一种废旧平板膜性能的综合评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种废旧平板膜性能的综合评价方法，属于污水及废物资源化技术领 域。
【背景技术】
[0002] 据统计，我国投入运行或在建的膜生物反应器（MBR)污水处理工程已超过300项， 其中，万吨级MBR系统近10套，在污水处理膜技术应用领域，我国已成为世界增长最快的地 区之一。MBR是将膜分离技术引入传统的活性污泥系统，取代二沉池，由于膜可W很好实现 固液分离和大分子有机物的截留，因此，表现出传统活性污泥法所没有的优势。从20世纪 70年代后期至今，MBR工艺已在水处理领域逐步得到认可，首先是北美的大规模应用，然后 依次是20世纪80年代早期的日本（同期南非：厌氧膜生物反应器），90年代中期的欧洲， 90年代末期的中国。由此，分离膜在污水处理领域的用量巨大。
[0003] W聚偏氣乙締（PVD巧为例，全世界年产量约为3. 3万吨，我国产量为2000吨，实 际需求量为4000吨。随着世界范围内对污水治理力度的加大，PVDF膜在污水处理中的用 量将迅速增加。目前，国内外每年生产污水处理中应用广泛的PVDF膜总面积近5000万m2， 用于制造中空纤维的PVDF价值达数亿美元。带衬型PVDF中空纤维膜的年产量近1000万 m2,PVDF原材料的消耗量为1200吨左右，价值2亿元W上。然而，PVDF膜的使用寿命约为 3~7年，W5年计，膜组件的更换占每年膜销售量的40%，即每年将有2000万m2的废旧 膜产生。
[0004] 通常认为，评价膜组件是否可继续使用或废弃的依据主要是膜通量回复率，即通 过各种离线化学清洗，如果其膜通量回复率在80%W上，即可继续使用，并未对清洗膜的抗 拉强度、最大孔径等理化性质是否能满足使用要求，也未考虑清洗过程的难度、成本及碳排 放（碳足迹）是否合理。值得提到的是，全球气候变暖是人类生存和发展必须面对的严峻 挑战，"碳足迹"、"碳排"、"低碳经济"、"低碳技术"、"低碳城市"等一系列新概念、新政策应 运而生，如何正确评价污染膜清洗效果和能耗，如何实现新工艺理论及技术研究与节能减 碳并重，是水处理工作者面临的新难题。
【发明内容】
[0005] 针对现有的废旧膜性能评价体系存在的不足，发明人考虑制约膜的使用效率和寿 命的各种因素，经大量实验研究，将拉伸强度作为理化性质的主要评价指标，将膜通量作为 过滤性能的主要评价指标，将碳足迹作为其他效能的主要评价指标，建立一种定量、快速、 全面地废旧膜性能综合评价体系，由此界定旧膜与废膜之间的差异，为旧膜回用及废膜再 生提供选择依据，最大限度地实现废旧膜资源化。
[0006] 本发明的目的是提供一种废旧平板膜性能的综合评价方法，所述评价方法是：
[0007] (1)分析污染膜表面元素组成，辨别污染膜是有机污染型膜还是无机污染型膜，然 后采用相应的化学清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；
[000引 似检测待测膜样品的理化性质，得到评价指标值；
[0009] (3)检测待测膜样品的过滤性能，得到评价指标值；
[0010] (4)检测待测膜样品的其他效能，得到评价指标值；
[0011] (5)依次将步骤（2)-(4)得到的待测膜样品的指标值与对照膜的相应指标值进行 进行对比，得出污染膜是旧膜还是废膜的评价结果。
[0012] 在本发明的一种实施方式中，所述分析膜表面元素组成是采用能量散射X-射线 光谱巧D讶进行分析。
[0013] 在本发明的一种实施方式中，所述辨别污染膜，是当膜表面碳元素百分比高于对 照膜时为有机污染型膜，当膜表面碳元素百分比低于对照膜时为无机污染型膜。
[0014] 在本发明的一种实施方式中，所述污染膜为有机污染型膜时，采用先次氯酸钢洗 后巧樣酸或草酸洗的清洗方法；
[0015] 在本发明的一种实施方式中，所述污染膜为无机污染型膜时，采用先巧樣酸或草 酸洗后次氯酸钢洗的清洗方法。
[0016] 在本发明的一种实施方式中，所述有机污染型膜采用先0.1~5.0%次氯酸钢洗 后0.1~5.0%巧樣酸或草酸洗的清洗方式，无机污染型膜采用先0.1~5.0%巧樣酸或草 酸洗后0.1~5.0%次氯酸钢洗的清洗方式。
[0017]在本发明的一种实施方式中，所述理化性质包括拉伸强度（MPa)，采用拉伸强度试 验机测定。
[0018] 在本发明的一种实施方式中，所述过滤性能包括膜通量，膜通量测定方法为：将圆 形膜片放入SCM-300超滤杯底部，密封后氮气加压，记录从开始时刻（ti，min)到结束时刻 (t2,min)、0.IMPa压力下透过膜有效面积（S，m2)的液体体积（A，血)，膜标准通量（J，L/ (V·h))按式1计算得到：
[001 ?>]
…
[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述其他效能包括碳足迹；碳足迹也称为碳排，为 污染膜离线化学清洗过程的二氧化碳排放量巧，g)，主要包括离线化学清洗的总能耗怕1，kW·h)，据能耗的单位碳排因子（f，785g/(kW·h))按式2计算而得：
[002U
(2)
[0022] 所述评价结果是根据如下评价标准确定：拉伸强度较对照膜降低50%W上的污 染膜为废膜，拉伸强度较对照膜降低50%W内、膜通量较对照膜降低30%W上的污染膜为 废膜，拉伸强度较对照膜降低50 %W内、膜通量较对照膜降低30 %W内、碳足迹高于188g 的污染膜为废膜，否则为旧膜。
[0023] 在本发明的一种实施方式中，所述污染膜为平板膜。
[0024] 在本发明的一种实施方式中，所述污染膜为来自污水处理膜生物反应器的污染 膜。
[00巧]在本发明的一种实施方式中，所述对照膜是与污染膜同类型（平板膜）、同材质的 新膜。
[00%] 在本发明的一种实施方式中，所述污染膜和对照膜均为聚偏氣乙締（PVD巧或聚 氯乙締（PVC)。
[0027] 在本发明的一种实施方式中，对照膜（PVD巧的膜表面元素组成为：碳48. 05%，氣 51. 95%，拉伸强度为 20.OMPa，膜通量为 2000L/(m2 ·h)。
[0028] 本发明还提供一种检测废旧平板膜性能的方法，包括：
[0029] (1)检测污染膜表面碳元素百分比，并与对照膜比较；对照膜是与污染膜同类型、 同材质的新膜；
[0030] (2)如果步骤（1)检测到污染膜表面碳元素百分比高于对照膜，则采用先次氯酸 钢洗后巧樣酸或草酸洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；否则采用先巧樣酸或草酸 洗后次氯酸钢洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；
[0031] (3)检测待测膜样品的拉伸强度；
[0032] (4)检测待测膜样品的膜通量；
[0033] (5)检测待测膜样品的碳足迹。
[0034] 所述检测废旧平板膜性能的方法是检测到拉伸强度较对照膜降低50%W上的污 染膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50%W内、膜通量较对照膜降低30%W上的污 染膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50%W内、膜通量较对照膜降低30%W内、碳 足迹高于188g的污染膜不再回收利用，否则回收利用。
[0035] 所述检测废旧平板膜性能的方法中，检测污染膜表面碳元素方法、清洗溶液，W及 拉伸强度、膜通量、碳足迹计算方法，污染膜类型等等，都与前面提及的评价方法相同。
[0036] 本发明的有益效果：
[0037] 本发明通过先邸X分析废旧膜表面的元素组成W确定膜污染的类型，然后针对有 机或无机污染设计不同的清洗方案，清洗后得到待测膜样品，然后比较待测膜样品与对照 膜的理化性质、过滤性质、其他效能等，确定该污染膜为废膜还是旧膜（即确定是否值得回 收利用）。发明人进行了大量实验，结果发现本发明使用的方法具有较强的客观性，能够比 较准确地反映膜是否还具有继续利用的价值。本发明建立的废旧膜性能的综合评价方法， 可定量、快速、全面地界定旧膜和废膜之间的差异，为废旧膜的去向及再生回用工艺选择提 供依据。
【附图说明】 图1为废旧平板膜性能的综合评价图。
【具体实施方式】
[0038] 发明人进一步通过具体实验来说明本发明的评价方法。
[0039] W下实施例便于更好地理解本发明，但并未涵盖和穷尽了发明人所做的所有实 验，目的仅仅在于用那些数据来阐述本发明界定方法的直观性和准确性。 阳040] 实施例1
[0041] 市政污水处理膜生物反应器中的PVDF污染平板膜经邸X分析，膜表面元素组成 为：碳 19. 47%，氮 3. 62%，氧 29. 00%，憐 11. 24%，巧 1.45%，铁 27. 28%，侣 1.44%，与对 照组比较可知，该污染膜属无机污染类型。将污染膜用1.0%草酸清洗化，再用0.3%次氯 酸钢清洗化，得到膜样品。所得膜样品的拉伸强度为20. 5MPa，膜通量为1930L/(m2 'h)，碳 足迹为47g，与对照组比较，判定该污染膜为旧膜。返回原污水处理工程继续使用，结果表 明，系统出水水质没有明显变化，每月的膜通量衰减速度为3%，化学清洗周期为6~9个 月，能够满足常规运行需求。 柳42] 实施例2
[0043] 市政污水处理膜生物反应器中的PVD