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          d88尊龙手机app下载|访问

          文字︰ 手機頁面二維碼 2017/6/23     瀏覽次數︰    

          尊龙水處理


          d88尊龙技術因設計簡單、運行維護方便等特點,在苦咸水脫礦、海水淡化、超純水以及廢水回用甚至特殊料液濃縮領域得到廣泛應用。相較于初期的醋酸縴維素薄膜,以聚 胺為脫鹽層的d88尊龙復合膜具有脫鹽率高、產水量大、耐化學清洗pH範圍寬等諸多優勢。經過數十年的發展,d88尊龙復合膜結構一般分為3層,自下而上分別為無紡布(厚度約120μm)、聚 支撐層(厚度約40μm)以及聚 胺脫鹽層(厚度約0.2μm),如圖 1所示。


          圖 1 d88尊龙膜片復合結構


          其中只有聚 胺層是真正的功能層,決定了d88尊龙膜的脫鹽性能,而聚 和無紡布層具有更大的孔徑,主要起到支撐聚 胺分離層的作用。然而工程經驗顯示,任何時刻只要產水壓力高于進水或濃水壓力0.03MPa,復合膜就有可能發生復合層之間的剝離,這就是d88尊龙膜的背壓損壞現象。這種剝離會使膜表面脫鹽層受到強烈拉伸,進而導致膜元件產水水質急劇降低,在某些極端情況下甚至不再具備脫鹽能力。


          隨著d88尊龙系統設計水平的不斷提升,帶背壓運行的系統不斷出現,如多段式系統(系統段數≧3)或單泵推雙級系統等,前者常常使用一段背壓、三/四段增壓的設計方式提高系統回收率以及平衡段間通量,後者則以一級系統的背壓直接驅動d88尊龙產水進入二級系統或經能量回收進入二級系統。同時,由于d88尊龙系統的開關機過程會導致系統各部位壓力的劇烈波動,因而d88尊龙系統開關機導致的背壓損壞在d88尊龙系統故障中出現頻率較高[7]。筆者擬對d88尊龙元件的背壓損壞現象、發生原因以及帶背壓系統的開關機安全性進行探討。



          1 d88尊龙系統中背壓損壞現象


          眾多d88尊龙系統的現場故障排除經驗顯示,d88尊龙膜元件的背壓損壞常率先發生于系統最後一段的最後一支元件上,更確切的說,背壓損壞總是最先發生于d88尊龙系統各個膜殼中距離濃水出口最近的元件上。圖2為1個典型的背壓損壞系統的膜殼探針實驗結果。


          圖 2 d88尊龙系統的膜殼探針實驗


          圖2所示,4個膜殼分別屬于某電廠平行運行的2套d88尊龙系統的第2段,該系統為7芯裝,使用陶氏化學FILMTECTMBW30-FR400/34id88尊龙膜元件,其中1#、2#膜殼位于背壓損壞系統,3#、4#位于正常系統。0號位置為進水端,7號位置為濃水和產水端,探針從進水端插入,由7號位置逐步向0號位置移動,同時檢測產水電導率。由于嚴重的系統背壓導致膜元件透鹽率急劇變差,甚至前面膜元件的表觀產水電導率也出現了升高,但即便如此,圖2也清晰說明背壓率先發生于多段系統中的最後一段,並視背壓的嚴重情況,從距離濃水口最近的元件(常常為最後一支元件)向前端延伸。


          以某電廠純水車間背壓損壞的BW30-400膜元件為例,進行單根膜元件測試分析。在進水NaCl為2 000 mg/L、進水壓力為1.55MPa、回收率為15%的條件下進行測定,結果如表1所示。


          表1 2支背壓損壞的BW30-400元件標準測試數據

          元件序列號

          出廠日期

          質量/kg

          產水量/(L•d-1)

          脫鹽率/%

          壓差/Pa

          BW30-400

          -

          14.5

          39747

          99.5

          -

          F5755963

          2011-04-22

          13.07

          41302

          88.92

          31028

          F5755965

          2011-04-22

          13.43

          44928

          90.59

          38612


          由表1可知,F5755963和F5755965兩支元件的標準產水量偏大,脫鹽率急劇下降,顯示膜片的脫鹽層受到了破壞。針對這2只元件分別進行單元件探針實驗,結果如圖3所示。


          圖 3 背壓損壞2支元件的單只膜探針數據 

          圖3中1號位置為元件進水端,17號位置為元件濃水端。對于正常的膜元件,由于膜元件自身的濃縮效應,從進水端到濃水端的產水電導率應有輕微上升。然而對于這2只背壓損壞的元件,則可發現其產水電導率自進水端到濃水端急劇上升,說明背壓損壞主要集中于元件的濃水一側,而進水端未發現明顯損壞。


          對背壓損壞的膜元件分別做解剖分析,並在染色之後再解剖分析。結果表明,膜元件解體後,d88尊龙膜面仍然保持干淨無污垢的狀態,說明元件並未經歷嚴重的污堵或結垢。元件濃水端d88尊龙復合膜沿膠水線一側發生氣泡狀剝離,這是背壓在d88尊龙膜上最為典型的表現。這些氣泡雖然在目視條件下保持連續的膜表面,但其脫鹽層已經由于強烈的拉伸而失去脫鹽功能,這在膜元件的染色實驗中得到進一步驗證。染料大分子透過d88尊龙元件進入產水,導致產水顯示出淡紅色,並在元件解體之後可見背壓處被染料滲入,說明這里的膜片存在物理性損傷。


          值得指出的是,d88尊龙膜的背壓損壞不同于膜的污堵或結垢等故障。後者可通過合理的化學清洗得到一定程度的減輕,膜元件仍有性能恢復的可能;而背壓損壞是對膜片本身的物理性損害,一旦發生則無法通過其他手段進行挽救,只有更換所有損壞的膜元件才能使系統恢復。



          2 d88尊龙系統背壓損壞的成因分析
          2.1
          系統開機時的停泵背壓

          d88尊龙系統開機前未開啟產水閥門,直接啟動高壓泵,這樣操作會導致產水流量計顯示為零,大多數人遇到這種情況的第一反應是直接關閉高壓泵電源。這種操作是錯誤的,直接關閉高壓泵電源會導致進水壓力迅速歸零,而此時產水管路內的荷壓很高,無論爆破膜是否發生爆破,都會直接導致膜元件的背壓。遇到這種情況的正確做法是先打開產水閥就地排放,卸掉產水管路內的壓力再關閉高壓泵。


          2.2
          系統產水止回閥失效導致背壓

          在多套d88尊龙系統共用1個產水母管向產水箱供水的情況下,個別系統停機、其他系統正常運行有時也會發生背壓,這種情況往往是停機系統的產水止回閥失效造成的(例如停機後閥芯卡在法蘭墊片上沒有落下)。因為無法預知止回閥何時失效,這種情況發生時一般都比較隱蔽。一個典型例子是,某次探針測試時打開1個壓力容器端蓋的堵頭,雖然該套系統的進水閥門已經完全關閉,但從拆開的端蓋堵頭處一直往外噴水,後查明是該套系統的產水止回閥失效,其他系統的產水通過產水母管倒流回該停機系統的產水管路。此時的產水側壓力雖然不足以使爆破膜發生爆裂,但足夠造成膜元件的背壓。


          2.3
          單泵推雙級系統的停機背壓

          顧名思義,雙級d88尊龙系統只有1個高壓泵,設置在一級系統進水處,一級系統產水管直接作為二級系統進水管,管路中間無水箱和二級高壓泵。此種系統的步序設計需要仔細斟酌,一級產水管處(即二級進水管)荷壓一般在0.4~0.8 MPa,若沒有卸壓而直接關閉高壓泵電源則會直接造成一級系統膜元件的背壓。為保護膜元件,這種設計一般需在一級產水管處增加1個三通,額外接1個產水排放閥,停機時首先打開產水排放閥,再關閉高壓泵的電源。


          2.4
          產水水箱位置過高導致背壓

          產水箱位置太高造成產水管到產水箱的液位差太高,因而d88尊龙系統需要在運行時維持較高的產水背壓驅使產水進入產水水箱。如果同時發生產水止回閥失效或裝反的現象,在系統停機時也容易造成膜元件的背壓。


          2.5
          化學清洗時的背壓損壞

          由于設計系統時未設置產水清洗回流管路,在系統化學清洗時運行人員沒有打開產水閥,造成產水側荷壓,化學清洗結束後直接關閉清洗泵也會造成背壓。


          2.6
          偽造爆破膜導致背壓

          部分水處理設備的運行部門為節約資金或防止爆破膜頻繁爆裂影響生產,直接用膠墊或金屬薄片加工成爆破膜也可能導致背壓。例如某電廠水處理車間直接用金屬片替代爆破膜,結果發現金屬片已經受壓變形,但由于金屬材料無法破裂並及時釋放產水壓力,爆破膜應有的保護作用未能發揮,該產水背壓最終導致了d88尊龙系統的背壓損壞。



          3 帶背壓運行d88尊龙系統的開關機實驗


          綜上,隨著d88尊龙系統設計水平的不斷提高,帶背壓運行的d88尊龙系統逐步出現。然而,盡管平穩運行時能夠始終維持濃水側壓力大于產水側壓力,並確保d88尊龙膜不會被背壓損壞,但這種系統開關機過程中所導致的劇烈壓力變化及其對d88尊龙膜潛在的背壓損壞卻鮮有研究報道。


          筆者在帶背壓運行的d88尊龙系統研究中采用了單段式7芯裝膜殼系統,膜殼內安裝陶氏化學FILMTECTM BW30-365IGd88尊龙元件,並用電動閥門對進水流路進行開閉控制,其開啟/關閉周期為20 s,以模擬d88尊龙系統的開關機過程。系統的濃水和產水管路均設置了動作良好的止回閥以保證流向正確。為了能夠細微觀察開關機過程中的壓力和流量變化,筆者對PLC控制程序進行了修正,使其數據采集頻率提高到每秒鐘采集1次,並由上位機進行實時數據記錄。PLC模塊為Siemens S7系列,電磁流量計、渦街流量計、壓力變送器、電導率儀等購自Endress Hauser(中國)自動化有限公司。


          該系統的開關機過程分別在背壓為0.15、0.25、0.37、0.45、0.5MPa時完成測試,具體而言,是在恆定的高壓泵頻率和進水壓力下,以帶壓啟動/帶壓停機方式進行系統的開關機實驗。為節省篇幅,這里只給出了背壓為0.5MPa時的壓力和流量變化,如圖4所示。


          圖 4 背壓為0.5 MPa時的系統壓力(a)及流量(b)變化情況 


          圖4(a)可知,系統關機時產水壓力的下降速度要快于濃水壓力的下降速度,從而維持膜元件的濃水側壓力始終大于產水側壓力,也保證了膜元件的安全運行。同理亦可發現,盡管系統開機時的壓力變化比關機時的壓力變化更為迅速,但濃水壓力的上升速度依然快于產水壓力的上升速度,說明系統仍然安全。


          在工程實踐上,一般都會采用爆破膜來防止背壓對d88尊龙系統造成︰。然而工程施工中極少有人對爆破膜的爆破壓力進行理論計算。常見的爆破壓力為0.1~0.35MPa,而產水側壓力超過濃水側壓力0.03MPa即可能造成d88尊龙膜元件的背壓。同時,由于影響產水和濃水側壓力的因素較多,如管路走向、管路上止回閥的種類和數量以及d88尊龙機組子母管排布方式等,均會影響到管路壓力的總損失,因而對于高背壓運行的d88尊龙系統,筆者仍建議在工程設計之初進行充分論證或中試實驗,盡可能做到管路設計簡潔、低壓損。


          圖4(b)給出了系統開關機過程的流量變化。與壓力不同,產水流量的下降速度比濃水流量的下降速度更慢,在關機後期會出現產水流量大于濃水流量的現象。這是由于流量計的類型不同,在濃水側可以采用電磁流量計進行流量檢測,而產水側由于d88尊龙產水電導率非常低,只能采用渦街流量計。前者測量的是感應電動勢,其濾波算法主要目的是去除背景的噪聲信號,而後者測量的是漩渦發生頻率。由于漩渦發生頻率是一個與時間相關的物理量,因此在常規的時間常數設定下,其渦街流量計的變化速度要比電磁流量計更平穩。


          另外,多次帶背壓開停機實驗前後的d88尊龙元件性能如表2所示。


          表2  背壓實驗前後d88尊龙系統性能對比

          項目

          系統標準化產水量/(L•MPa-1•m-2•D-1)

          系統標準化脫鹽率/%

          背壓實驗前

          659.96

          98.57

          背壓實驗後

          665.87

          98.49


          由于d88尊龙系統工況如進水壓力、進水電導率、進水溫度等在不斷變化,因此表2以標準化之後的產水量和脫鹽率進行比較。可以發現經過多次開停機之後,系統性能並未出現明顯變化,說明d88尊龙膜片的透水能力和脫鹽能力均未受到背壓實驗的影響。



          4 結論 


          由于d88尊龙復合膜特殊的膜片構造,產水側壓力高于濃水側壓力一定程度即可造成d88尊龙膜的背壓損壞。d88尊龙膜元件的背壓損傷是d88尊龙系統的常見故障,一經發生則無任何修復可能,只能對元件進行更換。對d88尊龙膜元件背壓損傷的位置及背壓對膜片的破壞進行深入分析,指出膜元件的背壓一般率先發生于系統內最接近濃水出口的元件,並在膜面上以靠近膠水線的氣泡形態出現。背壓主要歸因于d88尊龙系統不合理的設計和運行因素,如停機步序不合理、系統部件失效等。依托PLC改造後的系統對不同背壓下工作的d88尊龙系統帶壓開停機過程進行模擬,結果顯示,在背壓為0.15~0.5MPa的區間內,各次開停機過程均有良好的可重復性,整個過程中濃水壓力始終高于產水壓力,由此判斷背壓損壞不會發生。在實際工程設計中,需要相關設計人員對高背壓d88尊龙系統的特殊性給予足夠重視,確保系統安全、可靠地帶背壓運行。

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