超声波在线监测卷式反渗透膜硫酸钙污染

摘要

膜污染是制约膜分离技术特别是反渗透膜发展的关键问题。膜污染影响膜运行的稳定性和经济性，甚至会缩短膜的使用寿命。导致膜过度污染和提前废弃的重要因素是由于缺乏膜污染的早期预警以及阻垢剂、清洗剂等抗污染药剂的在线评价。本文发展一种超声时域反射技术无损在线监测卷式反渗透膜污染，旨在为膜污染控制和清洗提供一种量化手段。
　　 首先以2g/L的硫酸钙溶液为进料液对反渗透膜分离系统进行污染，采用高频聚焦探头对卷式膜元件进行实时在线监测。实验结果表明，超声波能够穿透压力容器而进入膜元件的多层膜结构，超声信号随着膜的污染发生着有序的变化。建立信号拟合与声强计算模型对超声反射信号进行处理可得到各信号对应的声强值。随着膜的污染，声强不断减小，随后声强有所回升，这与膜上污染层发生数量和结构变化有关。此外，对超声信号的分段分析结果表明，膜污染在径向上是一个由里而外的沉积过程。
　　 进一步考察了超声技术分辨不同程度的膜污染状况。结果表明不同浓度进料液造成的膜污染速度不同，超声声强在污染后期的增强与高浓度进料液污染实验中污染物在膜表面的数量和结构变化有关。利用离散方程计算声强的结果表明使用离散方程进行信号分析在一定误差范围内是一种有效的并且更加便捷的信号处理方法。
　　 最后，采用多探头同时监测卷式反渗透膜污染。发现膜污染在轴向上更易沉积于膜组件距离出水口较近位置的膜表面，这与膜表面污染物重量分析结果相同。在膜清洗实验中，随着膜表面污染物的去除和通量的恢复，超声信号同时也发生了相应的变化。结果表明，超声技术不仅能够监测到膜的污染，还可以反映膜的清洗效果。
　　 总之，超声信号与通量、重量分析及扫描电镜分析结果具有良好的对应关系。超声技术结合适当的信号处理方法将为膜污染和清洗提供一种有效的评价手段。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 概述

1.1 水资源现状

1.2 膜技术和膜污染

1.2.1 膜技术应用

1.2.2 膜污染问题

1.3 研究目的

1.4 研究内容

第二章 文献综述

2.1 膜分离技术

2.1.1 压力驱动膜

2.1.2 反渗透技术

2.1.3 卷式膜组件

2.2 膜污染

2.2.1 浓差极化

2.2.2 膜污染和预防

2.3 超声时域反射技术

2.3.1 超声技术原理

2.3.2 超声技术应用

第三章 超声在线监测卷式反渗透膜无机污染

3.1 本章内容

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料及仪器

3.2.2 实验装置

3.2.3 实验相关计算

3.2.4 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 膜通量

3.3.2 原水电导

3.3.3 截留率

3.3.4 超声反射信号

3.3.5 信号拟合与声强计算模型

3.3.6 声强

3.3.7 膜污染重量分析

3.3.8 扫描电镜分析

3.4 本章小结

第四章 超声技术监测不同程度膜污染研究

4.1 本章内容

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料及仪器

4.2.2 实验装置

4.2.3 实验相关计算

4.2.4 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 膜通量

4.3.2 截留率

4.3.3 原水电导

4.3.4 超声反射信号

4.3.5 拟合波形与离散波形的声强计算

4.3.6 声强

4.3.7 膜污染重量分析

4.3.8 扫描电镜分析

4.4 本章小结

第五章 多探头监测卷式反渗透膜污染与清洗

5.1 本章内容

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料及仪器

5.2.2 实验装置

5.2.3 实验相关计算

5.2.4 实验方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 膜的污染

5.3.2 膜的清洗

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢