基于欧姆定律的中空纤维膜完整性在线检测方法研究

摘要

中空纤维膜组件的完整性对膜出水水质影响较大，如何及时有效地在实际工程中保证膜组件的完整性，对于生活饮用水质安全、污水达标排放等水质处理尤为重要。本研究基于欧姆定律，提出一种中空纤维膜组件完整性在线检测装置，通过采集固定电阻两端电压信号变化，判别中空纤维膜组件的完整性。实验研究了本中空纤维膜组件完整性在线检测装置的灵敏性、检测范围和适用条件。
　　首先，以湖水过滤对象，研究了膜组件破损前后电压信号变化情况和气泡尺寸对电压信号以及检测装置灵敏度的影响。分析了不同膜组件破损率、曝气强度和膜出水流量下电压信号变化规律。结果表明：膜组件破损前后电压信号变化较为明显，电压基准信号有一个固定变化范围是0.01V，通过观察电压信号变化能够及时辨别膜组件是否破损。气泡尺寸对电压信号影响较大，大气泡形成的响应电压值较低，且前后探针电压信号依次变化。中等气泡形成的响应电压值的信号强度比大气泡的小，前后探针采电压信号也依次变化。对于小气泡，其形成的响应电压值的强度最小，且出现前置探针电压降低后置探针电压不变，或后置探针电压降低前置探针电压不变的情况，本中空纤维膜完整性在线监测装置检测的最小气泡直径为0.5mm。破损率对检测装置的灵敏度影响不大，但如果破损率太小，检测不到气泡通过探针，本中空纤维膜组件完整性在线检测装置最低检测破损率为0.5％。随着曝气强度的增加，、出现响应电压值的频率和灵敏度也增加，曝气强度为5L/min才能满足对灵敏度的要求。随着膜出水流量的增加，出现响应电压值的频率和灵敏度也增加，最低检测膜出水流量为28mL/min。
　　其次，研究过滤海水以及六种不同电导率梯度的自配水为过滤体系电压变化规律。结果表明：对于不同种电导率的自配水，电压信号基准值显递增趋势，电压信号的变化范围固定不变都为0.01V，且电压信号变化规律较为一致，对于不同过滤体系，检测装置灵敏度变化不明显。
　　最后，采用中试规模的中空纤维膜组件过滤装置，结合本中空纤维膜组件完整性在线检测装置和现有权威检测方法一颗粒计数器进行了膜完整性检测对比实验。研究发现：本中空纤维膜完整性在线检测装置采集气泡数量变化与颗粒计数器采集颗粒含量变化具有一致性，进一步证明了本中空纤维膜完整性在线检测装置的科学性、严谨性和适用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 膜分离技术的产生与发展

1．3 膜的概述和分类

1．3．1 微滤(MF)

1．3．2 超滤(UF)

1．3．3 反渗透(RO)

1．3．4 纳滤(NF)

1．4 中空纤维膜的简介及特点

1．4．1 中空纤维膜的简介

1．4．2 中空纤维膜的特点

1．5 中空纤维膜的破损和检测方法

1．5．1 直接检测方法

1．5．2 间接检测方法

1．5．3 媒介示踪测试

1．6 课题的提出与研究内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 课题研究目的

1．6．3 课题研究内容

第二章 实验装置、材料和研究方法

2．1 检测原理

2．2 实验装置

2．3 检测探针的制作

2．4 过滤原水及药品

2．5 实验条件的控制

2．5．1 膜组件破损率

2．5．2 膜出水流量

2．5．3 曝气强度

2．6 不同过滤体系的研究

第三章 中空纤维膜完整性在线检测装置性能研究

3．1 中空纤维膜完整性在线检测装置灵敏度的表征

3．2 破损率对灵敏度的影响

3．3 曝气强度对灵敏度的影响

3．4 膜出水流量对灵敏度的影响

3．5 电导率对灵敏度的影响

3．6 通过探针气泡类型分析

3．6．1 气泡直径＞2mm时电压的变化规律

3．6．2 气泡直径=2mm时电压的变化规律

3．6．3 气泡直径＜2mm时电压的变化规律

3．7 气泡尺寸检测范围的确定

第四章 利用颗粒计数装置对比验证

4．1 中试装置的运行

4．1．1 实验装置与材料

4．1．2 运行条件的设置

4．2 颗粒计数器工作原理分析

4．3 中空纤维膜完整性在线检测装置中试实验

4．4 颗粒计数器与膜完整性在线检测装置对比分析

4．5 本章小结

第五章 实验结论与不足

5．1 实验研究结论

5．2 实验研究不足与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢