一种中空纤维膜组件完整性在线检测装置的研究与应用

摘要

中空纤维膜组件以其特有的优势被广泛的应用于各个领域，膜组件的完整性检测对于膜法水处理技术的持续使用至关重要。本文在分析国内外有关研究基础上，提出一种基于光阻法原理的中空纤维膜组件完整性在线检测方法及检测装置。通过光敏电阻探测器接收到的光强改变引起的电信号变化，判断膜组件完整性是否被破坏;优化电路和实验装置设计，对比实验条件控制，自主研发一套商品化膜完整性检测装置，并对水中颗粒物的检测进行相关探究。
　　首先，以湖水为分离流体，研究电压信号在膜组件破损前后的变化现象和检测装置的精度。膜完整性检测装置采用650nm红色激光为光源，Ⅲ型光敏电阻探测器为光接收器，结果表明:膜组件完整时，优化后的实验电路基准电压恒定在2.3553±0.0025V;膜组件出现破损时，通过检测装置的微气泡引起电压脉冲信号，电压脉冲信号强度和数量分别对应通过检测装置的气泡尺寸大小和数量，本检测装置可检测到的微气泡最小直径尺寸为220μm;另外，气泡尺寸与电压脉冲强度具有良好的线性关系，并可通过电压脉冲强度预判通过检测装置的微气泡尺寸。
　　其次，研究了优化后的检测装置在不同膜组件破损率时灵敏度的变化情况，并分析了膜通量和曝气强度对本检测装置的微气泡影响。结果表明:在出水管路中增设的两处气泡融合弯管可以将微气泡汇聚融合成大气泡，极大地提高膜完整性检测装置的灵敏度;随着膜组件破损率的增加，检测装置的灵敏度略有降低，但是灵敏度均在95％以上;膜通量与曝气强度之间对通过检测装置的微气泡情况具有协同作用，结果表明:膜通量和曝气强度主要影响通过检测装置的微气泡数量和尺寸大小，在膜通量和曝气强度分别为28L/(m2·h和300L/(m2·h)时，可以及时的通过微气泡引起的脉冲电压辨别膜完整性，检测装置在实际应用中应根据膜组件的尺寸和曝气泵的量程合理调整膜通量与曝气强度。
　　第三，将本论文中设计检测装置成品与工程中应用的商业化颗粒计数器的检测效果进行实验对比研究，并对二者的运行控制和成本进行了估算，结果表明:在不同膜组件破损率情况下，颗粒计数器检测到的颗粒含量和检测装置检测到的气泡数量变化具有一致的变化趋势，而且均具有线性相关性，证明了本检测装置的在方法及实际应用中的可行性;检测装置成品经过长时间运行，各项性能稳定，同时成本低廉，具有一定的实际应用价值。
　　最后，利用中空纤维膜组件完整性检测装置对水体中颗粒物进行探究性检测，结果表明:完整性检测装置对于水体中颗粒物的检测电压和颗粒计数器对于水体中颗粒数量之间具有线性关系，线性关系相关系数R2为0.9994，表明膜完整性检测装置可通过检测电压值表征水体中颗粒物的数量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜分离过程原理

1．2 膜的定义与分类

1．3 膜分离技术特点及分类

1．3．1 膜分离特点

1．3．2 微滤与超滤

1．3．3 纳滤与反渗透

1．3．4 正渗透与液膜

1．4 膜分离技术的发展及应用

1．4．1 膜分离技术的发展

1．4．2 膜分离技术的应用

1．5 膜完整性检测方法概述

1．5．1 直接检测法

1．5．2 间接检测法

1．5．3 媒介示踪测试法

1．5．4 膜完整性检测专利及应用技术分析

1．6 课题的提出与研究内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 课题研究目的

1．6．3 课题研究内容

第二章 实验装置、材料和研究方法

2．1 检测原理

2．2 检测电路设计

2．3 实验装置设计

2．4 微气泡尺寸分布

2．5 检测器设计

2．6 实验条件控制

第三章 中空纤维膜完整性检测装置性能研究

3．1 检测装置特性分析

3．2 气泡汇聚弯管研究

3．3 气泡尺寸表征

3．4 协同作用分析

3．5 检测装置性能验证

3．6 检测设备成本估算

第四章 膜完整性检测装置在水中颗粒体系的监测应用

4．1 颗粒检测应用

4．2 颗粒物检测与浊度检测对比研究

4．3 膜过滤前絮体动态监测应用

第五章 实验结论与不足

5．1 实验研究结论

5．2 实验研究不足与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢