CN103736397A - 一种正渗透膜性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评价正渗透膜性能的装置，它包括：原料液池；进料液池，该池的溢流槽装有止回阀和溢流管，底部设有曝气管；正渗透膜组件，该正渗透膜组件包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜片，所述的正渗透膜片将壳体分为上下两格，分别为汲取液室和料液室，其中汲取液室放在磁力搅拌器上；汲取液池，该池的进出水口与正渗透膜组件的汲取液室相连，该池内放入电导率控制仪的探头；高浓度盐池，该池出水口通过装有浓盐泵的管路与汲取液池的进水口相连，浓盐泵的开闭由电导率仪控制；出水池，该池放置在电子天平上。本发明装置体积小，简便易操作，测试结果稳定，且所需正渗透膜面积小，应用范围广，适合各种来源的正渗透膜性能的测试。

Description

一种正渗透膜性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种用于评价不同用途的正渗透膜性能的装置，属于海水淡化及水与废水处理领域。

背景技术

正渗透膜技术(Forward Osmosis，简称FO)是一种新兴的膜分离技术。它借助FO膜两侧溶液的渗透压差来获取干净的出水，无需外加压力。FO膜分离技术具有截留率高、能耗低、膜污染小等优点，目前已经被用于海水脱盐、废水处理和净化、食品加工、制药业及产能发电等领域。理想的FO膜应具备以下特质：(1)盐的截留率高；(2)水通量高；(3)较低的浓差极化；(4)较好的机械强度。FO膜作为正渗透分离过程的核心单元，经历了从最初的采用反渗透膜到开发出了专门的醋酸纤维、聚酰胺复合等商业化的FO膜，其性能正在被不断地完善。

完美的FO膜在进行膜分离时能够达到很高的通量和盐阻隔率，只发生轻微的内部浓差极化，且有较高的机械强度以承受较高的水压。然而，实际情况是，虽然FO膜分离过程无需外加压力且膜污染趋势较小，但是严重的浓差极化现象及反向盐渗透等导致其水通量较低。这已经成为制约FO膜分离技术发展的一个关键因素。因此，研究FO膜分离技术就离不开FO膜性能的评价。于是，寻找一种简单且标准的FO膜性能的评价方法就显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的在于更加简便且准确地探究FO膜在各个领域及各种情况下的水通量，提供一种准确且简便可行的评价FO膜性能的装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种FO膜性能的评价装置，它包括：

(1)一个原料液池，连接带有进水泵的进水管以及回流管；

(2)一个进料液池，其上口旁边开有溢流槽，溢流槽中液体的进口与原料液池的出口相连，溢流槽与进料液池通过止回阀进行连接，当溢流槽液面高于进料液池液面时，多余原料液就通过溢流管回流至原料液池中，从而维持进料池的液位恒定；进料液底部带有曝气管，曝气管依次与气体流量计、气泵相连，通过曝气保证进料液池中的原料液混合均匀；

(3)一个正渗透膜组件，该正渗透膜组件包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜片，所述的正渗透膜片将壳体分为上下两格，分别为汲取液室和料液室。正渗透膜片与汲取液室和料液室之间通过双层密封圈和隔板进行密封，然后通过易拆卸的螺栓进行固定。在上部的汲取液室壳体的一侧侧壁上开有汲取液进口，与之相对的另一侧侧壁上开有汲取液出口；在位于下部的料液室处壳体的一侧侧壁上开有进料液进口，与之相对的另一侧侧壁上开有浓缩液出口，所述的进料液进口与上述的进料液池的出口相连。此外，在料液室里放入一个磁力搅拌子，并将料液室放在磁力搅拌器上，保证料液的均匀。

(4)一个汲取液池，汲取液池用于存放一定浓度的汲取液，其进水口与上述的正渗透膜组件的汲取液室出口相连通，其出水口通过装有汲取液泵的管路与上述正渗透膜组件的汲取液室的进口相连通。将汲取液池放在磁力搅拌器上，并在上述汲取液池中放入电导率控制仪的电极。

(5)一个高浓度盐池，其出水口通过装有浓盐泵的管路与上述汲取液池的进水口相连，并且将浓盐泵的开关连接在电导率控制仪上。

(6)一个出水池，该出水池放置在电子天平上，通过计量起重量的变化来获得正渗透膜的水通量。

本发明的优点在于：1、本装置体积小，简便易操作，适合各种来源的正渗透膜性能的测试；2、由于保证了料液在过滤过程的均匀性和汲取液渗透压的稳定，测试结果更加准确；3、采用了易拆卸的设计，且所需正渗透膜面积小，便于多次重复使用。

附图说明

图1为实现本发明的评价正渗透膜性能的测试装置的结构示意图。

图中，原料液池1，原料液泵2，溢流槽3，止回阀4，气泵5，气体流量计6，曝气管7，进料液池8，进料液泵9，正渗透膜组件10，汲取液室11，正渗透膜片12，进料液室13，进料液磁力搅拌器14，汲取液泵15，汲取液池16，汲取液磁力搅拌器17，出水池18，电子天平19，浓盐泵20，电导率控制仪21，高浓度盐池22，高浓度盐磁力搅拌器23。

具体实施方式

本发明方法采用的FO膜性能测试装置由原料液池1，原料液泵2，溢流槽3，止回阀4，气泵5，气体流量计6，曝气管7，进料液池8，进料液泵9，正渗透膜组件10，汲取液室11，正渗透膜片12，进料液室13，进料液磁力搅拌器14，汲取液泵15，汲取液池16，汲取液磁力搅拌器17，出水池18，电子天平19，浓盐泵20，电导率控制仪21，高浓度盐池22，高浓度盐磁力搅拌器23。将正渗透膜组件10组装好之后，进料液泵9和汲取液泵15同时进料，开启进料液磁力搅拌器17以便进料液在上述正渗透膜壳体内一直保持均匀状态；当汲取液池16中的电导率值小于设定值时，电导率控制仪21将会启动浓盐泵20，将高浓度盐池22中的高浓度盐打入汲取液池16中，直到汲取液池中的电导率值恢复到设定值，此时电导率控制仪21将会关闭浓盐泵20。当整个装置运行稳定后，就可以通过出水池18中液体质量的变化获得正渗透膜的水通量。

下面给出本发明的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，不构成对本发明权利要求的限制。

实施例1

用于测试的FO膜为醋酸纤维材质，有效膜面积为0.015m²，进料液为清水，流速为0.13m／s，汲取液为1.5M的氯化钠溶液，流速为0.15m／s，进料液池8的曝气量为0.2m³／h。在20℃的运行条件下，考察在两种模式下，即活性层朝向汲取液(PRO模式)和活性层朝向进料液(FO模式)，膜通量的变化情况。当两种模式分别稳定运行8h后，PRO模式下平均膜通量为9.64L／(m²·h)，FO模式下平均膜通量为8.39L／(m²·h)。PRO模式比FO模式的膜通量大，这是因为当活性层朝向汲取液时(PRO模式)产生的浓差极化比活性层朝向进料液时(FO模式)产生的浓差极化小，膜通量大。当汲取液朝向多孔支撑层(FO模式)时，大分子溶质不能快速通过FO膜的多孔支撑层，稀释浓差极化现象比较严重，膜通量变小。

实施例2

用于测试的FO膜为醋酸纤维材质，有效膜面积为0.015m²，进料液为活性污泥，初始污泥浓度为4.08g／L，流速为0.13m／s，汲取液为1.5M的氯化钠溶液，流速为0.15m／s，活性层朝向进料液(即FO模式)，初始通量为13L/(m²·h)，SRT为10d，进料液池8的曝气量为0.2m³／h。在25℃的运行条件下，稳定运行系统33天，考察膜通量的变化及膜污染情况。随着时间的变化，水通量从13L／(m²·h)下降到2L／(m²·h)。水通量在100h内迅速下降，而后下降缓慢，到300h后膜通量趋于稳定，且能明显观察到膜表面有污垢附着，这是由于膜污染程度的加深、浓差极化现象及反应器内被截留的溶解性物质浓度增加所致。

Claims (6)

1.一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于进料液池(8)装有溢流槽(3)，当进水超过溢流槽所设液面时，水就会从回流管通过管路回到原料池(1)，在进料液池内的底部装有曝气管(7)，曝气管外部依次连接气体流量计(6)和气泵(5)；正渗透膜组件(10)包括壳体，在所述的壳体内装有正渗透膜片(12)，所述的正渗透膜片将壳体分为上下两格，分别为汲取液室(11)和料液室(13)，在上部的汲取液室(11)壳体的一侧侧壁上开有汲取液进口，与之相对的另一侧侧壁上开有汲取液出口；在位于下部的料液室(13)处壳体的一侧侧壁上开有进料液进口，与之相对的另一侧侧壁上开有浓缩液出口，并将料液室(13)放在磁力搅拌器上，料液室(13)的进口与进料液池(8)的出口相连，汲取液池(16)的进水口与正渗透膜组件(10)的汲取液出口相连通，汲取液池(16)的出水口通过汲取液泵(15)的管路与汲取液室(11)进口相连通，将汲取液池(16)放在磁力搅拌器(17)上，并其中放入电导率控制仪(21)的电极；高浓度盐池(22)的出水口通过装有浓盐泵(20)的管路与汲取液池(16)的进水口相连，并且将浓盐泵(20)的开关连接在电导率控制仪上，正渗透膜片(12)的通量通过出水池(18)重量的变化来获得。

2.根据权利要求1所述的一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于所述的正渗透膜为醋酸纤维素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺复合膜。

3.根据权利要求1所述的一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于所述的汲取液为不同的无机盐水溶液、不同无机盐组合的混合水溶液、有机溶液；所述的进料液为清水、海水、苦咸水、活性污泥混合溶液。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于：正渗透膜片(12)与汲取液室(11)和料液室(13)之间通过双层密封圈和隔板进行密封，然后通过易拆卸的螺栓进行固定。

5.根据权利要求1所述的一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于：通过电导率控制仪(21)来控制汲取液池(16)中盐浓度的稳定。

6.根据权利要求1所述的一种正渗透膜性能测试装置，其特征在于：将正渗透膜组件(10)置于磁力搅拌器(17)上，以维持进料液的均匀。