海水陶瓷膜過濾工藝研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
海水淡化技術(shù)在淡水資源日益短缺的今天有著廣泛的發(fā)展前景，現(xiàn)今海水淡化的兩大主要方法為膜法及熱法。熱法主要包括傳統(tǒng)的海水淡化方法，包括低溫多效蒸餾、多級閃蒸等，熱法耗能較高且系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高；而膜法高效節(jié)能，產(chǎn)水穩(wěn)定，大大降低了成本，逐漸發(fā)展為主要的海水淡化技術(shù)?，F(xiàn)階段，海水淡化主要采用的為高聚物有機(jī)膜材料，在使用中受到環(huán)境、水質(zhì)的影響，易發(fā)生老化；同時(shí)，長期的高壓環(huán)境下高聚物鏈段易發(fā)生變化，使透過量大大降低；另外，水中的微生物等也會(huì)對高聚物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。因此，結(jié)構(gòu)性能良好的無機(jī)膜在海水過濾領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用前景。采用無機(jī)陶瓷膜對濃海水進(jìn)行過濾時(shí)，管路流速與壓力對過濾效果有著不同的影響，實(shí)驗(yàn)采用了兩者過濾方法（出水端真空減壓過濾與進(jìn)水端加壓過濾），考察了管路水壓、流速與pH值對過濾效率的影響。
1 實(shí)驗(yàn)部分
海水選擇膠州灣海水，陶瓷管外徑為13mm，內(nèi)徑為9mm，長度為250mm，孔徑為1μm。
1.1 真空減壓過濾和加壓過濾
原水進(jìn)入原水水箱，經(jīng)過水泵流入過濾膜組，過濾端使用真空泵抽真空，過濾水箱及整個(gè)過濾管道置于真空環(huán)境，與原水端產(chǎn)生壓差。其過濾方式與真空減壓裝置類似，只是撤除了過濾端的真空裝置，在濃水出水端增加閥門，通過調(diào)節(jié)出水流量調(diào)節(jié)管路內(nèi)水壓。
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作
首先對陶瓷管進(jìn)行處理。分別使用1mol/L的鹽酸和NaOH超聲清洗1h。以洗去陶瓷管表面和內(nèi)部的雜質(zhì)。用超純水浸泡并透水30min，充分清洗陶瓷管內(nèi)部的污染物。利用單因素變量法進(jìn)行水通量衰減實(shí)驗(yàn)，測定不同過濾裝置下流量、pH、水壓對水通量的影響。水通量計(jì)算公式：J（L/㎡·h）=V/（S·t）。其中，V為過濾水體積，S為膜有效面積，t為過濾時(shí)間。
2 結(jié)果與討論
2.1 真空減壓過濾
2.1.1 流量對水通量的影響
海水溫度為25℃，真空減壓（0.1MPa）的情況下。在流量為0L/h～800L/h的范圍內(nèi)，對產(chǎn)水水量進(jìn)行檢測。當(dāng)流量為0L/h～600L/h時(shí)，水通量隨流量增大而增大，當(dāng)流量到達(dá)800L/h時(shí)，水通量反而下降。這是由于過高的流量同時(shí)增大了對陶瓷管表面的沖刷力和過濾力，剪切力會(huì)帶走污染物，而較小的顆粒則會(huì)在較大的過濾力的作用下迅速沉積，使得通量下降較快。而在流量為0m/s的過濾中，由于污染物會(huì)全部沉淀在陶瓷管表面，迅速形成一層較厚的污染層，污染層阻力迅速增加，水通量在一段時(shí)間內(nèi)急速下降。而在過后的一段時(shí)間內(nèi)，由于水通量的不斷降低，表面的污染層厚度增加逐漸緩慢，導(dǎo)致下降速率不斷平緩。
2.1.2 pH值對水通量的影響
在25℃下以600L/h的流量進(jìn)行內(nèi)壓式過濾，測定不同pH值下的通量衰減。在pH值4～8范圍內(nèi)，pH值越高，水通量衰減至平穩(wěn)所用時(shí)間越短，同時(shí)，水通量衰減到的平穩(wěn)值越低。這是因?yàn)檫^高的pH值會(huì)使水中的多價(jià)陽離子結(jié)合OH-形成固體小微粒懸浮在水中，而不易通過陶瓷館造成堵塞。較低的pH值會(huì)軟化水中各類懸浮雜質(zhì)等，使其更容易透過陶瓷館。值得注意的是，當(dāng)pH值降低為4時(shí)，與pH值為5時(shí)的水通量穩(wěn)定時(shí)間基本相同，這說明優(yōu)化的pH值可選為4。穩(wěn)定后，遇量值約為40.5（L/㎡·h）。
2.2 加壓過濾
采用內(nèi)壓式、將過濾后濃水排放的模式進(jìn)行過濾。水溫為25℃，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水流量及出水流量，調(diào)節(jié)管路水壓，流量范圍為0L/h～800L/h。
2.2.1 流量對水通量的影響
在不同壓力下，不同進(jìn)水流量下水通量的變化趨勢并無明顯差異，均為在一定時(shí)間（30min）內(nèi)水通量迅速減小，隨后趨于平緩。在較高壓力下，中等流量時(shí)，起始水通量較大，較大流量次之，較小流量?。浑S著壓力的減小，中等流量和較高流量下的起始水通量數(shù)值差距減?。辉趬毫^小的情況下，較大流量的水通量大，中等流量次之，較小流量小。
2.2.2 壓力對水通量的影響
在不同流量下，不同進(jìn)水壓力下水通量的變化趨勢并無明顯差異，均為在一定時(shí)間（30min）內(nèi)水通量迅速減小，隨后趨于平緩。較高的壓力有著較高的起始水通量，但在流量較小時(shí)，中等壓力的起始水通量更高。
2.3 酸洗對水通量的影響
將使用后的陶瓷管放入0.1mol/L的鹽酸中浸泡不同天數(shù)，然后超純水超聲洗滌，探索不同浸泡時(shí)間對水通量的影響。不同時(shí)間的酸洗對污染后的陶瓷管通量的提升無明顯作用。
3 結(jié)論
通過采用真空減壓和加壓兩種方法，探究了壓力、水通量對過濾效率的影響。通過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，在壓差為0.1MPa的真空減壓裝置中，優(yōu)化的pH值為4，流量為600L/h。在加壓過濾裝置中，中等流量與中等水壓有著更好的滲透效率，且0.1mol/L的鹽酸對污堵的陶瓷管洗滌作用不明顯。
