CN108970413A - 一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反渗透膜分离性能测试技术领域，公开了一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，在室温下将苦咸水反渗透膜片在去离子水或蒸馏水中浸泡；再在反渗透膜测试装置水箱中配制含有硼酸的氯化钠测试液，并调节pH值；将反渗透膜片装入测试池，调节测试装置进水压力、温度、膜表面流速参数，再在该条件下预压一定时间后，分别收集测试装置进水和产水多次并分析硼元素浓度，平均值作为最终的进水和产水硼浓度，进而计算获得苦咸水反渗透膜脱硼率。本发明明确了进行脱硼率测试时反渗透膜应满足的要求、预处理方法，提出测试液浓度、pH值、进水温度、压力和表面流速进行控制和界定，提高了脱硼率测试方法的可靠性和检测结果的可比性和可重复性。

Description

一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法
技术领域
本发明属于反渗透膜分离性能测试技术领域，具体来说，是涉及用于测试平板苦咸水反渗透膜脱硼率的方法。
技术背景
苦咸水反渗透膜广泛应用于苦咸水淡化、工业废水处理、食品等领域。当前的苦咸水反渗透膜以芳香聚酰胺平板膜为主，通常由无纺布、超滤支撑层和分离层组成。分离层主要成份为芳香聚酰胺材料，是反渗透膜的主要功能层，对脱除水中阴阳离子、中性分子起主要作用。
硼是人类、动植物生长生存必不可少的微量元素，但是摄入过高的硼元素则会对生命体产生毒性和一系列不利影响。例如，对小麦生长来说，土壤中硼元素应保持在0.75-1.0mg/L之间，过高的硼含量将阻止根细胞分裂和木质素沉积，造成叶子变黄、落叶等现象；另外，动物实验表明长期摄入硼过高的食物将引起人类和动物在心血管、神经系统和消化系统发生疾病。因此从保障生命健康的角度，控制水质中硼含量至关重要。世界卫生组织(WHO)规定水质中硼含量应不超过2.4mg/L；世界各国和相关组织也根据自身国情限定了水质中的硼含量，如欧盟和英国规定水质中硼含量不应超过1mg/L；美国各州对硼含量均有不同的要求(明尼苏达州0.6mg/L，弗洛里达州0.63mg/L，加州1mg/L)，我国饮用水标准中规定硼含量应不超过0.5mg/L。
苦咸水通常是指含盐量较高(1000mg/L以上)的河流湖泊、地下水等内陆水源，天然河流湖泊中的硼含量通常在0.5mg/L以下，但是由于近年来人类活动加剧(开矿、污染物排放等)，使得内陆水源中的硼含量呈上升趋势。膜法苦咸水淡化行业中反渗透膜脱硼率是膜材料研发机构、生产企业以及膜用户非常关注的重要指标之一。准确测试反渗透膜脱硼率对于全面了解反渗透膜脱硼性能发展水平、促进反渗透膜生产工艺革新、保障苦咸水淡化工程质量和饮用水安全具有重要意义。当前脱硼率主要通过反渗透膜分离性能测试装置进行检测，分离方式为错流，装置流程图1所示。测试时首先将海水反渗透膜片装入反渗透膜测试池1，在水箱6中配制一定浓度的含硼测试液，依次开启原水泵7和高压泵9，利用高压阀门3和高压泵7调节进水压力表2的压力，利用流量计5控制进水流量，缓冲容器4用于保持系统压力稳定，过滤器8用于除去水箱6中潜在的污染物，待达到测试条件后进行脱硼率测试。
科学准确的脱硼率测定和全面理解测试条件对反渗透膜脱硼性能的影响是非常重要的，这有利用于提高测试结果的科学性和可靠性，同时也为准确比较不同反渗透膜的脱硼率提供了重要依据。另外，准确测试反渗透膜脱硼率有助于苦咸水淡化工程设计人员根据设计需求选择合适的膜元件，提高工程质量。然而，目前为止尽管研究者对苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法具有一定的了解，但很少关注测试条件对检测结果的影响，甚至于一些现有测试方法的制定严重偏离了苦咸水反渗透膜的实际应用工况，引起测试结果与实际应用性能不符。鲜有报道涉及到苦咸水反渗透膜脱硼率与测试条件的相关性，并且当前也没有关于测试条件对苦咸水反渗透膜脱硼率影响的系统研究和报道。这造成了目前的苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法缺乏一定的可靠性和科学性，以及不同反渗透膜之间缺乏可比性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是确定苦咸水反渗透膜脱硼率的测试条件，即测试条件对反渗透膜脱硼性能的影响，包括样品预处理、测试液组成、pH值、进水压力、进水温度、和膜表面流速等，提供一种系统全面的平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，样品预处理简单、操作性强，提高了脱硼率测试方法的可靠性、可重复性和检测结果的可比性。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，该方法按照以下步骤进行：
(1)预处理过程：取一片苦咸水反渗透膜片，在室温下将所述苦咸水反渗透膜片放入去离子水或蒸馏水中浸泡30-60分钟备用；
(2)配制测试液：在反渗透膜测试装置的水箱中用去离子水配制1500–2000mg/L氯化钠溶液，再向其中加入硼酸，使硼元素浓度达到2–3mg/L；溶液pH值调节至6.5–7.5；
(3)脱硼率测试：测试在所述反渗透膜测试装置上进行，将浸泡后的所述苦咸水反渗透膜片装入所述反渗透膜测试装置的测试池中，依次开启反渗透膜测试装置的原水泵和高压泵，将进水压力升压到1.5–2.5MPa，膜片表面流速0.45–1.00m/s，测试液温度调节到24-26℃，在上述条件下运行30-60分钟后进行采样测试：分别多次收集测试装置进水和产水，用原子发射光谱仪或原子吸收光谱仪测试进水和产水的硼元素浓度；测试完毕后，缓慢调节截止阀使压力降低到0.1MPa以下，依次关闭高压泵和原水泵；
(4)数据处理：将多次进水水样中硼浓度取算术平均作为最终进水硼浓度，将多次产水水样中硼浓度取算术平均作为最终产水硼浓度，用以下公式计算平板苦咸水反渗透膜脱硼率：
式中RB表示脱硼率；Cp表示最终产水硼浓度(mg/L)；Cf表示最终进水硼浓度(mg/L)。
进一步地，步骤(1)中所述苦咸水反渗透膜片的膜片尺寸应满足完全覆盖所述反渗透膜测试装置中测试池密封圈的要求。
进一步地，步骤(2)中溶液pH值用氢氧化钠进行调节。
进一步地，步骤(3)中所述反渗透膜测试装置中测试池内所述苦咸水反渗透膜片的有效膜面积应为25-40cm2。
进一步地，步骤(3)中测试装置进水和产水共收集三次，每隔10-15分钟一次。
本发明的有益效果是：
(一)本发明在充分考虑反渗透膜苦咸水淡化实际工况的情况下，明确了平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试过程的预处理方法，提出对测试液组成、pH值、进水压力、进水温度、和膜表面流速等测试条件进行控制和界定，建立了系统全面的平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，填补测试条件对平板反渗透膜脱硼性能影响的空白。
(二)由于本发明的样品预处理过程采用去离子水或蒸馏水浸泡，过程简单，成本低，可操作性强，易于推广。
(三)目前商用苦咸水反渗透膜多为平板膜，本发明的测试方法正是针对平板苦咸水反渗透膜提出的，因此，本发明的脱硼率检测技术实用性强，具有重要的推广价值。
(四)本发明在测试过程中全面考虑了测试条件对脱硼结果的影响，可以更加准确了解平板苦咸水反渗透膜的脱硼性能，从而判断和比较苦咸水反渗透膜的脱硼率，提高了脱硼率测试方法的可靠性和检测结果的可重复性。
附图说明
图1为反渗透膜分离性能测试装置的装置流程图。
1-反渗透膜测试池，2-压力表，3-高压阀门，4-缓冲容器，5-流量计，6-水箱，7-原水泵，8-过滤器，9-高压泵。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。以下实施例中的平板苦咸水反渗透膜为商业化膜片，具体为美国陶氏公司生产的BW30型苦咸水反渗透膜。
实施例1
从美国陶氏公司生产的BW30型苦咸水反渗透膜上裁取一片无折皱、破损等明显缺陷的膜片，膜片尺寸完全覆盖反渗透膜测试池密封圈，有效膜面积为25cm2，在室温下将膜片放入去离子水或蒸馏水中浸泡30分钟备用；在反渗透膜测试装置水箱中用去离子水配制1500mg/L氯化钠溶液，再加入硼酸使硼元素浓度达到2mg/L，溶液pH值用氢氧化钠调节至6.5；将浸泡后的苦咸水反渗透膜片装入测试池中，膜片分离层应朝向测试池的进水侧；依次开启反渗透膜测试装置的原水泵和高压泵，将进水压力升压到1.5MPa，膜片表面流速0.45m/s，测试液温度调节到24℃，在上述条件下运行30分钟后进行采样测试：每隔10分钟收集一次测试装置进水和产水，共收集三次，用原子发射光谱仪(ICP)测试进水和产水的硼元素浓度；将三次进水水样中硼浓度取算术平均作为最终进水硼浓度，将三次产水水样中硼浓度取算术平均作为最终产水硼浓度，用以下公式计算平板苦咸水反渗透膜脱硼率：
式中RB表示脱硼率；Cp表示产水硼浓度(mg/L)；Cf表示进水硼浓度(mg/L)。
最终所得脱硼率为53.4％。
实施例2
从美国陶氏公司生产的BW30型苦咸水反渗透膜上裁取一片无折皱、破损等明显缺陷的膜片，膜片尺寸完全覆盖反渗透膜测试池密封圈，有效膜面积为35cm2，在室温下将膜片放入去离子水或蒸馏水中浸泡45分钟备用；在反渗透膜测试装置水箱中用去离子水配制1750mg/L氯化钠溶液，再加入硼酸使硼元素浓度达到2.5mg/L，溶液pH值用氢氧化钠调节至7；将浸泡后的苦咸水反渗透膜片装入测试池中，膜片分离层应朝向测试池的进水侧；依次开启反渗透膜测试装置的原水泵和高压泵，将进水压力升压到2MPa，膜片表面流速0.74m/s，测试液温度调节到25℃，在上述条件下运行45分钟后进行采样测试：每隔15分钟收集一次测试装置进水和产水，共收集三次，用原子发射光谱仪(ICP)测试进水和产水的硼元素浓度；将三次进水水样中硼浓度取算术平均作为最终进水硼浓度，将三次产水水样中硼浓度取算术平均作为最终产水硼浓度，用以下公式计算平板苦咸水反渗透膜脱硼率：
式中RB表示脱硼率；Cp表示最终产水硼浓度(mg/L)；Cf表示最终进水硼浓度(mg/L)。
最终所得脱硼率为52.8％。
实施例3
从美国陶氏公司生产的BW30型苦咸水反渗透膜上裁取一片无折皱、破损等明显缺陷的膜片，膜片尺寸完全覆盖反渗透膜测试池密封圈，有效膜面积为40cm2，在室温下将膜片放入去离子水或蒸馏水中浸泡60分钟备用；在反渗透膜测试装置水箱中用去离子水配制2000mg/L氯化钠溶液，再加入硼酸使硼元素浓度达到3mg/L，溶液pH值用氢氧化钠调节至7.5；将浸泡后的苦咸水反渗透膜片装入测试池中，膜片分离层应朝向测试池的进水侧；依次开启反渗透膜测试装置的原水泵和高压泵，将进水压力升压到2.5MPa，膜片表面流速1m/s，测试液温度调节到26℃，在上述条件下运行60分钟后进行采样测试：每隔15分钟收集一次测试装置进水和产水，共收集三次，用原子发射光谱仪(ICP)测试进水和产水的硼元素浓度；将三次进水水样中硼浓度取算术平均作为最终进水硼浓度，将三次产水水样中硼浓度取算术平均作为最终产水硼浓度，用以下公式计算平板苦咸水反渗透膜脱硼率：
式中RB表示脱硼率；Cp表示最终产水硼浓度(mg/L)；Cf表示最终进水硼浓度(mg/L)。
最终所得脱硼率为51.7％。
上述反渗透膜的脱硼率测试结果与其在实际苦咸水淡化应用中的运行结果相一致，这说明本发明的苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法与实际应用工况相契合，能够反映苦咸水反渗透膜的实际脱硼性能。另外，对苦咸水反渗透膜进行预处理后，能够有效除去膜表面吸附的污染物，更为重要的是，使苦咸水反渗透膜的结构在水中达到平衡稳定，从而使其脱硼性能在后序测试中保持稳定。同时，将测试液浓度、pH值、进水温度、压力和表面流速等测试条件进行明确和控制，增强了结果的可重复性，减少了测试的误差，使得测试结果之间具有可比性。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
(1)预处理过程：取一片苦咸水反渗透膜片，在室温下将所述苦咸水反渗透膜片放入去离子水或蒸馏水中浸泡30-60分钟备用；
(2)配制测试液：在反渗透膜测试装置的水箱中用去离子水配制1500–2000mg/L氯化钠溶液，再向其中加入硼酸，使硼元素浓度达到2–3mg/L；溶液pH值调节至6.5–7.5；
(3)脱硼率测试：测试在所述反渗透膜测试装置上进行，将浸泡后的所述苦咸水反渗透膜片装入所述反渗透膜测试装置的测试池中，依次开启反渗透膜测试装置的原水泵和高压泵，将进水压力升压到1.5–2.5MPa，膜片表面流速0.45–1.00m/s，测试液温度调节到24-26℃，在上述条件下运行30-60分钟后进行采样测试：分别多次收集测试装置进水和产水，用原子发射光谱仪或原子吸收光谱仪测试进水和产水的硼元素浓度；测试完毕后，缓慢调节截止阀使压力降低到0.1MPa以下，依次关闭高压泵和原水泵；
(4)数据处理：将多次进水水样中硼浓度取算术平均作为最终进水硼浓度，将多次产水水样中硼浓度取算术平均作为最终产水硼浓度，用以下公式计算平板苦咸水反渗透膜脱硼率：
式中RB表示脱硼率；Cp表示最终产水硼浓度(mg/L)；Cf表示最终进水硼浓度(mg/L)。
2.根据权利要求1所述的一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，其特征在于，步骤(1)中所述苦咸水反渗透膜片的膜片尺寸应满足完全覆盖所述反渗透膜测试装置中测试池密封圈的要求。
3.根据权利要求1所述的一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，其特征在于，步骤(2)中溶液pH值用氢氧化钠进行调节。
4.根据权利要求1所述的一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，其特征在于，步骤(3)中所述反渗透膜测试装置中测试池内所述苦咸水反渗透膜片的有效膜面积应为25-40cm2。
5.根据权利要求1所述的一种平板苦咸水反渗透膜脱硼率测试方法，其特征在于，步骤(3)中测试装置进水和产水共收集三次，每隔10-15分钟一次。
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