专利名称：一种膜组件运行设计方法
技术领域：
本发明属于水处理领域，具体涉及一种膜组件运行设计方法。
背景技术：
近些年来膜技术在水处理行业发展较快,其处理对象包括海水、苦咸水、河水、湖水、污水等多种水源，而不同水源具有不同的水质特征，其引起膜污染的原因也是各不相同的。因此膜在实际应用中遇到的首要问题就是如何根据对象水源的水质特征，选择合适的过滤通量和运行条件。但是由于准确的分析水中的微量物质组成和定量确定膜的污染物质存在各种困难，而且膜污染程度受多种因素的影响。虽然很多文献中提出过采用模拟计算多孔膜分离过程中渗透物浓度的变化情况，但是其都没有充分反映膜组件清洗恢复效果，也没有反应运行过程中运行条件等对膜稳定运行的影响。虽然目前工业应用中，通常采用和实际应用相同规格的工程用膜组件进行大型试验，来考察膜污染情况及水温、运行条件等对膜稳定运行的影响，从而确定实际工程中的设计参数。但是这样的方法通常需要花费至少3个月到半年的时间，效率较低。而且试验规模大，受场地、水量、人员等方面的限制较大，所以增加了工程应用的造价。因此在没有足够设计经验的前提下，或遇到新的水源水质处理时，如何找到一种简易、快速、有效的方法实现较为准确的膜运行参数的设计，对于膜产品和膜技术的推广及应用都是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的就是鉴于目前膜组件处理水质广泛，工程中多采用大型试验的方法来初步确定膜组件的设计运行条件的局限性和低效性，研发一种便于工程应用，成本低廉，且方便快速模拟膜组件运行的方法。通过此方法，可以较为准确的得出膜组件设计运行条件。本发明为一种膜组件运行设计方法，对于待处理原水，通过实验室规模小型试验的方法确定膜组件对此种待处理原水的特征过滤参数，根据特征过滤参数对工程膜组件的运行通量、过滤时间、及反冲洗时间进行设计；其中，所述特征过滤参数为过滤阻力系数与不可逆过滤阻力系数。所述通过实验室规模小型试验的方法确定膜组件对此种待处理原水的特征过滤参数，即为通过实验室小型试验得到膜的过滤阻力系数AAlab与不可逆过滤阻力系数A Blab ；所述根据特征过滤参数对工程膜组件的运行通量、过滤时间、及反冲洗时间进行设计具体为:由上述通过实验室小型试验得到膜的过滤阻力系数AAlab和不可逆过滤阻力系数ABlab，根据小型试验和工程膜组件对应的一次关系，得到工程应用特征参数AApil。,、A Bpilot及污染参数F，其中F = In ( A Bpilot/C)，C是待处理原水的有机物浓度；
根据工程应用特征参数AApil。,、ABpiltrt得出APa、APb计算公式，即APa =AApilotX u XJ2, APb = ABpilotX u XJ2，其中APa为膜单周期内压力增加值，APb为膜组件初始压力增加值，U为处理水在某温度下的粘度系数，J为膜的运行通量；然后采用试算的方法输入一系列的J值可以得到对应的膜过滤压力增加值APa、APb值，根据APa、APb可以得出不同通量下膜的化学清洗周期，即Dap =(Pmax-Pinitial-APa)MPb，其中P_为该膜的最大过滤压力，Pinitial为膜的初始过滤压力；根据工程要求的膜化学清洗周期选择满足条件的膜的最大运行通量，同时输入此运行通量于数据库F = f(ln(Tb/Tf/J))，得到膜的设计过滤时间、和反冲洗时间。经过试算得出的运行通量、过滤时间或反冲时间中的一项或多项不满足工程要求时，则需要对待处理原水进行预处理或增加化学强化反冲洗过程。需要进行预处理时，预处理采用混凝、沉淀、预过滤、或预氧化中的一种或多种。需要化学强化反冲洗时，其化学清洗药剂采用次氯酸钠、双氧水、盐酸、硫酸、或柠檬酸中的一种或多种。需要进行预处理时，采用预处理后的原水进行如上所述的实验室规模小型试验，可以得出膜的运行通量、过滤时间和反冲洗时间。如果经过预处理后得出的运行通量、过滤时间或反冲时间中的一项或多项不满足工程要求时，需要增加化学强化反冲洗过程。需要进行化学强化反冲洗时，采用实验室小型试验的方法，确定化学强化反冲洗后膜阻力的恢复率r，然后对原有化学清洗周期计算公式进行修正，即Dap =
(Pmax Pinitial
A PA)/A Pb (It)0需要进行化学强化反冲洗时，通过实验室规模小型试验进行10-30个周期过滤及反冲洗后，将化学强化反冲洗液注入膜组件中，然后浸泡20-60min，浸泡过程中，通入压缩空气对膜丝进行抖动，然后进行膜丝冲洗后，再进行I 5个周期的过滤，根据化学强化反冲洗清洗前后的过滤数据可以计算出化学强化反冲洗后膜阻力的恢复率r，然后可以得出膜的运行通量、过滤时间和反冲洗时间。如果经过试算得出的运行通量、过滤时间或反冲时间中的一项或多项不满足工程要求时，则需要增加预处理过程。实验室小型试验采用定压力或定流量的运行方式；考虑到本发明中采用实验室小型试验的规模，从易于控制方面考虑，本发明优选采用定压力的运行方式。本发明中所述实验室小型试验使用的膜组件的膜面积优选为0.005m2以下。所述膜组件为浸没式或压力式。进一步优选为微滤膜或超滤膜。膜材质优选聚砜、聚偏氟乙烯或聚乙烯。实验室小型试验的基本流程如图1所示，首先分别将原水罐②和纯水罐③中注入实验原水和纯水，然后将膜组件⑩按图示安装好，再打开压缩空气①分别设定膜的过滤压力在0.05MPa 0.1MPa,反 冲洗压力在0.1MPa 0.15MPa，然后打开原水阀④，并把三相阀⑨转入过滤方向，再打开产水阀 进行过滤，过滤出水通过天平 实时记录过滤水量的变化。在进行50 150ml过滤后，关闭原水阀④及产水阀 ，将三相阀⑨转入反冲洗方向，然后打开反冲洗阀⑤开始膜组件的反冲洗，控制反冲洗时间在5 30s，然后关闭反冲洗阀⑤，再进行下一周期的过滤。整个小型试验需要重复10 30个周期的过滤及反冲洗过程。然后根据天平记录的各个周期过滤水量的变化计算出膜的过滤阻力系数AAlab与不可逆过滤阻力系数A Blab。
本发明是便于工程应用，成本低廉，且方便快速模拟膜组件运行的方法。通过此方法，可以较为准确的得出膜组件设计运行条件。
图1是小型试验方法示意图。图中:①压缩空气原水罐(配压力表)纯水罐(配压力表)原水阀； 反冲洗阀；⑥纯水通量测试阀；⑦反冲洗进水管路纯水进水管路三相阀！⑩膜组件； 产水阀天平。图2是本发明小型试验计算AA与AB的示意图。图3是本发明设计模拟方法示意图。图4是F与In (Tb/Tf/J)对应关系示意图。
具体实施例方式测试方法:CODfc:酸式/碱式高锰酸钾法；浊度:美国哈希浊度仪(型号:HACH 2100AN)；铁、锰:岛津公司的电感耦合等离子发射光谱仪(型号:ICPE-9000)；电导率:美国哈希电导率仪(型号:HACH Sension 2)。实施例1:试验采用某地表原水，水质情况如表I所示。工程采用PVDF浸没式超滤膜组件。要求膜运行通量彡1.0m/d，化学清洗周期彡30天。表I原水水质
权利要求
1.一种膜组件运行设计方法，其特征在于:对于待处理原水，通过实验室规模小型试验的方法确定膜组件对此种待处理原水的特征过滤参数，根据特征过滤参数对工程膜组件的运行通量、过滤时间、及反冲洗时间进行设计；其中，所述特征过滤参数为过滤阻力系数与不可逆过滤阻力系数。
2.根据权利要求1所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:所述通过实验室规模小型试验的方法确定膜组件对此种待处理原水的特征过滤参数，即为通过实验室小型试验得到膜的过滤阻力系数AAlab与不可逆过滤阻力系数ABlab ； 所述根据特征过滤参数对工程膜组件的运行通量、过滤时间、及反冲洗时间进行设计具体为: 由上述通过实验室小型试验得到膜的过滤阻力系数AAlab和不可逆过滤阻力系数ABlab，根据小型试验和工程膜组件对应的一次关系，得到工程应用特征参数AApil。,、A Bpilot及污染参数F，其中F = In ( A Bpilot/C)，C是处理原水的有机物浓度； 根据工程应用特征参数AApil。,、ABpilot得出APa、APb计算公式，即APa =AApilotX u XJ2, APb = ABpilotX u XJ2，其中APa为膜单周期内压力增加值，APb为膜组件初始压力增加值，U为处理水在某温度下的粘度系数，J为膜的运行通量； 然后采用试算的方法输入一系列的J值可以得到对应的膜过滤压力增加值APa、APb值，根据APa、APb可以得出不同通量下膜的化学清洗周期，即Dcip= (Pfflax-Pinitial-APa)/△ Pb，其中P_为该膜的最大过滤压力，Piintial为膜的初始过滤压力；根据工程要求的膜化学清洗周期选择满足条件的膜的最大运行通量，同时输入此运行通量于数据库F = f(ln(Tb/Tf/J))，得到膜的设计过滤时间、和反冲洗时间。
3.根据权利要求1所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:经过试算得出的运行通量、过滤时间、或反冲时间中的一项或多项不满足工程要求时，则需要对待处理原水进行预处理或增加化学强化反冲洗过程。
4.根据权利要求3所述 的膜组件运行设计方法，其特征在于:需要进行预处理时，预处理采用混凝、沉淀、预过滤、或预氧化中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:需要进行化学强化反冲洗时，采用实验室小型试验的方法，确定化学强化反冲洗后膜阻力的恢复率r，然后对原有化学清洗周期计算公式进行修正，即Dcip = (Pfflax-Pintial- A PA) / A Pb (1-r)。
6.根据权利要求1或2所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:实验室小型试验采用定压力的运行方式。
7.根据权利要求1或2所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:实验室小型试验使用的膜组件的膜面积在0.005m2以下。
8.根据权利要求1或2所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:所述膜组件为浸没式或压力式。
9.根据权利要求8所述的膜组件运行设计方法，其特征在于:所述膜组件为微滤膜或超滤膜。
全文摘要
本发明公开了一种膜组件运行设计方法，对于待处理原水，通过实验室规模小型试验的方法确定膜组件对此种待处理原水的特征过滤参数，根据特征过滤参数对工程膜组件的运行通量、过滤时间、及反冲洗时间进行设计；其中，所述特征过滤参数为过滤阻力系数与不可逆过滤阻力系数。本发明便于工程应用，能否成本低廉，且方便快速模拟膜组件运行的方法。通过此方法，可以较为准确的得出膜组件设计运行条件。
文档编号B01D61/14GK103120900SQ20111036682
公开日2013年5月29日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者常春, 杨瑜芳, 邹高辉 申请人:东丽纤维研究所(中国)有限公司