[发明专利]一种中空纤维膜点通量的测定方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离材料应用领域，涉及一种中空纤维膜点通量的测试方法。

背景技术

中空纤维膜由于其填料密度大，制造费用低等优点，广泛应用于污水处理和回收中。其中，由于膜内腔流动阻力引起压力损失导致中空纤维膜点通量不均匀分布，越靠近出口端点通量越大，膜污染进程越快。这种不平衡污染分布使得局部污染过快并会加速膜污染。

为了能够真实观察膜的过滤性能，中国专利CN102353626A公开了一套由清水槽与配件系统、膜组件、出水控制与数据记录系统、真空控制与抽吸系统等组成清水的通量测试装置，通过对压力和水温控制，以及采用电脑实现数据的自动化采集，可以使中空纤维膜丝的清水通量的测定准确度提高20％。但是，该测试装置和方法仅适用于中空纤维膜平均纯水通量的检测，无法监测污染过程中通量变化和分布。此外，中国专利CN102407078A报道了一套可标准化的中空纤维膜过滤性能测试装置，其核心部分膜纤维过滤组件由膜纤维过滤元件和柱形过滤容器组成，结合毛细接头和螺纹接头将膜纤维过滤组件与过滤装置相连，进而完成对于不同规格(内/外径)，不同操作模式(内/外压)的中空纤维膜过滤性能测试，也可以对膜丝抗污染性能进行分析、评价。但是，上述测试装置仅适用于中空纤维膜平均通量的检测，无法考察其局部过滤性能变化。

为了进一步研究中空纤维膜局部过滤行为，近年来研究者们建立了一些测试纤维局部过滤性能的实验方法。2008年，期刊《Journal of Membrane Science(膜科学杂志)》第310卷7-12页报道了一种测定膜内压降分布的实验方法。首先，将单根中空纤维膜分成具有相同长度的膜段，膜段间用T型连接器相连；然后，用透明聚氯乙烯(PVC)软管将T型连接器与水银压力计相连，进而得到不同位置处局部压力。通过该方法实验值与根据哈根泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程得到的模型有很好的吻合。同时，作者还研究了活性污泥过滤时局部压力变化。实验结果表明，由于滤饼倒塌出口处点通量并不是最大。然而，此方法操作繁琐，破坏了膜的完整性，并且只适用于压力稳定，变化小并且慢的情况下，当变化很剧烈时无法正确读数。此外，2009年，期刊《Journal of Membrane Science(膜科学杂志)》第332卷50-55页报道了一种水平死端过滤下中空纤维膜点通量分布实验测定方法。将单根中空纤维膜横穿于5个装有相同体积溶液容器中，观察相同时间内溶液体积变化，进而得到局部过滤量变化。同时，利用达西定律计算了跨膜压差变化，并且通过共焦激光扫描显微镜对局部膜丝污染状况进行观察。实验结果表明，局部跨膜压差(TMP)与局部污染状况有很好的对应关系，即跨膜压差越大膜污染越严重。然而该方法仅适用于单一的水平死端过滤操作方式。

综上所述，目前中空纤维膜通量测定方法存在操作复杂、操作方式单一，并且破坏了膜组件完整性等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种中空纤维膜点通量的测试方法。通过对膜组件的设计制备多个具有相同有效过滤长度但不同位置纤维膜段的中空纤维膜组件，来测定多个组件中空纤维膜点通量及分布以实现对中空纤维膜运行过程中流体力学性能的检测，解决现有技术存在的操作复杂、使用范围单一、破换了膜完整性等问题。

本发明涉及一种中空纤维膜点通量的测试方法。

首先，将单根中空纤维膜两端分别插入到上下两个细软管中，接触处用树脂密封，中间纤维膜段为有效过滤区域；在中空纤维膜总长度不变的情况下，通过改变两端软管的长度制备多个出具有相同有效过滤长度但不同位置纤维膜段的中空纤维膜，装入一定长度的膜壳制成中空纤维膜组件。

其次，将制备的中空纤维膜组件安装于膜通量检测装置中，按照一定的操作方式和操作压力进行测定，此时测得的通量视为该有效膜段中间位置的点通量，由此可以实验测得整个中空纤维膜的点通量分布。

所述中空纤维膜材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚丙烯中的任意一种。所述中空纤维膜为内压式或外压式中空纤维膜中的一种，单孔或多通道(多孔)中空纤维膜中的一种。所述中空纤维膜总长度为20-2000mm。所述膜有效过滤长度为1-100mm。

所述膜通量检测装置包括料液桶(2-1)、隔膜泵(2-3)、精密压力表(2-4)、中空纤维膜组件(2-8)、精密真空压力表(2-12)、蠕动泵(2-13)、电子天平(2-16)、调节阀(2-2、2-5～2-7、2-9～2-11、2-14～2-15)。