反渗透系统中硅垢污染防治技术研究
发布时间：2021-07-24 15:17
反渗透技术是解决目前水资源短缺的重要手段之一,但在实际运行过程中的膜污染严重降低出水水质,缩短膜的使用寿命。而在目前膜污染防治领域中多针对碳酸水垢的去除,对于更难处理的硅酸水垢研究较少。因此,本研究选用没食子酸（GA）以实现既能在过膜前阻垢,又能将膜上硅垢分解,抑制反渗透膜上产生硅垢,而且还能使反渗透膜再生,恢复其透水性能,延长膜使用寿命的目的。本研究首先对比纯硅酸溶液过膜、硅酸和GA混合溶液过膜和GA清洗硅垢膜3组实验,分析膜表面硅垢污染情况,探讨GA对膜表面硅垢的阻垢与解垢作用,并通过优化实验流程,探究膜再生的可能性。其次,通过硅酸和GA混合溶液全波段扫描初步探究二者之间的化学反应,考察浓度、pH的影响,分析阻垢机理。最后进行GA对聚硅酸的解聚研究,通过不同形态硅酸组分含量变化、粒径变化,结合凝胶色谱法分离不同组分计算Kav值,确定GA对硅垢的解垢机理。主要结论如下:（1）纯硅酸溶液通过反渗透膜时,随着硅酸浓度（20-400 mg/L）的增大,透过相同量溶液（50 mL）所需时间间隔不断增大,出水硅酸浓度和膜通量不断减小,膜表面结垢量不断增多,SEM-EDX结果显示膜堵塞现象加剧。...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
反渗透原理示意图
内蒙古大学硕士学位论文4图1.2对流沉积示意图Fig1.2Schematicdiagramofconvectiondeposition（2）浓度极差由于膜选择透过性的存在，进料液中的水分子在外加压力的驱动下透过膜到达出水端，溶质分子不能透过膜而被截留，在膜表面与临近膜表面的区域内截留组分浓度远高于进水端溶质组分浓度，在浓度梯度作用下，溶质从膜表面扩散至进水端，形成边界层；随着系统的不断进行，溶质分子持续不断地流向膜表面，直至溶质向膜表面的流动与溶质从膜表面向进水端的扩散速度达到平衡，此时在膜表面形成一个稳定的浓度极化边界层，该现象即为浓度极差[29]。浓度极差现象的存在加速了膜污染进程。一是因为膜表面与临近膜表面溶质分子浓度的升高导致边界层的局部渗透压增加，为保持水通量，必须增大操作压力来满足过滤过程的继续进行，这会进一步加重浓度极差程度，溶质组分浓度过大的结果是饱和结晶，阻塞膜孔；二是边界层溶质分子浓度的增大，也使得透过膜的溶质分子增多，降低了反渗透系统的脱盐率与出水水质[6,28]。（3）浓缩阻塞过滤过程中，除纯水分子透过膜外，其他组分流经膜表面后均通过回流管回到进水端，进水不断被浓缩，溶质组分浓度不断增大，周而复始，原溶解在进水端的溶质分子会因浓度过饱和而析出，以晶体形式达到膜表面形式膜垢[28]。（4）截留阻挡实际反渗透系统的运行过程中，为保护膜片本身不因外加压力的存在而损坏，常于料液通道放置支撑网，材质多为塑料隔网，起到支撑保护和增大湍流的作用。但支撑网的负面影响就是截留，污染物受支撑网截留阻挡迅速沉积，若清洗不及时，同样会引发膜污染问题。
内蒙古大学硕士学位论文9图1.3没食子酸分子结构式Fig1.3Structuralformulaofgallicacid1.5课题简介1.5.1研究目的与意义反渗透技术作为一种新型的膜分离技术，在外加压力的作用下，能够去除溶液中绝大部分的盐分和杂质，起到净化脱盐作用，具有能耗低、效率高、操作简便等优点，是解决当前人类所面临的水资源短缺问题的一项强有力的技术，已经在纯水制备、海水淡化、废水处理、污水回用以及细菌病毒分离等多个领域得到广泛应用。但在反渗透系统的运行过程中，料液中杂质分子通过各种物理、化学或机械作用沉积在膜表面甚至膜孔内部结垢堵塞，造成膜污染，致使系统膜通量下降、产水率降低，若不及时采取清洗措施或者所采用的清洗手段不当，会造成膜组件损坏，严重缩短使用寿命，增加经济投入。为解决膜污染问题，众多研究人员做了大量的探究实验，证实硅垢问题是解决反渗透膜结垢污染的重点问题之一。由于硅元素在水体中的丰富性与低水溶性，溶液中可能同时存在溶解态、聚合态、胶体态硅以及无定形二氧化硅等多种形式，而现有的预处理手段并不能完全去除进水中的硅元素，仍有部分硅元素会在反渗透膜组件形成硅垢附着。硅垢本身难以去除的特性加上与膜接触反应的复杂性，使其成为目前最难处理的膜表面污垢。现有膜的清洗多采用的是机械擦除、高压冲洗等物理手段，又可能会损坏膜组件。膜污染领域目前多针对于碳酸水垢的去除，对于更难处理的硅酸水垢研究较少，常采用的方式主要是通过添加以聚合物为多的阻垢剂，这不仅容易对膜造成生物污染，也不能达到去除各种形态硅酸的目的。对膜表面已附着硅垢的研究则多聚焦于结垢状态的分析，关于解垢的研究更少。因此，本研究的主体思路是找到一种物质，期望可以实现既能在预处理中去除多种形态的硅酸?
【参考文献】：
期刊论文
[1]凝胶渗透色谱法测定基础油PAO的相对分子质量及分布[J]. 袁诗谣,郑娜,冯连芳,顾雪萍,张才亮. 石油炼制与化工. 2020(02)
[2]浅谈水资源的保护与利用[J]. 石凤英. 山西农经. 2019(23)
[3]没食子酸分子印迹聚合物的合成及识别性能研究[J]. 殷亮,何瑞莲,蒋达洪,黄敏. 广东石油化工学院学报. 2018(03)
[4]硅酸水垢及防治方法研究进展[J]. 杜聪,阿柔娜,包仓,巴图其木格,白淑琴. 工业水处理. 2017(10)
[5]硅垢防垢技术研究进展[J]. 赵梦婕,刘利军,袁辉,周有祯,谢京豫,窦小龙. 精细石油化工进展. 2015(05)
[6]没食子酸衍生化反应研究进展[J]. 金灿,张雪彦,熊凯,吴国民,刘贵锋,陈健,孔振武. 生物质化学工程. 2015(04)
[7]反渗透膜污染物的清洗效果研究[J]. 詹媛. 科技风. 2015(14)
[8]亲水性添加剂多巴胺对聚酰胺反渗透膜性能的影响[J]. 岳鑫业,李俊俊,王铭,刘文超,周勇,潘巧明. 水处理技术. 2014(08)
[9]反渗透系统的污染及清洗技术研究[J]. 张学旭. 石油化工设计. 2014(01)
[10]液相色谱-质谱联用法测定牡丹皮中没食子酸的含量[J]. 赵光,李珺,杜雪静. 中国医学装备. 2013(12)
硕士论文
[1]羧酸型阻垢剂在反渗透膜水处理中的应用研究[D]. 周欣桐.西安工程大学 2019
[2]没食子酸型树脂吸附去除聚硅酸及动态吸附单硅酸[D]. 杜聪.内蒙古大学 2019
[3]邻羟基型改性树脂吸附去除硅酸的研究[D]. 阿柔娜.内蒙古大学 2018
[4]反渗透膜污染分析及高效清洗剂的研究[D]. 席照磊.北京理工大学 2017
[5]选择性吸附去除硅酸的研究[D]. 张玲玲.内蒙古大学 2017
[6]没食子酸改性水性聚氨酯的制备及其性能研究[D]. 张健.陕西科技大学 2017
[7]甜叶菊中咖啡酰奎尼酸的分离纯化研究[D]. 张怡斐.南京师范大学 2013
[8]膜法海水淡化阻垢剂的性能及应用研究[D]. 李海燕.大连理工大学 2006
本文编号：3300904
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
反渗透原理示意图
内蒙古大学硕士学位论文4图1.2对流沉积示意图Fig1.2Schematicdiagramofconvectiondeposition（2）浓度极差由于膜选择透过性的存在，进料液中的水分子在外加压力的驱动下透过膜到达出水端，溶质分子不能透过膜而被截留，在膜表面与临近膜表面的区域内截留组分浓度远高于进水端溶质组分浓度，在浓度梯度作用下，溶质从膜表面扩散至进水端，形成边界层；随着系统的不断进行，溶质分子持续不断地流向膜表面，直至溶质向膜表面的流动与溶质从膜表面向进水端的扩散速度达到平衡，此时在膜表面形成一个稳定的浓度极化边界层，该现象即为浓度极差[29]。浓度极差现象的存在加速了膜污染进程。一是因为膜表面与临近膜表面溶质分子浓度的升高导致边界层的局部渗透压增加，为保持水通量，必须增大操作压力来满足过滤过程的继续进行，这会进一步加重浓度极差程度，溶质组分浓度过大的结果是饱和结晶，阻塞膜孔；二是边界层溶质分子浓度的增大，也使得透过膜的溶质分子增多，降低了反渗透系统的脱盐率与出水水质[6,28]。（3）浓缩阻塞过滤过程中，除纯水分子透过膜外，其他组分流经膜表面后均通过回流管回到进水端，进水不断被浓缩，溶质组分浓度不断增大，周而复始，原溶解在进水端的溶质分子会因浓度过饱和而析出，以晶体形式达到膜表面形式膜垢[28]。（4）截留阻挡实际反渗透系统的运行过程中，为保护膜片本身不因外加压力的存在而损坏，常于料液通道放置支撑网，材质多为塑料隔网，起到支撑保护和增大湍流的作用。但支撑网的负面影响就是截留，污染物受支撑网截留阻挡迅速沉积，若清洗不及时，同样会引发膜污染问题。
内蒙古大学硕士学位论文9图1.3没食子酸分子结构式Fig1.3Structuralformulaofgallicacid1.5课题简介1.5.1研究目的与意义反渗透技术作为一种新型的膜分离技术，在外加压力的作用下，能够去除溶液中绝大部分的盐分和杂质，起到净化脱盐作用，具有能耗低、效率高、操作简便等优点，是解决当前人类所面临的水资源短缺问题的一项强有力的技术，已经在纯水制备、海水淡化、废水处理、污水回用以及细菌病毒分离等多个领域得到广泛应用。但在反渗透系统的运行过程中，料液中杂质分子通过各种物理、化学或机械作用沉积在膜表面甚至膜孔内部结垢堵塞，造成膜污染，致使系统膜通量下降、产水率降低，若不及时采取清洗措施或者所采用的清洗手段不当，会造成膜组件损坏，严重缩短使用寿命，增加经济投入。为解决膜污染问题，众多研究人员做了大量的探究实验，证实硅垢问题是解决反渗透膜结垢污染的重点问题之一。由于硅元素在水体中的丰富性与低水溶性，溶液中可能同时存在溶解态、聚合态、胶体态硅以及无定形二氧化硅等多种形式，而现有的预处理手段并不能完全去除进水中的硅元素，仍有部分硅元素会在反渗透膜组件形成硅垢附着。硅垢本身难以去除的特性加上与膜接触反应的复杂性，使其成为目前最难处理的膜表面污垢。现有膜的清洗多采用的是机械擦除、高压冲洗等物理手段，又可能会损坏膜组件。膜污染领域目前多针对于碳酸水垢的去除，对于更难处理的硅酸水垢研究较少，常采用的方式主要是通过添加以聚合物为多的阻垢剂，这不仅容易对膜造成生物污染，也不能达到去除各种形态硅酸的目的。对膜表面已附着硅垢的研究则多聚焦于结垢状态的分析，关于解垢的研究更少。因此，本研究的主体思路是找到一种物质，期望可以实现既能在预处理中去除多种形态的硅酸?
【参考文献】：
期刊论文
[1]凝胶渗透色谱法测定基础油PAO的相对分子质量及分布[J]. 袁诗谣,郑娜,冯连芳,顾雪萍,张才亮. 石油炼制与化工. 2020(02)
[2]浅谈水资源的保护与利用[J]. 石凤英. 山西农经. 2019(23)
[3]没食子酸分子印迹聚合物的合成及识别性能研究[J]. 殷亮,何瑞莲,蒋达洪,黄敏. 广东石油化工学院学报. 2018(03)
[4]硅酸水垢及防治方法研究进展[J]. 杜聪,阿柔娜,包仓,巴图其木格,白淑琴. 工业水处理. 2017(10)
[5]硅垢防垢技术研究进展[J]. 赵梦婕,刘利军,袁辉,周有祯,谢京豫,窦小龙. 精细石油化工进展. 2015(05)
[6]没食子酸衍生化反应研究进展[J]. 金灿,张雪彦,熊凯,吴国民,刘贵锋,陈健,孔振武. 生物质化学工程. 2015(04)
[7]反渗透膜污染物的清洗效果研究[J]. 詹媛. 科技风. 2015(14)
[8]亲水性添加剂多巴胺对聚酰胺反渗透膜性能的影响[J]. 岳鑫业,李俊俊,王铭,刘文超,周勇,潘巧明. 水处理技术. 2014(08)
[9]反渗透系统的污染及清洗技术研究[J]. 张学旭. 石油化工设计. 2014(01)
[10]液相色谱-质谱联用法测定牡丹皮中没食子酸的含量[J]. 赵光,李珺,杜雪静. 中国医学装备. 2013(12)
硕士论文
[1]羧酸型阻垢剂在反渗透膜水处理中的应用研究[D]. 周欣桐.西安工程大学 2019
[2]没食子酸型树脂吸附去除聚硅酸及动态吸附单硅酸[D]. 杜聪.内蒙古大学 2019
[3]邻羟基型改性树脂吸附去除硅酸的研究[D]. 阿柔娜.内蒙古大学 2018
[4]反渗透膜污染分析及高效清洗剂的研究[D]. 席照磊.北京理工大学 2017
[5]选择性吸附去除硅酸的研究[D]. 张玲玲.内蒙古大学 2017
[6]没食子酸改性水性聚氨酯的制备及其性能研究[D]. 张健.陕西科技大学 2017
[7]甜叶菊中咖啡酰奎尼酸的分离纯化研究[D]. 张怡斐.南京师范大学 2013
[8]膜法海水淡化阻垢剂的性能及应用研究[D]. 李海燕.大连理工大学 2006
本文编号：3300904
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