一種中空纖維膜點通量的測定方法

2023-06-20 09:44:01

專利名稱：一種中空纖維膜點通量的測定方法
技術領域：
本發明屬於膜分離材料應用領域，涉及一種中空纖維膜點通量的測試方法。
背景技術：
中空纖維膜由於其填料密度大，製造費用低等優點，廣泛應用於汙水處理和回收中。其中，由於膜內腔流動阻力引起壓力損失導致中空纖維膜點通量不均勻分布，越靠近出口端點通量越大，膜汙染進程越快。這種不平衡汙染分布使得局部汙染過快並會加速膜汙染。為了能夠真實觀察膜的過濾性能，中國專利CN102353626A公開了一套由清水槽與配件系統、膜組件、出水控制與數據記錄系統、真空控制與抽吸系統等組成清水的通量測試裝置，通過對壓力和水溫控制，以及採用電腦實現數據的自動化採集，可以使中空纖維膜絲的清水通量的測定準確度提高20%。但是，該測試裝置和方法僅適用於中空纖維膜平均純水通量的檢測，無法監測汙染過程中通量變化和分布。此外，中國專利CN102407078A報導了一套可標準化的中空纖維膜過濾性能測試裝置，其核心部分膜纖維過濾組件由膜纖維過濾元件和柱形過濾容器組成，結合毛細接頭和螺紋接頭將膜纖維過濾組件與過濾裝置相連，進而完成對於不同規格(內/外徑)，不同操作模式(內/外壓)的中空纖維膜過濾性能測試，也可以對膜絲抗汙染性能進行分析、評價。但是，上述測試裝置僅適用於中空纖維膜平均通量的檢測，無法考察其局部過濾性能變化。為了進一步研究中空纖維膜局部過濾行為，近年來研究者們建立了一些測試纖維局部過濾性能的實驗方法。2008年,期刊《Journal of Membrane Science (膜科學雜誌)》第310卷7-12頁報導了一種測定膜內壓降分布的實驗方法。首先，將單根中空纖維膜分成具有相同長度的膜段，膜段間用T型連接器相連；然後，用透明聚氯乙烯(PVC)軟管將T型連接器與水銀壓力計相連，進而得到不同位置處局部壓力。通過該方法實驗值與根據哈根泊肅葉(Hagen-Poiseuille)方 程得到的模型有很好的吻合。同時，作者還研究了活性汙泥過濾時局部壓力變化。實驗結果表明，由於濾餅倒塌出口處點通量並不是最大。然而，此方法操作繁瑣，破壞了膜的完整性，並且只適用於壓力穩定，變化小並且慢的情況下，當變化很劇烈時無法正確讀數。此外,2009年,期刊《Journal of Membrane Science (膜科學雜誌)》第332卷50-55頁報導了一種水平死端過濾下中空纖維膜點通量分布實驗測定方法。將單根中空纖維膜橫穿於5個裝有相同體積溶液容器中，觀察相同時間內溶液體積變化，進而得到局部過濾量變化。同時，利用達西定律計算了跨膜壓差變化，並且通過共焦雷射掃描顯微鏡對局部膜絲汙染狀況進行觀察。實驗結果表明，局部跨膜壓差(TMP)與局部汙染狀況有很好的對應關係，即跨膜壓差越大膜汙染越嚴重。然而該方法僅適用於單一的水平死端過濾操作方式。綜上所述，目前中空纖維膜通量測定方法存在操作複雜、操作方式單一，並且破壞了膜組件完整性等問題。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種中空纖維膜點通量的測試方法。通過對膜組件的設計製備多個具有相同有效過濾長度但不同位置纖維膜段的中空纖維膜組件，來測定多個組件中空纖維膜點通量及分布以實現對中空纖維膜運行過程中流體力學性能的檢測，解決現有技術存在的操作複雜、使用範圍單一、破換了膜完整性等問題。本發明涉及一種中空纖維膜點通量的測試方法。首先，將單根中空纖維膜兩端分別插入到上下兩個細軟管中，接觸處用樹脂密封，中間纖維膜段為有效過濾區域；在中空纖維膜總長度不變的情況下，通過改變兩端軟管的長度製備多個出具有相同有效過濾長度但不同位置纖維膜段的中空纖維膜，裝入一定長度的膜殼製成中空纖維膜組件。其次，將製備的中空纖維膜組件安裝於膜通量檢測裝置中，按照一定的操作方式和操作壓力進行測定，此時測得的通量視為該有效膜段中間位置的點通量，由此可以實驗測得整個中空纖維膜的點通量 分布。所述中空纖維膜材料為聚碸、聚醚碸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚丙烯中的任意一種。所述中空纖維膜為內壓式或外壓式中空纖維膜中的一種，單孔或多通道(多孔)中空纖維膜中的一種。所述中空纖維膜總長度為20-2000_。所述膜有效過濾長度為l-100mm。所述膜通量檢測裝置包括料液桶(2-1)、隔膜泵(2-3)、精密壓力表(2-4)、中空纖維膜組件(2-8)、精密真空壓力表(2-12)、蠕動泵(2-13)、電子天平(2_16)、調節閥(2_2、2-5 2-7、2-9 2-11、2-14 2-15)。所述操作方式為所述操作方式為錯流或死端過濾中的一種，連續流或浸沒式中的一種，純水或實際(汙染)過濾過程中的一種。所述操作壓力為2-100kPa。與現有技術相比，本發明的優勢在於:(1)本發明不僅可測定中空纖維膜不同位置點通量變化以及整體膜絲的點通量分布；(2)本發明方法應用範圍廣泛，不僅適應於錯流或死端膜過濾、連續流或浸沒式過濾、純水或實際(汙染)過濾過程等多種操作方式，也適合於內壓或外壓式、單孔或多孔中空纖維膜材料通量測試。


圖1為中空纖維膜組件示意圖。圖1中，1-1為埠，1-2為外殼，1-3為樹脂，1-4為膜絲，1-5為軟管，1-6為蠕動泵，1-7為料液口，1-8為樹脂。圖2為通量檢測裝置示意圖。圖2中，2-1為料液桶，2-3為隔膜泵，2_4為精密壓力表，2_8為中空纖維膜組件，2-12為精密真空壓力表，2-13為蠕動泵，2-16為電子天平，2-2、2-5 2_7、2_9 2_11、2-14 2-15為調節閥。圖3為實施例1中IOOOmm浸沒式中空纖維膜純水點通量分布圖。
具體實施例方式以下通過實施例進一步描述本發明。
實施例1外壓聚偏氟乙烯中空纖維膜浸沒過濾時純水點通量測定，包括如下步驟:(I)選取一根長為IOOOmm外壓式聚偏氟乙烯中空纖維膜，將其插入到細軟管中，軟管與中空纖維膜接觸處用樹脂密封。選取中空纖維膜有效過濾長度為100mm，通過改變上下軟管的長短(見圖1)，製備出10個具有相同有效過濾長度但不同位置纖維膜段的中空纖維膜組件，其相關參數見表I。表I外壓式聚偏氟乙烯中空纖維膜各種組件相關參數
權利要求
1.涉及一種中空纖維膜點通量的測定方法，其特徵在於首先，將單根中空纖維膜兩端分別插入到上下兩個細軟管中，接觸處用樹脂密封，中間纖維膜段為有效過濾區域。在中空纖維膜總長度不變的情況下，通過改變兩端軟管的長度製備出各種具有相同有效過濾長度但不同位置纖維膜段的中空纖維膜，裝入一定長度的膜殼製成不同中空纖維膜組件；其次，將製備的中空纖維膜組件安裝於膜通量檢測裝置中，按照一定的操作方式和操作壓力進行測定，此時測得的通量視為該有效膜段中間位置的點通量，由此組合可以實驗測得整根中空纖維膜的點通量分布。
2.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述中空纖維膜材料為聚碸、聚醚碸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述中空纖維膜為內壓式、外壓式中空纖維膜中的任意一種，也可以是單孔、多通道(多孔)中空纖維膜中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述中空纖維膜總長度為20-2000mm。
5.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述膜有效過濾長度為l-100mm。
6.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述膜通量檢測裝置包括料液桶、隔膜泵、精密壓力表(2-4)、中空纖維膜組件、精密真空壓力表、蠕動泵、電子天平、調節閥等。
7.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點通量的測試方法，其特徵在於:所述操作方式為錯流或死端過濾、連續流或浸沒式過濾，純水或實際(汙染)過濾過程。`
8.根據權利要求1所述的一種中空纖維膜點`通量的測試方法，其特徵在於:所述操作壓力為2-100kPa。
全文摘要
本發明屬於膜分離材料應用領域，涉及一種中空纖維膜點通量的測定方法。本發明方法包括以下步驟首先，將單根中空纖維膜兩端分別插入到上下兩個細軟管中，接觸處用樹脂密封，通過改變兩端軟管的長度製備出各種具有相同有效過濾長度但不同位置纖維膜段的中空纖維膜組件；其次，將製備好的中空纖維膜組件安裝於膜通量檢測裝置中，按照一定的操作方式和操作壓力進行測定，此時測得的膜通量視為該有效膜段中間位置的點通量，由此組合可以測定整個纖維膜點通量分布及整體通量。本發明方法操作簡便，不僅適用於錯流或死端過濾、連續流或浸沒式、純水或實際(汙染)過濾過程等多種操作方式，也適合於單孔或多孔中空纖維膜點通量測試。
文檔編號B01D65/10GK103240001SQ201310205530
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月29日 優先權日2013年5月29日
發明者李建新, 李賢輝 申請人:天津工業大學