TFC-ES正渗透膜的性能研究.pdf

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1、器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineeringTFC—ES正渗透膜的性能研究李慧，刘志强，程一桥，张倩(青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛266033)摘要：以TFC—ES正渗透膜分离系统为基础，考察了膜朝向、错流速度2个影响因素对膜的水通量和驱动溶质逆向渗透现象的影响。结果表明，FO模式下膜的初始水通量远低于PRO模式，且FO模式下水通量随运行时间整体变化趋势较小，驱动溶质逆向渗透现象较轻；在保持其他运行条件不变的情况下，水通量随错流速度的增大而增大。驱动溶质逆向渗透现象也随之变得更加严重。关键词：TFC—ES正渗透膜；膜朝向；错流速度

2、；水通量；驱动溶质逆向渗透中图分类号：TQ051．8文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)05—0158—04PerformanceStudyofTFC-ESForwardOsmosisMembraneLiHui，LiuZhiqiang，ChengYiqiao，ZhangQian正渗透是指无需施加外加压力，利用膜两侧原料液和驱动液产生的渗透压差，使渗透压低的原料液中的水分子通过正渗透膜进入渗透压高的驱动液中，从而使膜一侧的原料液被浓缩、另一侧的驱动液被稀释的过程⋯。正渗透膜分离技术作为一种新型膜分离技术，具有工艺膜污染程度低，耗能少；截留效率高，系统出水水质好：驱

3、动液可循环利用：不容易造成膜污染。且膜污染可逆等优点，具有良好的发展前景。由于目前在实验研究中使用较多的是美国HTI公司生产的CTA正渗透膜或研究者自己制备的正渗透膜．应用TFC—ES正渗透膜进行实验研究相对较少，对该膜性能的研究也较缺乏。因此，笔者对TFC—ES正渗透膜的性能进行了研究。1材料与方法1．1实验材料实验原料液为蒸馏水：驱动液取自青岛近海海域，并采用过滤棉过滤，以去除海水中的悬浮物(海藻、泥沙)等杂质。驱动液的pH值为6．7～7．5，NH，一N、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的质量浓度分别为0．610～0．738、0．0004t0．0054、0．005～0．26mg／L，TD

4、S为21．7～22．9∥L。1．2实验装置实验采用正渗透膜分离装置，该装置由正渗透膜组件、料桶、电子天平、压力表、流量计、磁力泵等多个158辛荭投木2016No．5(Sep．)V01．34部件组成．通过驱动液和原料液之间的浓度压差产生渗透压驱动力进行实验。实验简易流程图如图l所示。磁力泵一一球形阀L』i驰枷蜮，匪三藿哗≯翠．．．．．．．·．．．．．．．．．．，_．．J，原料液图1正渗透膜分离装置简易流程图1．3实验膜组件实验所采用的膜组件为美国HTI公司生产的TFC—ES正渗透膜，膜尺寸为300mmx300mm，孔径40nm，有效膜面积0．0576m2／片，产水量20～40L／(

5、m2·d)，最大跨膜压力70kPa，最大工作温度7l℃，pH值范围2～11。1．4实验方法实验开始前先对设备进行调控，将设备运行10rain，目的是冲洗管路，并检查装置是否有漏水现象。根据美国HTI公司关于TFC—ES正渗透膜的使用说明，因膜表面有甘油，所以在使用前应将膜放在去离子水中浸泡30rain，然后将正渗透膜放入膜组件中，用密封条和密封板密封。然后进行如下操作：1)分别采用FO模式和PRO模式，原料液和驱动液各30L．调节错流速度为lUmin，分别运行2h，每隔10min记录驱动液下方电子天平的读数，计算水通量；在原料液侧每隔10min取样并编号，利用哈纳pH／ORP／温

6、度测定仪测量水样的电导率、TDS值，反映驱动溶质逆向渗透的情况。2)采用FO模式，原料液和驱动液各30L，通过流量计改变错流速度。错流速度梯度为1、1．5、2L／min，分别运行2h．每隔10min记录驱动液下方电子天平的读数，计算水通量；在原料液侧每隔10rain取样并编号，利用哈纳pH／ORP／温度测定仪测量水样的电导率、TDS值．反映驱动溶质逆向渗透的情况。系统在每次改变速度梯度运行前，需更换新的原料液和驱动液，保证初始渗透压驱动力相同。2结果与讨论2．1膜朝向对膜性能的影响分析实验所用TFC—ES正渗透膜具有不对称的结构，一层为致密活性层，一层为多孔支撑层，正渗透膜的不对

7、称性使得当膜朝向不同时，会产生不一样的浓差极化现象【：刮，从而导致膜性能的不同。当采用FO模式即正渗透膜的致密活性层朝向原料液侧，多孔支撑层朝向驱动液侧时，发生的是浓缩的外部浓差极化现象和稀释的内部浓差极化现象：当采用PRO模式即正渗透膜的致密活性层朝向驱动液侧．多孔支撑层朝向原料液侧时．发生的是浓缩的内部浓差极化现象和稀释的外部浓差极化现象。2．1．1对水通量的影响分析不同膜朝向下水通量随运行时间的变化情况，如图2所示。从图2可知：1)PRO模式下的初始水通量为36U(m2·h