论文发表：膜的污染和损伤及防治对策__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：包装论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:220

副标题#e#摘    要:重点分析ZeeWeed500d超滤膜在使用过程中的故障分析与维护问题。通过分析超滤膜的结垢问题，给出了合理的预防解决和事后解决的办法；对膜元件的损坏问题进行了较深刻的分析，同时给出了解决办法。
关键词：膜元件；膜纤维；结垢；膜通量；渗透性
  
Abstract：Failure analysis and maintenance of ZeeWeed500d UF membrane.Reasonable preventive & corrective measures are proposed following analysis of the scaling problem of UF membrane; and in-depth cause analysis of damage to the membrane elements is made, with solution proposed. The paper also discusses in long paragraphs about check and confirmation of leakage in membrane fiber and damage to membrane elements, identification of the types of membrane failure, and means of restoration. Through research on technologies for cleaning of UF membrane at home and abroad, the paper proposes that ultrasound is an effective means for removal of fouling on membrane surfaces, improvement of membrane flux, and retarding buildup of fouling. 
Key Words：Film Elements; Membrane Fiber; Scaling; Membrane Flux; Permeability  
1  绪论
近年来，北京地区的水资源日趋紧张，燕化公司作为北京市的用水大户，用水量受到北京市的严格限制，水资源缺乏已经成为制约燕化发展的、亟需解决的问题，污水回用工作就成为当务之急。燕化公司于2004年7月建成东区污水回用装置，采用超滤加反渗透组合工艺，将牛口峪污水处理场二级生化处理出水作为原水，经UF/RO处理后回用于锅炉补水，每年可以为化工一厂提供锅炉软化水450万吨。
2  超滤膜的故障分析
Zeeweed500d超滤膜作为超滤系统的核心，其稳定性对整个回用水系统至关重要，每次超滤膜的失效都会引起严重后果甚至系统停车。Zeeweed500d超滤膜系统自投用以来，虽然一直比较平稳，但问题也是经常出现，主要表现在超滤膜的结垢及膜的损坏。
2.1  膜的污堵原理
图1中( a) 所示为新膜(中空纤维超滤膜,聚丙烯材料,膜孔径 0.11μm) 表面的电镜照片,可以清楚地看到膜表面的网状骨架和均匀分布的孔。此时, 膜未受到污染，具有较高的通量。( b) 所示为膜组件运行一段时间，已被污染堵塞后膜表面的电镜照片，从照片中已经看不到膜孔的存在，膜表面粘附的污泥形成了生物膜，并可观察到生物膜上附着生长的短杆菌。此时，膜阻力已较大，膜通量大幅度降低，膜组件需要进行清洗。( c )所示为膜组件污染后，膜孔断面的电镜照片 ，可以清晰地看到在膜孔内吸附沉积的污染物，使得膜孔径减小，降低了过水断面，水流阻力增加。 
 

超滤膜的污堵程度是采用膜透过压 TMP (Trans Membrane Pressure)来衡量的。初始#p#副标题#e#运行时新膜的TMP为－15～－20kPa，而当膜的TMP上升到－55kPa时，则表明膜已经严重污堵，系统将会自动停车，这时就必须对膜进行再生清洗[1-5]。
2.2    膜通量的降低分析及措施
使膜通量降低的主要因素是浓差极化和膜污染，并且浓差极化会加剧膜的污染。浓差极化和膜污染不但使膜通量降低，而且缩短膜的使用寿命，成为制约膜分离技术推广应用的重要因素。膜污染的影响因素主要有：温度、操作压力、被分离液的流动速度、被分离液的流动状态、被分离液pH值、运行时间、被分离液的组成、膜种类、清洗状况等;因此解决和减轻浓差极化和膜污染的方法也相应有很多，即选择这些影响因素的合适值。但由于膜分离体系膜本身强度和膜处理技术效率等的限制，这些影响因素不可能随意改变。如膜清洗不能太频繁；同时欲除去进料液中的杂质需要进行预处理，但预处理不但要增加成本，而且对许多分离体系，如油水分离体系是不能解决问题的，操作温度过高会破坏高分子膜的组成；而无机膜的价格比高分子膜的价格要昂贵得多；操作压力不能太大也不能太小；被分离液pH值的调节可能需要消耗大量的酸或碱。其中改变流体流动状态相对比较简单易行，而且选用合适的条件对减轻浓差极化和膜污染的效果也比较明显，成本也相对较低。
膜鼓风机向膜箱的底部提供空气以冲刷膜的表面。该气流混合膜池中的处理液，同时防止固形物在膜上聚积。原有工艺设定中，一次只对给膜箱的半数膜鼓气。循环曝气阀FV-8560A/B允许空气以10秒间隔循环流到膜箱中每隔一个膜片上。经过两年多的实际运行效果及以上的分析，我们认为可以由于进料液的掺入气体不够充分，进料液的紊流度不够是造成膜污堵严重、通量下降的直接原因。通过多次的摸索实践，我们改变的原有的曝气时间间隔，改为一次给膜箱的半数膜鼓气，循环曝气阀FV-8560A/B允许空气以5秒间隔循环流到膜箱中每隔一个膜片上。经过此次改变后，膜通量迅速恢复，膜污堵现象基本得到消除。
2.3  膜元件断裂故障分析
随着膜元件使用时间的延长，膜纤维会逐渐产生自然失效。当膜元件受到强烈外力作用时，就会引起膜元件断裂从而引起膜元件的失效。
图2是膜元件的受力简化图模型，合力也是水平方向P1P2，但膜元件受力增加弹力N的分量，合力传给MIS后，MIS受力也为水平方向，而MIS的方向是沿M1M2方向的。由于MIS受力与其方向不一致，因此MIS受到交变的剪切力作用。这样，由于膜箱倾斜造成了作用在MIS上的交变拉伸力变为交变剪切力。MIS长期受交变剪切而疲劳失效，进而使膜元件固定不牢而损坏。 
 


以上分析可知，膜箱的水平度对膜元件的MIS受力有很大的影响，并且会直接造成膜元件损坏的。
2.4  膜的结垢对膜维修的分析
超滤膜污堵类别主要分为有机物污堵和无机物污堵，无机物污堵主要表现为结垢。根据运行以来的情况分析，由于杀菌、反冲洗、维护清洗得当，因此有机物污染较少并不严重，而从膜池及膜的检查来看超滤膜的污堵主要是无机物结垢污堵。
通过对原水水质变化情况和膜的结垢情况研究发现，虽然原水PＨ值一般在 7.5～8.0之间且硬度也不到足以结垢的情形，但膜纤维表面依然结垢。经分析，这和膜鼓风机的连续鼓风及超滤系统的回收率有关。当超滤系统回收率太高时，由于排污量减少，浓水中的污染物被成倍浓缩。膜鼓风机为膜池鼓风，保证膜池内水的搅动，减少膜表面的浓差极化效应，从而减少膜的污染。但正是由于连续的间歇式鼓风，它也大大增加了水中的二氧化碳含量，打破水溶液的酸碱平衡。水中的pH值通常认为是由碳酸化合物控制的，有关平衡反应式如下：

由于鼓风，导致膜池中浓水pH值上升高至8.3～8.6,为结垢创造了理想的环境，直接导致了膜纤维表面及整个膜池的严重结#p#副标题#e#垢。
3 结  论
1.    通过对膜污染堵塞机理进行了深入的研究与探讨，提出了膜内腔生物堵塞的机理。提出将曝气方式改为一次给膜箱的半数膜鼓气后，有效地增强膜分离体系的抗浓差极化和抗污染性，提高整个膜分离过程的效率和膜的寿命。
2.    找到膜结垢的主要原因是PＨ失去平衡引起的。通过将膜池PＨ值控制在8.30以下的方式，从而控制向原水中投加盐酸的量。有效的控制了膜的结垢问题。
3.    通过对膜片断裂的受力分析，找到了膜箱水平度对膜元件的影响很大，是造成膜元件损坏的直接原因。经过对所有膜箱的水平度重新找正，彻底消除了膜元件断裂的根源。 
　参 考 文 献 
[1]     赵清, 污水回用中COD和氨氮去除方法探讨[J]. 《石油化工环境保护》,2001.3.
[2]     徐亚同，黄民生编著.废水生物处理的运行管理与异常对策[J].化学工业出版社,2002.12
[3]     高浓度有机废水厌氧膜生物工艺的中试研究[C]. 吴志超等《环境科学学报》2001.1
[4]     丁杭军等,一体式膜生物反应器处理医院废水[J].《中国给水排水》,（2001）9.
[5]     冯逸仙　杨世纯　编著．《反渗透水处理工程》[C].北京：中国电力出版社．2000年