超声辅助清洗污染PVDF中空纤维超滤膜的研讨.pdfVIP

forthe of degree Doctorof Engineering By W．eiJIN LO M2Lr2008 摘要 膜分离技术是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对多组分 液体或气体分离、分级、提纯或富集的一项技术。膜分离过程能耗低、分离效 率高、设备体积小，极具经济效益。由于化工厂污水成分复杂，使膜污染日益 严重，研究污染膜的清洗过程、有效提高膜通量、延长膜管使用寿命，具有重 要的环保意义和较大经济价值。 超声清洗技术，主要利用超声空化和振动的特性，清洗各种表面，如柔和 地去除半导体胶片表面的颗粒，去除钢条等机械零件表面的污垢等。膜过滤的 同时采用小功率超声可起到抑垢、延缓膜污染的作用；而利用较大功率超声可 清洗污染膜，有效去除膜面污垢，恢复膜通量。 中石化燕山分公司的废水处理工艺采用加拿大ZENON公司聚偏氟乙烯膜 超滤及反渗透双膜法分离技术处理污水。本文研究了超声对污染聚偏氟乙烯膜 的清洗与过滤抑垢的可行性和有关工艺参数与超声声学参数对超滤膜过滤、清 洗及抑垢的影响。通过扫描电镜表征研究了变幅杆式和平板式超声换能器去除 膜表面的污垢的有效性，但发现当声强大于2500W／m2后，超声会破坏膜面结 构，超声功率越大，膜破坏所需超声时间越短。 本文还在模拟工厂实际生产条件下使用超声波清洗单根膜和膜组件，清洗 剂为2％柠檬酸水溶液。先用变幅杆式超声处理，并结合电镜照片表征，确定适 宜膜清洗的声场参数；再用40 kHz平板式超声模拟工厂实际生产条件清洗污染 膜组件。通过考察除垢率、水通量的变化，研究超声声强、频率、处理时间等 对清洗结果的影响，并根据扫描电镜照片、除垢率和水通量等确定超声清洗超 滤膜的最优工艺参数。最优工艺参数为：40kHz超声，声强为2200W／m2，超 声作用时间为30 min。在该条件下，膜面不会受到破坏，除垢率和膜通量恢复 率均能达到80％以上。 再次，考察了超声长时间作用、膜浸泡时间、曝气等参数对清洗效果的影 响。实验结果表明，声强在2200、Ⅳ／m2下作用30h，膜面没有受到破坏。2％柠 檬酸浸泡时间6h最佳，而曝气时通量因气体扰动而相对减少。超声和化学试剂 一～一 协同清洗可以使通量恢复到初始通量的80．7％，仅用化学药剂清洗的通量恢复 为66．3％。 超声结合反冲对污染膜有很好的抑垢、除垢效果。针对膜的有机物污染清 洗，本文考察了有无超声和反冲条件下的抑垢、清洗以及在次氯酸钠水溶液对 有机物污垢的反冲清洗。实验结果表明，在抑垢实验中，无超声和反冲条件下 过滤6h膜通量下降至初始通量的54．6％，加入超声和反冲后过滤同样时间，膜 通量仅下降至初始通量的76．8％，反冲清洗后膜通量恢复率达到95％以上；在 利用10％的次氯酸钠溶液反冲清洗实验中，反冲周期为15min、反冲宽度2～3 min，无超声和2500W／m2的超声下，清洗20min，通量恢复率分别为40．0％和 83．3％。声强在850W／m2时，抑垢效果显著，增加了膜的使用寿命，提高了膜 通量。 关键词：超滤膜膜清洗废水超声反冲抑垢 博士学位论文 ABSTRACT Membrane is toUSethenaturalor separationtechnology synthetic