，即Dcip= (Pfflax-Pinitial-APa)/△ Pb，其中P_為該膜的最大過濾壓力，Piintial為膜的初始過濾壓力；根據(jù)工程要求的膜化學(xué)清洗周期選擇滿足條件的膜的最大運(yùn)行通量，同時(shí)輸入此運(yùn)行通量于數(shù)據(jù)庫F = f(ln(Tb/Tf/J))，得到膜的設(shè)計(jì)過濾時(shí)間、和反沖洗時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:經(jīng)過試算得出的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、或反沖時(shí)間中的一項(xiàng)或多項(xiàng)不滿足工程要求時(shí)，則需要對(duì)待處理原水進(jìn)行預(yù)處理或增加化學(xué)強(qiáng)化反沖洗過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:需要進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，預(yù)處理采用混凝、沉淀、預(yù)過濾、或預(yù)氧化中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:需要進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化反沖洗時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)的方法，確定化學(xué)強(qiáng)化反沖洗后膜阻力的恢復(fù)率r，然后對(duì)原有化學(xué)清洗周期計(jì)算公式進(jìn)行修正，即Dcip = (Pfflax-Pintial- A PA) / A Pb (1-r)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)采用定壓力的運(yùn)行方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)使用的膜組件的膜面積在0.005m2以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述膜組件為浸沒式或壓力式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述膜組件為微濾膜或超濾膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膜組件運(yùn)行設(shè)計(jì)方法，對(duì)于待處理原水，通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小型試驗(yàn)的方法確定膜組件對(duì)此種待處理原水的特征過濾參數(shù)，根據(jù)特征過濾參數(shù)對(duì)工程膜組件的運(yùn)行通量、過濾時(shí)間、及反沖洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)；其中，所述特征過濾參數(shù)為過濾阻力系數(shù)與不可逆過濾阻力系數(shù)。本發(fā)明便于工程應(yīng)用，能否成本低廉，且方便快速模擬膜組件運(yùn)行的方法。通過此方法，可以較為準(zhǔn)確的得出膜組件設(shè)計(jì)運(yùn)行條件。
文檔編號(hào)B01D61/14GK103120900SQ20111036682
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者常春, 楊瑜芳, 鄒高輝 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所(中國)有限公司