申请日2005.12.01
公开(公告)日2006.06.21
IPC分类号G01N33/00; G01N7/10; C02F1/44
摘要
一种膜法水处理药剂性能评价方法。特征在于控制供给膜组件的进水水质，使膜组件中的膜元件受到污染。在线连续检测加入不同水处理药剂处理的水，由于污染而使膜的进水端压力、渗透水流量发生的变化。用膜水处理系统性能下降的进口压力和渗透水流量两个相关参数值之比作为膜系统劣化系数，比较加药前后膜的系统劣化率，定量得出膜水处理药剂的阻垢分散性能、杀菌性能和清洗效果。本发明提供的方法，与通过建立液体分离膜流体模型和单纯检测压力或流量等方法相比较，具有简便、直接和分辨力高的特点，检测结果能够真实反映膜水处理药剂性能。
权利要求书
1.一种膜法水处理药剂性能评价方法，其特征为，需要处理的水经过膜组件时使其中的膜元件受到污染，分别采用阻垢分散性能评价的保持水质恒定方法、杀菌性能评价的保持水质恒定方法和清洗效果评价的保持水质恒定方法，使操作条件和水质保持恒定，连续检测膜组件进水端压力升高和渗透水流量减小的数值，用同一时刻压力检测数据与流量检测数据之比作为系统劣化系数，系统劣化系数随时间变化的曲线代表膜元件受污染的趋势;分析比较水中加药和未加药的系统劣化曲线，对所述膜水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等性能作出评价。
2.如权利要求1所述的评价方法，其进一步特征为，阻垢分散性能评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加碳酸钙、硫酸钡、三氯化铁、溶解性有机物、多聚糖、脂肪、硅胶体中的一种或几种物质，检测上述水中TOC和电导率指标，随时调整使其一直保持恒定。
3.如权利要求1所述的评价方法，其进一步特征为，杀菌性能评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加培养的硫酸盐还原菌、藻类、杂菌中的一种或几种，检测上述水中的细菌总数，随时调整使其一直保持恒定。
4.如权利要求1、2、3所述的评价方法，其进一步特征为，清洗效果评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加权利要求2、3中所述的物质和细菌，检测水中的电导率和细菌总数，随时调整使其一直保持恒定。
5.如权利要求1所述的评价方法，其进一步特征为，系统劣化系数是通过在线检测膜组件的进水端压力和渗透水流量发生的变化，计算其比值得到的，n时刻系统劣化系数σn=Pn/Qn，其中n时刻压力Pn的单位取Kpa和n时刻流量Qn的单位取L/h。
6.如权利要求5所述的方法，其进一步特征为，所述的系统劣化系数，其随时间变化的系统劣化函数σ(t)=f(P，Q)得到的曲线反映膜元件受污染的趋势，对σ(t)微分得出系统劣化速率σ′(t)。
7.如权利要求5、6所述的方法，其进一步特征为，分别得出在水中加药和未加药的系统劣化曲线σc(t)和σb(t)，经过时间≥120小时运行之后，取某一相同时刻n的加药和未加药系统劣化系数σc(n)和σb(n)，用 评价所述膜水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等性能。
说明书
一种膜法水处理药剂性能评价方法
技术领域
本发明涉及膜法水处理技术，为一种膜法水处理药剂性能评价方法，具体地说是对反渗透、纳滤、超滤、微滤等液体分离膜水处理系统中使用的水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等综合性能的评价方法。
背景技术
反渗透、纳滤、超滤、微滤等液体膜分离过程都是利用压力差为驱动势能，把水中的溶质分离除去的水处理技术。利用膜技术水处理的场合，由于需要处理的水中包含有各种盐类、金属氧化物、胶体、悬浮物和微生物等成分，运行过程中，这些成分被截留在膜的一侧造成对膜的污染。又由于浓差极化和压力的作用，使被截留污染物质逐渐沉积、附着在膜表面形成覆盖层。污染物质堵塞膜的微孔透水通道，其结果使膜的透水性能降低、脱盐率下降、原水侧压力增高和能耗增加。细菌还会在纤维素膜表面迅速繁殖侵蚀膜体，缩短膜的使用寿命。为了有效利用膜分离技术，实际的膜水处理装置在运行过程中，要在原水中投加阻垢剂、杀菌剂、清洗剂等膜水处理药剂，这些水处理药剂可以阻止有机或无机结晶水垢生成，杀灭水中的微生物细菌和溶解在膜表面沉积物，使膜设备能够正常运行。
以往对以压力为驱动力膜分离过程的研究，更多的是通过建立数学模型的方法来展开的。如在不考虑膜表面切向水流的情况下，渗透水通量Qv可以用非平衡热力学模型Qv=Lp(ΔP-εΔπ)表示，Lp、ΔP、ε、Δπ分别是纯水透过系数、膜两侧压差、反射系数和渗透压差;从膜污染角度考虑时，透过系数Lp和反射系数ε表现为阻力系数(压阻)，即R=rm+rb+rf，rm、rb、rf分别是膜阻力、浓差极化边界层阻力和污染阻力，则渗透水通量Qv还可以用方程式以上述及通过建模的方法对膜行为研究，需要实验支持，有时会与实际效果偏离很大。由于各种因素之间存在着相互影响和偶联效应，单纯通过数学模拟对膜的传质和污染过程进行研究是非常困难的课题。对膜法水处理药剂效果的考察，实际上是比较在进水中加入水处理药剂后污染阻力和浓差极化阻力变小的情况。目前对膜法水处理药剂性能研究，还未见有效的评价方法，因此建立一种可操作的实验评价方法对膜法水处理药剂的开发应用有重要意义。
发明内容
本发明从实验角度出发，提出一种可以对反渗透、纳滤、超滤、微滤等液体分离膜水处理系统中使用的水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等综合性能的评价方法。该方法依据膜污染理论建立的膜污染模型，渗透通量Qv=ΔP/μ(rm+rb+rf)，则ΔP/Qv=μ(rm+rb+rf)。从一个新的角度出发，将任意时刻随膜阻力系数R=rm+rb+rf成线性变化参数σ=P/Q确定为系统劣化系数。在阻力系数中，膜阻力分量rm与模本身的固有结构和特性相关，是一个恒定参数。因此，系统劣化系数σ相关与浓差极化阻力分量rb和污染阻力分量rf。使用相同的水质，当加入膜水处理药剂时，药剂的作用对浓差极化和污染物质产生影响，使rb和rf分别发生变化，这种变化最终反映为系统劣化系数σ的改变，而且这个改变与rb、rf总的变化成相关关系。用实验的方法检测到进水端压力和渗透水流量，并时时跟踪监测它们的变化，与不加药的基础值(空白值)比较，就可以得出膜水处理药剂的效果。控制进水水质还可以对膜水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等综合性能作出评价。
本发明采用数字高精度压力传感器在线检测膜组件进水口压力P，和采用高精度涡轮流量传感器在线检测渗透水端流量Q，并采用智能化带运算和滤波功能的无纸记录仪计算P/Q的值作为系统劣化系数σ。分别对不加药水和加药的水进行运行中检测、记录，得到两条不同的情况下的劣化系数随时间变化曲线σ(t)。运行不加药的水检测到的数据作为空白值，得到的劣化系数曲线σb(t)，和用加药水运行得到劣化系数曲线σc(t)。为了能够有效观察出投加水处理药剂后对膜污染的作用效果，用加药水和不加药水分别运行120小时，120小时后取某一相同时刻n的加药和未加药系统劣化系数σc(n)和σb(n)，把本发明为一种膜法水处理药剂性能评价方法，其特征为，需要处理的水经过膜组件时使其中的膜元件受到污染，分别采用阻垢分散性能评价的保持水质恒定方法、杀菌性能评价的保持水质恒定方法和清洗效果评价的保持水质恒定方法，使操作条件和水质保持恒定，连续检测膜组件进水端压力升高和渗透水流量减小的数值，用同一时刻压力检测数据与流量检测数据之比作为系统劣化系数，系统劣化系数随时间变化的曲线代表膜元件受污染的趋势;分析比较水中加药和未加药的系统劣化曲线，对所述膜水处理药剂的阻垢分散性、杀菌性和清洗效果等性能作出评价。
上述的膜法水处理药剂性能评价方法，其进一步特征为，阻垢分散性能评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加碳酸钙、硫酸钡、三氯化铁、溶解性有机物、多聚糖、脂肪、硅胶体中的一种或几种物质，检测上述水中TOC和电导率指标，随时调整使其一直保持恒定。
上述的膜法水处理药剂性能评价方法，其进一步特征为，杀菌性能评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加培养的硫酸盐还原菌、藻类、杂菌中的一种或几种，检测上述水中的细菌总数，随时调整使其一直保持恒定。
上述的膜法水处理药剂性能评价方法，其进一步特征为，清洗效果评价的保持水质恒定方法是，向需要处理的水中投加前述阻垢分散性能评价的保持水质恒定方法和杀菌性能评价的保持水质恒定方法中所述的物质和细菌，检测水中的电导率和细菌总数，随时调整使其一直保持恒定。
上述的膜法水处理药剂性能评价方法，其进一步特征为，系统劣化系数是通过在线检测膜组件的进水端压力和渗透水流量发生的变化，计算其比值得到的，n时刻系统劣化系数σn=Pn/Qn，其中n时刻压力Pn的单位取Kpa和n时刻流量Qn的单位取L/h。系统劣化系数，其随时间变化的系统劣化函数σ(t)=f(P，Q)得到的曲线反映膜元件受污染的趋势，对σ(t)微分得出系统劣化速率σ′(t)。分别得出在水中加药和未加药的系统劣化曲线σc(t)和σb(t)，经过时间≥120小时运行之后，取某一相同时刻n的加药和未加药系统劣化系数σc(n)和σb(n)，用本发明把膜水处理药剂阻垢分散性能评价细分为无机和有机两类，无机阻垢性能评价的水质的恒定方法是，使用去离子纯水，向其中添加碳酸钙、硫酸钡、三氯化铁，添加量分别为CaCO3 15-20mg/l，BaSO4 10-20mg/l，FeCl3 0.5-1.5mg/l待完全溶解后，检测水中Ca2+、Ba2+、Fe3+、CO32-、SO42-、Cl-的含量及电导率数值。运行过程中，随时检测以上离子含量和电导率值，及时调整，运行过程中保持恒定，并以电导率值作为在线监测参数。如果是反渗透膜情况，进水水质的淤泥密度指数(Silt densityindex-SDI)不能大于5，控制在3-5之间。达不到时在进水的前级增加过滤工艺。有机阻垢性能评价的水质的恒定方法是，使用去离子纯水，向其中添加溶解性有机物、多聚糖、脂肪，添加量分别为溶解性有机物0.5-2mg/l，多聚糖3-5mg/l，脂肪0.1-1mg/l，检测水中总有机碳(Total Organic Carbon-TOC)含量和电导率值。运行过程中，随时检测TOC和电导率，及时调整，运行过程中保持恒定，并以电导率值作为在线监测参数。
杀菌性能评价的保持水质恒定方法是，使用去离子纯水，向其中添加培养的硫酸盐还原菌、藻类、杂菌中的一种或几种。投加1小时后检测水中细菌总数值作为初始检测值，这个值在200-500个/ml范围内。运行过程中每4小时取样检测上述水中的细菌总数，及时调整使其与初始值一致。
膜水处理药剂的清洗剂效果评价，是使用以上阻垢或杀菌性能评价所述的水质，或是二者按一定的比例混合水，经过120小时以上的时间运行后使膜产生结垢或细菌污染。当污染达到一定程度时停止运行，切断膜组件的进水通路和浓水通路;将膜清洗药剂加入到装有一定量纯水的清洗槽中的水搅拌均匀，从膜的浓水端向进水端通过循环泵反向循环清洗，清洗时间为1-48小时范围内，根据膜清洗剂使用要求具体确定。清洗过后的膜组件，使用原来相同的水质继续运行。比较清洗前、后系统劣化系数曲线σpr(t)、σsi(t)。清洗剂的清洗效果用洗净率表示，洗净率υc=1-[σsi-σpr]/σsi，其随时间变化的点可以作成一条曲线υc(t)。由于膜受到的污染可能是深层次污染，考核膜清洗剂的清洗效果是否彻底应该是再运行一段时间，与未清洗前的运行情况作比较。所以，本发明中用清洗后运行72小时点时的洗净率υc(72)=1-[σsi(72)-σpr(72)]/σsi(72)作为膜清洗剂的洗净率。实际应用中也可以用清洗后运行72小时的平均洗净率表示清洗剂的清洗效果，平均洗净率
对膜水处理药剂性能进行评价的前提条件是，水质、环境和操作条件必须是确定的已知条件。使用原水情况下，运行前检测水质成分，运行过程中补充丢失的成分以保持恒定。加酸或加碱调整水的pH保持恒定;温度对膜、膜药剂和污染特性会产生很大的影响，本发明对使用的运行水采取缓慢升温或降温的方法控制水温在25±0.2℃。缓慢升温或降温是利用小温差加热或冷却，避免产生强换热面而使盐类结垢析出，进而影响膜表面结垢污染;操作的初始条件确定后，通过自动控制方式保证运行过程中操作参数稳定。
