專利名稱：一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取及剖析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜法污水深度處理及回用領(lǐng)域，涉及工業(yè)反滲透膜裝置應(yīng)用過程中污染物的在線提取及剖析方法，更具體地涉及一種膜法污水深度處理及回用過程中膜污染物的在線提取、識(shí)別及污染物清洗方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著淡水資源短缺的日益加劇以及環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加強(qiáng)，節(jié)水減排相關(guān)技術(shù)在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中得到了進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用，其中污水深度回用技術(shù)——膜分離技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)條件下得到了快速發(fā)展并已經(jīng)廣泛應(yīng)用到眾多領(lǐng)域當(dāng)中。從某種意義上說膜分離技術(shù)已成為解決當(dāng)前能源、資源和環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)之一。在我國，隨著膜技術(shù)的引進(jìn)和研究工作的不斷深入，膜技術(shù)已開始在化工廢水處理，海水、苦咸水淡化，環(huán)境污染治理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。反滲透膜污染可分為兩大類:一類是可逆膜污染即濃差極化，可通過流體力學(xué)條件的優(yōu)化及回收率的控制來減輕和改善；另一類為不可逆污染即由膜表面的荷電性能及吸附引起的污染和表面機(jī)械堵塞而引起的污染，這類污染目前尚無有效措施加以改善，只能通過相關(guān)技術(shù)手段獲取反滲透膜面關(guān)鍵污染物的相關(guān)信息以及關(guān)鍵污染物含量對反滲透膜系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響程度，從而采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理手段對關(guān)鍵污染物進(jìn)行消除或在一定條件下開發(fā)高抗污染反滲透膜增加其對關(guān)鍵污染物的耐受程度，以降低其污染程度。膜污染與濃差極化雖然概念不同，但二者密切相關(guān)，常常同時(shí)發(fā)生，在許多場合，濃差極化是導(dǎo)致膜污染的前奏和根源。根據(jù)現(xiàn)有工業(yè)膜裝置運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污染問題，可以將現(xiàn)有石化廢水體系深度處理中污染物組成按其種類和性質(zhì)分為以下三種:①無機(jī)物污染，常表現(xiàn)為多種情況，其一為膠體物質(zhì)在膜面長時(shí)間沉積和累積，常見的膠體類無機(jī)污染物主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁、二氧化硅膠體等；其二為結(jié)垢類物質(zhì)因反滲透膜面濃差極化的原因，導(dǎo)致膜面結(jié)垢類離子濃度超過其溶度積，形成兩種或多種無機(jī)垢在膜面沉積，常見的此類污染物有CaC03、CaSO4, BaSO4, SrSO4等有機(jī)物分子在反滲透膜面吸附形成有機(jī)物污染，此類污染不僅與有機(jī)物本身性質(zhì)和反滲透膜自身特點(diǎn)的關(guān)系密切外，此類污染物還與廢水體系中有機(jī)物種類和含量關(guān)系密切微生物污染主要表現(xiàn)為微生物在膜面的粘附和生長，常見的微生物污染有細(xì)菌、水藻類等。此外，影響工業(yè)反滲透膜裝置長期、穩(wěn)定運(yùn)行的污染物除種類及其含量外，實(shí)際運(yùn)行中的給水溫度、壓力、流速、濃度等操作條件對反滲透膜系統(tǒng)的污染也會(huì)產(chǎn)生較大影響。隨著國家節(jié)水減排政策和廢水深度處理及回用工作的進(jìn)一步開展，膜分離技術(shù)已在石化廢水領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，隨之帶來的反滲透膜污染問題進(jìn)一步制約了膜過程的推廣應(yīng)用，因此，如何快速、及時(shí)、準(zhǔn)確有效的獲取并掌握影響反滲透系統(tǒng)長期、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵污染物的相關(guān)技術(shù)信息，對做好污水深度回用工作及快速推動(dòng)膜技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程，具有較強(qiáng)的使用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。雖然采用化學(xué)分離和濃縮的方法在一定程度上能實(shí)現(xiàn)廢水中的污染物提取，但所提取到的污染物信息不僅受水樣的代表性影響較大，而且所獲取的污染物信息與工業(yè)膜裝置運(yùn)行條件的差別較大，因而，所提取到的污染物對工業(yè)反滲透膜裝置的指導(dǎo)意義較小。在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用過程中，上述反滲透膜面實(shí)際污染物的獲取方法主要是待反滲透膜系統(tǒng)停機(jī)后取出嚴(yán)重污染的工業(yè)反滲透膜組件切開后進(jìn)行解剖和分析，此方法的主要缺點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:(I)反滲透膜裝置運(yùn)行過程中不能及時(shí)獲取膜面污染物信息；(2)解剖后的膜組件分析僅使用一支膜面積的1/30即可進(jìn)行污染物的全面分析，造成因解剖導(dǎo)致的整個(gè)膜組件的破壞而無法使用；(3)即使停機(jī)后的反滲透膜面污染物剖析能獲得相關(guān)的污染物信息，但進(jìn)行清洗工藝的選擇與優(yōu)化耗時(shí)較長，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。上述反滲透膜工業(yè)應(yīng)用中實(shí)際問題的存在，不僅造成了工業(yè)膜應(yīng)用過程中反滲透膜系統(tǒng)因嚴(yán)重污染導(dǎo)致的頻繁更換膜組件造成的資源浪費(fèi)和運(yùn)行成本增加，且在反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行過程中無法及時(shí)掌握膜面污染物信息，無法及時(shí)為工業(yè)反滲透膜系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運(yùn)行及關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)和參考。
發(fā)明內(nèi)容
針對工業(yè)反滲透膜裝置運(yùn)行過程中反滲透膜面污染物無法快速獲取、污染物的獲取需要以整只膜組件的破壞為代價(jià)以及膜面污染物剖析中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)反滲透膜面污染物在線提取、剖析方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)膜裝置運(yùn)行過程中膜面污染物的快速、真實(shí)客觀的提取過程，而且通過適當(dāng)分析手段的組合，進(jìn)而可以較為詳細(xì)的掌握反滲透膜面污染物的相關(guān)技術(shù)信息，在此基礎(chǔ)上能為嚴(yán)重污染的工業(yè)反滲透膜組件清洗工藝的選擇和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考和依據(jù)。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物提取及剖析方法，包括以下步驟:(I)選用商用反滲透膜制作側(cè)線膜組件，作為工業(yè)反滲透膜裝置運(yùn)行過程中關(guān)鍵污染物提取的載體，其中關(guān)鍵污染物是指影響反滲透膜運(yùn)行的污染物，主要指溶解性有機(jī)物質(zhì)、膠體、微生物、細(xì)菌、結(jié)垢類物質(zhì)等。(2)將側(cè)線膜組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置中，調(diào)節(jié)側(cè)線膜組件的進(jìn)出水閥門開度大小，以控制進(jìn)水膜面流速為O 8m/s ；(3)運(yùn)行過程中定時(shí)記錄側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量變化，當(dāng)產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降50 95%，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染層厚度達(dá)到剖析要求；(4)取出被污染的側(cè)線膜片，選取小部分反滲透膜低溫烘干后進(jìn)行膜面污染物的觀測，并結(jié)合能譜分析進(jìn)行被污染區(qū)間的掃描，定性確定污染物種類；(5)采用酸和堿分別對步驟(4)中剩余的部分被污染的反滲透膜進(jìn)行浸泡清洗，并檢測清洗液中特定污染物的含量大小，其中特定污染物是指步驟(4)中檢測出的污染物，根據(jù)步驟(4)中污染物的定性檢測情況，在該步驟中再次進(jìn)行定量分析。經(jīng)過上述步驟處理后，可以得出工業(yè)反滲透膜中關(guān)鍵污染物的組成及含量，避免了因工業(yè)反滲透膜組件的剖析及清洗工藝的優(yōu)化導(dǎo)致的裝置停機(jī)，及由此造成的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)在線提取、剖析的結(jié)果可對被污染反滲透膜進(jìn)行有效清洗及性能恢復(fù)。所述，步驟I中的商用反滲透膜以聚酰胺復(fù)合膜及其各種親水改性(主要包括磺化、羧基化及PVA涂層等)的抗污染RO膜為宜，優(yōu)選低壓抗污染反滲透膜如PR0C10、PR0C20 ；所述，步驟I中的商用反滲透膜以商用反滲透膜小組件包括1812、2540、4040及其它尺寸的非標(biāo)反滲透膜組件為宜，優(yōu)選1812、2540反滲透膜組件或相應(yīng)工業(yè)膜組件所對應(yīng)的反滲透膜片；所述，側(cè)線反滲透膜組件的結(jié)構(gòu)具有與工業(yè)反滲透膜組件類似的結(jié)構(gòu)，如進(jìn)水端、產(chǎn)水端和濃水排放端，但其與工業(yè)反滲透膜組件的主要區(qū)別在于該側(cè)線組件的有效膜面積在 100cm2-2m2 ；所述，步驟2中側(cè)線組件與工業(yè)反滲透膜裝置采用并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，其中側(cè)線膜組件的運(yùn)行方式為錯(cuò)流；運(yùn)行過程中，調(diào)節(jié)進(jìn)水在側(cè)線膜組件中的流速以4-lOm/s為宜，最優(yōu)以5-8m/s ；所述，步驟3中的定時(shí)記錄側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量變化，l-4h記錄一次為宜，最優(yōu)以2-3h記錄一次側(cè)線組件產(chǎn)水量；所述，步驟3中的側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降以50-95%為宜，最優(yōu)60-90% ；所述，步驟4中的被污染反滲透膜采用25_60°C低溫烘干，最優(yōu)烘干溫度為30-50 0C ；所述，步驟4中的被污染反滲透膜面污染物以SEM、SEM-EDS、SEM-XPS和FTIR的直接觀測和剖析為宜，最優(yōu)以SEM-EDS和FTIR ；所述，步驟5中的被污染反滲透膜分別采用pH為I和pH為13的酸、堿清洗液進(jìn)行15-45min的浸泡、攪拌清洗，最優(yōu)浸泡、攪拌清洗時(shí)間為25_40min ;分析清洗液中污染物含量的方法以ICP-Mass和TOC的分析方法為宜；所述，步驟5中還可對被污染的反滲透膜清洗條件進(jìn)行優(yōu)化處理，選擇pH范圍分別為1-3和10-13，最優(yōu)為1.5-3和11-12的酸和堿分別對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，確定最佳PH范圍和浸泡清洗時(shí)間，其中所述的酸可選擇鹽酸、草酸、檸檬酸中的任意一種，所述的堿可選擇氫氧化鈉、Na4EDTA, Na-SDS, NaOH/Na4EDTA或NaOH/Na_SDS形成的復(fù)配清洗劑等，酸和堿最優(yōu)分別以鹽酸和氫氧化鈉與EDTA復(fù)配清洗劑；所述被污染反滲透膜清洗條件的優(yōu)化中對于有機(jī)類污染物的清洗劑包括甲醇、乙醇、乙烯基乙二醇單丁酸鹽等，最優(yōu)以乙醇、乙烯基乙二醇單丁酸鹽；本發(fā)明專利與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)質(zhì)性區(qū)別在于采用工業(yè)膜裝置中的反滲透組件型號(hào)一致的反滲透膜片/小膜組件或低壓、抗污染反滲透膜片/小膜組件作為反滲透膜面污染物提取的側(cè)線組件，可在不影響現(xiàn)有工業(yè)膜裝置運(yùn)行的情況下，對實(shí)際廢水體系中的關(guān)鍵污染物進(jìn)行提取，并可對提取到的污染物在不破壞原有工業(yè)膜組件的情況下，可以及時(shí)獲得膜面污染物的相關(guān)技術(shù)信息，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行反滲透膜面污染物清洗工藝優(yōu)化。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所述的一種工業(yè)反滲透膜裝置關(guān)鍵污染物的提取、剖析及應(yīng)用方法，解決了現(xiàn)有廢水體系中污染物靜態(tài)快速提取的缺陷問題，如提取到的污染物信息受所取水樣的代表性影響較大，不能從較長時(shí)間的變化、實(shí)際水質(zhì)的波動(dòng)及工業(yè)膜裝置的運(yùn)行情況客觀反應(yīng)廢水體系中污染物的相關(guān)技術(shù)信息；通過本發(fā)明的實(shí)施可及時(shí)有效的獲取工業(yè)反滲透膜裝置運(yùn)行中的主要污染物，并通過相關(guān)剖析方法的聯(lián)合應(yīng)用，可為工業(yè)反滲透膜裝置化學(xué)清洗工藝方案的選擇及優(yōu)化提供較強(qiáng)的技術(shù)依據(jù)和參考。本發(fā)明方法簡單，實(shí)用性強(qiáng)，適用于現(xiàn)有工業(yè)膜裝置運(yùn)行過程中各種因污染造成的性能下降問題、在不破壞原有工業(yè)膜組件及運(yùn)行條件下的原因查找，因而，對于實(shí)際工業(yè)膜裝置的長期、穩(wěn)定運(yùn)行及工業(yè)應(yīng)用推廣具有較好的技術(shù)前景。
圖1是工業(yè)反滲透膜裝置污染物提取的側(cè)線組件示意圖，其中A為側(cè)線底座(101底座俯視圖；102產(chǎn)水流道；103固定螺栓；104產(chǎn)水匯集口)；B為平板膜支撐板(201不銹鋼5 μ m多孔板俯視圖)；C為側(cè)線頂蓋(301頂蓋俯視圖；302濃水排出口 ；303進(jìn)水口 ；304密封圈)圖2是實(shí)施例1中所提取的反滲透膜面關(guān)鍵污染物形貌。圖3是實(shí)施例1中所提取的膜面關(guān)鍵污染物形貌及能譜結(jié)果。圖4是實(shí)施例1中所提取的膜面關(guān)鍵污染物形貌及能譜結(jié)果。圖5是實(shí)施例2中所提取的反滲透膜面微生物污染形貌。圖6是實(shí)施例3中所提取的有機(jī)污染物FTIR結(jié)果。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1—種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為IOOcm2的陶氏BW30HRLE反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為1500us/cm、CODcr為120mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為
0.5MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水在側(cè)線組件中的膜面流速為4m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄初始產(chǎn)水量，按照間隔Ih記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于98%時(shí)，則反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于25°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析結(jié)果分別見圖2-圖4，由此可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3 (PO4) 2無機(jī)垢污染；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗45min (酸、堿各清洗45min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為I的HCl和0.“％氫氧化鈉/0.025w% Na-SDS對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的98%。實(shí)施例2一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為IOOcm2的陶氏XLE反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為2000uS/cm、CODcr為80mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為
0.8MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水的膜面流速為5m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔2h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于90%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于30°C低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3(P04)2無機(jī)垢污染，其中微生物污染形貌如圖5 ；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗30min(酸、堿各清洗30min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為2的草酸和0.“％氫氧化鈉/1.0w% Na4EDTA對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的95%。實(shí)施例3一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為500cm2的陶氏LP反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為4000uS/cm、CODcr為60mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為
1.0MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水的膜面流速為6m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔3h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于95%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于35°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3(P04)2無機(jī)垢污染，其中有機(jī)物污染的紅外光譜分析結(jié)果如圖6 ；
(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟(4)中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗25min (酸、堿中各清洗25min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、P043_及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為3的檸檬酸和12的氫氧化鈉對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的95%。實(shí)施例4一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為200cm2的海德能ESPAl反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)率為6000uS/cm、CODcr為40mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為1.2MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水在側(cè)線組件中的膜面流速為7m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔4h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于80%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于40°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3(PO4)2無機(jī)垢污染；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗40min (酸、堿各清洗40min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為4的鹽酸和0.01^￥%氫氧化鈉1.0w% Na4EDTA對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的95%。實(shí)施例5一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(1)將有效膜面積為IOOcm2的海德能ESPA4反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為8000uS/cm、CODcr為60mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為1.4MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水的膜面流速為8m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔4h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于70%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；
(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于45°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3(PO4)2無機(jī)垢污染；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗45min (酸、堿各清洗45min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為4的鹽酸和12的氫氧化鈉對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃 度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的95%。實(shí)施例6一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為IOOcm2的海德能PR0C10反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為6000uS/cm、CODcr為80mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為1.2MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水的膜面流速為9m/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔3h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于90%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將其裁成4塊大小并將其中一塊置于60°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3(PO4)2無機(jī)垢污染；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗40min (酸、堿各清洗40min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為2的HCl和0.“^氫氧化鈉1.0w% Na4EDTA對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的94%。實(shí)施例7一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取、剖析及其應(yīng)用方法的具體實(shí)施步驟:(I)將有效膜面積為1OOcm2的海德能PR0C20反滲透膜片固定于污染物提取側(cè)線組件圖1中；(2)將步驟I中的側(cè)線組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置上，反滲透進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)電導(dǎo)為lOOOOus/cm、0 &為70mg/L，調(diào)節(jié)側(cè)線組件的濃水排放閥門開度及進(jìn)水壓力為1.6MPa，調(diào)節(jié)進(jìn)水的膜面流速為lOm/s ；(3)從側(cè)線組件產(chǎn)水開始記錄其初始產(chǎn)水量，按照間隔4h記錄一次產(chǎn)水量變化。當(dāng)側(cè)線組件的產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降大于60%時(shí)，則認(rèn)為反滲透膜面污染物含量及污染程度達(dá)到剖析要求；(4)取出嚴(yán)重污染的反滲透膜片，并重新更換一片未使用的反滲透膜固定在側(cè)線組件中，將取出的嚴(yán)重污染的反滲透膜片裁成4塊大小并將其中一塊置于55°C的低溫烘箱中烘干，待其充分干燥、噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡的觀察和能譜分析，所提取到的反滲透膜面污染物形貌及SEM-EDS分析可知反滲透膜面主要污染物為Al、Si膠體污染和CaC03、Ca3 (PO4) 2無機(jī)垢污染；(5)采用pH為I的鹽酸和pH為13的氫氧化鈉分別對步驟⑷中其余三塊中的一塊進(jìn)行酸、堿浸泡清洗45min (酸、堿各清洗45min)，待清洗充分后分別對酸堿清洗液采用ICP-Mass進(jìn)行Al、Si膠體、Ca2+、PO/—及有機(jī)物的定量分析，清洗液中關(guān)鍵污染物的分析結(jié)果見表I ;(6)采用pH分別為3的鹽酸和0.1 %氫氧化鈉0.025w% Na-SDS對剩余兩塊中的一塊進(jìn)行清洗條件的優(yōu)化，調(diào)節(jié)清洗劑濃度、清洗時(shí)間、曝氣時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度等對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的被污染反滲透膜產(chǎn)水量恢復(fù)為初始產(chǎn)水量的90%。表I被污染反滲透膜清洗液中關(guān)鍵污染物分析結(jié)果(單位:質(zhì)量濃度)
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取及剖析方法，包括以下步驟: (1)選用商業(yè)反滲透膜制作側(cè)線膜組件，作為工業(yè)反滲透膜裝置運(yùn)行過程中關(guān)鍵污染物提取的載體； (2)將側(cè)線膜組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置中，調(diào)節(jié)側(cè)線膜組件的進(jìn)出水閥門開度大小，以控制進(jìn)水在膜面的流速為riOm/s ； (3)運(yùn)行過程中定時(shí)記錄側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量變化，當(dāng)產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降5(Γ95%，則反滲透膜面污染物含量及污染層厚度達(dá)到剖析要求； (4)取出被污染的反滲透膜片低溫烘干后進(jìn)行污染物的觀測和剖析； (5)采用酸和堿分別對步驟(4)中被污染的反滲透膜進(jìn)行浸泡清洗，檢測清洗液中特定污染物的含量大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中的商用反滲透膜選用聚酰胺復(fù)合膜及其親水改性的抗污染RO膜、低壓反滲透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的親水改性主要包括磺化、羧基化及PVA涂層中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方 法，其特征在于側(cè)線膜組件的運(yùn)行方式選擇錯(cuò)流方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中的側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量定時(shí)記錄以l-4h —次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中的被污染反滲透膜片采用25-60°C低溫烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中被污染反滲透膜面污染物采用SEM、SEM-EDS, SEM-XPS或FTIR中任意一種或多種進(jìn)行觀測和剖析。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(5)中被污染反滲透膜分別采用pH為I和pH為13的酸、堿清洗液進(jìn)行15-45min的浸泡、攪拌清洗，分析清洗液中污染物含量的方法選擇ICP-Mass和TOC的分析方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(5)中選擇pH范圍分別為1-3和10-13的酸、堿分別對被污染反滲透膜進(jìn)行清洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述的酸選擇鹽酸、草酸、檸檬酸中的任意一種，所述的堿選擇氫氧化鈉、Na4EDTA、Na-SDS, NaOH/Na4EDTA或NaOH/Na_SDS中的任意一種或多種形成的復(fù)配清洗劑。
全文摘要
一種工業(yè)反滲透膜裝置污染物在線提取及剖析方法，屬于膜法污水深度處理及回用領(lǐng)域。包括以下步驟選用商業(yè)反滲透膜制作側(cè)線膜組件，作為關(guān)鍵污染物提取的載體；將側(cè)線膜組件并聯(lián)到工業(yè)反滲透膜裝置中，調(diào)節(jié)側(cè)線膜組件的進(jìn)出水閥門開度大小，以控制進(jìn)水的膜面流速；運(yùn)行過程中定時(shí)記錄側(cè)線膜組件的產(chǎn)水量變化，當(dāng)產(chǎn)水量相對初始產(chǎn)水量下降50～95％，則認(rèn)為被污染反滲透膜達(dá)到剖析要求；取出被污染反滲透膜進(jìn)行污染物的觀測和剖析；采用酸和堿分別對被污染反滲透膜進(jìn)行浸泡清洗，檢測清洗液中特定污染物的含量大小。本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，在不破壞原有工業(yè)膜組件及運(yùn)行條件下，可及時(shí)快速的查找反滲透膜污染原因，對于實(shí)際工業(yè)膜裝置的長期、穩(wěn)定運(yùn)行具有較好的技術(shù)前景。
文檔編號(hào)G01N1/02GK103091127SQ20111034005
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者楊永強(qiáng), 王玉杰, 謝梓峰, 萬國暉 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院