卷式反渗透膜的气液两相流清洗特性_郭竹洁

第31卷第6期膜科学与技术Vol.31No.62011年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2011卷式反渗透膜的气液两相流清洗特性郭竹洁,王枢*,孟涛,王娇(西南交通大学生命科学与工程学院,成都610031)摘要:建立新型膜清洗装置,将压缩空气和化学清洗液形成气液两相混合流体对2.5英寸(1英寸=25.4mm)卷式反渗透膜进行清洗研究.系统地探讨了气液两相流清洗过程中清洗液流量、气体流速、气液比、清洗时间对膜截留率和通量恢复率的影响.结果表明清洗液在0.12L/min时,即可获得较好的膜通量恢复率.不同过滤面积的反渗透膜,清洗液的临界流量不同,超过该流量对膜通量恢复率无明显影响.膜通量恢复率随气体流速的增加而增加,聚酰胺材质反渗透膜气速上限是18m/s,更高的气速将降低膜截留率.气液比在2000∶1～3000∶1范围内能有效提高膜通量恢复率.两相流清洗时间一般不超过15min就能获得理想清洗效果.关键词:气液两相流;膜清洗;卷式反渗透膜;截留率;通量恢复率;气体流速;气液比中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2011)06-0073-05反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的膜分离技术,具有无相变、组件化、操作方便、占地面积小、耗电低等优点,目前已广泛应用于电子、化工、煤炭、环境、医药、食品等行业[1-6].卷式反渗透膜是目前应用最广的反渗透组件形式,但膜污染问题是制约其发展的主要因素.工业上通常采用化学清洗法去除膜污染,但清洗时间长,清洗液耗量大,清洗效果不稳定.迄今,固液两相流[7]、气液两相流[8-10]、机械振动、超声波[11-13]、脉冲电场等新型膜清洗技术成为研究热点[14],据报道这些清洗技术对管式、平板式、中空纤维组件具有良好清洗效果.然而,针对卷式反渗透膜的新型清洗技术,研究报道尚很少见.本文采用气液两相流方法,建立新型清洗装置,使气体和化学清洗液形成混合流体对卷式反渗透膜进行清洗,以优化清洗过程中膜污染层界面条件,提高膜面剪切应力去除膜污染物[15].较系统地研究了气液两相流清洗过程中清洗液流量、气体流速、气液比、清洗时间对膜截留率、通量恢复率的影响.1实验部分1.1材料反渗透膜为陶氏公司的XLE-2540、LP-2540和TW30-2540型2.5英寸卷式聚酰胺反渗透膜,过滤面积2.6m2,以及通用公司的SG2540型2.5英寸卷式聚酰胺反渗透膜,过滤面积1.77m2.膜化学清洗剂自配,配方为氢氧化钠(45%,AR)、十二烷基硫酸钠(8%,AR)、十二烷基苯磺酸钠(9%,AR)、三聚磷酸钠(24%,AR),偏硅酸钠(12%,AR),其他成分2%,用去离子水配制成pH10.5的清洗液.反渗透膜的污染使用可溶性淀粉(AR).反渗透膜的截留率以对氯化钠(AR)的截留率进行表征.实验用水为双重去离子水,电阻为16MΨ.1.2污染反渗透膜的制备用0.1%可溶性淀粉配制成进料液,在1.5MPa,35℃,回收率(膜透析液与进料液流量之比)为15%条件下,用2540卷式膜装置(温州维思尔科技有限公司提供)对未污染的RO膜(纯水通量符合厂商标准)进行污染过滤.根据膜通量的下降收稿日期:2010-10-19;修改稿收到日期:2011-03-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(20706046)作者简介:郭竹洁(1986-),女,山西省长治市人,硕士生,从事膜分离研究.*通讯联系人〈wone_su@163.com〉DOI:牨牥牨牰牨牭牴牤jcnkiissn牨牥牥牱牠牳牴牪牬牪牥牨牨牥牰牥牨牳74膜科学与技术第31卷程度判断受污染程度,以选取适当污染程度的实验用膜.1.3反渗透膜截留率和通量恢复率的测定膜截留率用以评价两相流清洗是否对膜产生了损害.RO膜污染前和两相流清洗后,测定膜截留率,测试方法依据膜厂商提供的标准测试方法.清洗效果用膜通量恢复率FRR进行评价,用式(1)计算:FRR=JWJiW×100%(1)式中,JW为清洗后膜的纯水通量,JiW为新膜的纯水通量.1.4气液两相流清洗装置气液两相流清洗装置如图1所示,由2540膜壳、压缩空气供给系统、气液混合装置、清洗液循环系统、气液分离器、预湿润系统、温控装置和其他测量仪表组成.该装置进行气液两相流清洗时,首先运行预湿润系统,用去离子水对污染RO膜循环浸润15min,打开温控装置保证之后的清洗过程稳定在35℃.然后关闭预润湿管路,运行清洗液循环系统,同时运行压缩空气供给系统(气体流量由阀门调节至实验所需流量,此时气体流量所对应的气体流速即为后文所指的气体流速),使清洗液和压缩空气在气液混合室形成两相混合流体.气液两相流体对污染膜进行清洗,混合流体通过膜壳后,气液分离器将气体与清洗液分离,分离后的清洗