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第40卷第6期
化工机械
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陶瓷膜浓缩装置性能试验研究
江文宋继田刘建波许晓飞王慎钰
(天津科技大学)
要利用陶瓷膜浓编进行了高浓盐水浓试验,研究了设各的操作压力、操作温度、物料进料
方式和物漱度对讫膜液编设各膜通量的响,得出了陶膜浓编设备的工作性能曲。果表明,
搡作压力和操作温度对于提高陶瓷膜设各的工作效率具有十分重要的作用。
关键词浓装置陶瓷膜卤水浓缩膜通量
中图分类号TQ051.6
文标识码A文章号0254-6094(2013)06-0725-03
高含盐废水主要包括高盐工业废水和高盐生15kD、150kD、300kD3种,其性能指标为
活废水,指的是总溶解固体TDS( lota Dissolved
膜材料氧化锘、三氧化二铝、二氧化钛
Solid)的质量分数大于等于3.5%的废水,其中含
支撑体结枃23/39通道多孔陶瓷芯
有大量的无机盐,如C,SO2-,Na及Ca2'等离
抗氧化剂性能优
子山。主要来源于直接利用海水的工业生产及
抗溶剂性能优
生活污水等。这些高含盐废水若未经处理直接排
外形尺寸25mx的3.5mmx1178mm
放,勢必会对生活饮用水、工农业生产用水和水体
膜孔径0.14um/3kD
生物产生极大危害。关于含盐废水的处理技
单只膜面积0.35m2/0.5m
术,国内外已研究了几十年,以前通常采用的方法
H值适用范围0~14
主要包括生物法和蒸发脱盐法等?。随着新技
工作温度不高于350℃
术的不断出现,各种膜浓缩新方法不断涌现。近
灭菌温度121℃
十几年来,液体分离领域中膜分离技术已经被认
爆破压力不小于9.0MPa
为是高性能且环保型的单元操作1)。其中陶瓷
最大工作压力不高于1.0MPa
膜浓缩技术以耐高温、耐溶剂、耐酸碱性能、机械2试验流程
强度高以及易再生等优点越来越受到重视?,笔
试验裴置流程如图1所示,主要由物料系统
者以陶瓷膜浓缩装置为主要设备,以高浓盐水为(原料罐、进料泵和调节阀)、膜处理系统、动力系
物料,着重研究操作压力、操作温度、进料方式和统、测量系统和换热系统组成。高浓盐水由原料
物料浓度对瓷膜浓缩性能的影响。
罐经过进料泵吸入后进入循环系统,其中球阀控
试验材料和设备
制流量,在该试验中无须特定流量,把阀门完全打
试验材料有高浓盐水(不低于20%的海水
开即可。
NaOH溶液(50%)以及硝酸溶液(60%)等。
在膜清洗过程中,应注意清洗的顺序及时长。
试验设备有密度仪、电子天平、量筒(1mL与为避免无机陶瓷膜损坏,应保证酸破比例适中且
500mL)、秒表、折光仪、pH试纸、管式陶瓷膜(法清洗时间足够长,否则清洗不干净易造成无机膜
国TAMI公司多孔陶瓷)和23/39通道多孔陶瓷损毁。但是值得注意的是,有一些阴离子和非离
芯,陶瓷膜孔径(按标准切割分子量划分)有子表面活性剂能对膜产生新的污染,在选择时要
天津市海洋资源与化学重点试验室(天津科技大学)开放基金资助项月(201104)。
染江文,女,1986年6月生,硕士研究生。天津市,300222。
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2013年
特别注意。
通量受压差的影响不再显著,这个过程属于传质
陶瓷膜组件
控制。操作压力的大小直接影响着膜的过滤速
度,所以选择适宜的操作压力是非常重要的。
45℃时3种陶瓷膜通暈随操作压力的变化情
况如图3所示。
250
150
-300kD
原料罐进料秉
循环泵换热器
一归
50
因]试验装置流程简图
3试验结果与讨论
0.030.050.070.090.140.190.240.29
3.1陶瓷膜通量随操作压力变化情况分析
操作压力/MPa
不同温度下15kD陶瓷膜通量随操作压力变
图345℃时3种陶瓷膜通量随操作
化情况如图2所示。
压力的变化情况
由图3可得,3种型号陶瓷膜在操作压力为
100
0.14MPa时,随着跨膜压差的增大膜通量基本呈
×-50℃
日-60℃
线性增大趋势,而在大于0.15MPa时,300kD陶
40
瓷膜膜通量变化很明显,随着跨膜压差的增大,膜
通量逐渐趋于平衡后下降。因为随着跨膜压差的
增大,沉积物的沉降和吸附速率增大,且增大的程
0.000.050.100.150.200.250.30
度逐渐大于高浓鹵水错流膜面时剪切力所引起的
操作压力/MPa
减弱的程度,膜面形成的浓差极化层不断变厚、变
图2不同温度下15kD陶瓷膜通
实,造成外污染,再加上膜孔逐渐被堵塞造成的内
量随操作压力变化情况
污染,使得膜通量随压差的增大而下降。可见过
从图2可以得出,较高的温度可以获得较好高的压差会加重膜的污染,导致膜通量下降。
的膜通量,这是因为温度的升高使料液的粘度降
从图3中也可以看到150kD和15kD的陶瓷
低,布朗运动更为激烈。系统中的温控装置在进膜膜通量衰减速度明显缓于300kD陶瓷膜,
料初期为膜过滤系统提供热源,随着料液循环泵150kD的平均膜通量又较15kD的大,其衰减也
的运转,其产生的热量会使料液的温度有所升高,较缓慢。所以本试验选150kD的陶瓷膜作为最
通过温控系统的关停、启闭实现对系统料液温度佳选择,这样既可以获得较高的膜通量,又可减级
的控制,使系统与外界环境的热交换达到一个相膜污染。
对稳定平衡的状态。还有一个影响因素就是操作3.2料液浓度对膜通量的影响
压力,操作压力即跨膜压力,是料液通过膜完成过
150kD陶瓷膜在40℃下处理不同浓度盐水
滤过程的动力源。
的膜通量比较情况如图4所示
如图2所示,在一定压力范围内,操作压差与
由图4可知,将浓度高的盐水直接用150kD
膜通量呈正比关系,随着过滤压差的增大膜稳定陶瓷膜超滤处理,和稀释后的盐水(降低浓度)在
通量随之增大;再增加压差,膜稳定通量的变化趋相同的操作条件下,在超滤的最初阶段,其膜通量
于平缓,此过程在较低压差下完成,这个过程属于不相上下,但是随操作压力的变化,差距越来越
压力控制;随着过滤压差的增大,过滤推动力的增大。由此可见,在相同的操作条件下,浓度低的盐
加将导致膜面浓差极化现象严重,滤饼增厚并压水在整个超滤过程膜通量都大幅高于浓度比较高
实,从而使过滤阻力增大,抵消了压差的作用,膜的物料,且操作压力为0.10MPa左右,相同时间
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