行业研究：经编织物在反渗透膜中的应用

　　[摘要] 以反渗透膜元件中的淡水收集网为对象，通过实验评价对反渗透膜产水性能产生影响的一系列因素。经过数据收集、分析后，发现不同结构经编织物对应一定运行压力在反渗透膜性能上有不一样的影响效果。不同厚度的经编织物抗压力的效果也是不同的。
　　[关键词] 反渗透；淡水收集网；经编织物
　　目前，反渗透已广泛应用于水处理行业中，卷式反渗透膜元件是目前反渗透应用中较多的一种品种。它是由具有高效脱盐能力的反渗透膜片密封成“口袋”卷制而成，实际应用中待处理水流经过泵增压后流经口袋表面，经过膜片脱盐后即得到纯水。为了收集纯水，在膜“口袋”中间有一层收集网，它的作用是在口袋之间撑开一个通道，使纯水能够顺着收集网集中到一起。通常使用经编织物作收集网。
　　因为卷式膜元件独特螺旋线纯水收集方式，使得我们必须考虑收集网结构对纯水收集速率的影响。而这就必须从收集网——经编织物的结构开始。
　　经编织物表面有纤维编织成的沟槽纹理，这一结构构成了水流传输的通道，通过这些沟槽的传送，让反渗透膜片过滤后的纯水能够汇集到一起，完成收集。因此这些通道成为影响传输速率的关键。
　　本文即从经编织物结构的几个方面对影响纯水收集的因素进行实验，通过实验数据分析它们对纯水收集的影响。
　　实验部分
　　1.1 仪器与材料：
　　表面接触角测试仪，上海中辰数字技术有限公司
　　反渗透膜片检测台，贵阳时代沃顿科技有限公司自制。
　　膜片贵阳时代沃顿科技有限公司产ULP低压系列反渗透膜片
　　1.2试验方法
　　为全面了解织物对水流传输的影响，特对织物本身特性、和在实际传输中应用性质进行测试。实验方法有如下：
　　①测定织物疏水性：使用外形图像分析法来测定表面接触角，原理为：将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像,再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来。把接触角测定方法及其它两个试验方法放在此处
　　②测定不同编织结构的织物对传输速率的影响，模拟实际运行情况进行实验。该项实验目的在于测试织物在不同压力下流量大小，比较两种不同编织密度织物的水平方向传输区别。
　　截取长条形织物，将表面的凹槽与水流方向同向，将织物平放，织物一端作进水端，另一端作收集端。施加压力驱动水源，经过反渗透膜片过滤，得到稳定水流，匀速从织物表面流过。这样除了减少水流中的杂质对流速的影响外，也最大程度地模拟反渗透中传输过程。定时量取通水量。通过比较不同结构织物通水量，分析结构对水流传输的影响。进水为普通250TDS水溶液，温度25℃，采用普通低压反渗透膜片为过滤介质。
　　③测定织物在不同压力下的抗压特性。
　　经编织物表面的凹槽式水流传输的通道，但高压情况下，反渗透膜片容易深陷在凹槽里，这样阻碍了传输速率。如果凹槽排列合适，膜片收到的支撑点多，抗压性就增加。
　　同样截取长条形织物放，织物平放，织物下放置反渗透膜片，织物上为收集端。施加压力驱动水源，经过反渗透膜片过滤的稳定水流，竖直方向通过织物表面。定时量取通水量。比较不同结构织物通水量，分析织物对不同压力下的抗压表现。
　　该项实验目的在于测试在不同压力下，经过织物的流量大小，用以比较织物的竖直方向传输效能。
　　2.结果与讨论
　　2.1织物结构对疏水性能的影响
　　为了了解织物传输特性，我们先要了解水流在不同界面流动时候的特点。通常，水在疏水性（亲油性）管道中流动时，会产生滑移。滑移的结果是流量增大，流动阻力减小[1]。我们的淡网是一种用作收集作用的织物，因此要求它有良好的导水性能。而通常疏水性越好越利于水流在其表面的传输，因此我们将织物疏水性作为首先考察因素。
　　疏水性是指的是一个分子（疏水物）与水互相排斥的物理性质[2]。这种性质可以通过测量基材表面与基材表面的水珠之间形成的接触角判定。角度越大，则界面疏水性越好。为表征不同结构淡网的疏水性，选取了A、B、C三种编织密度的淡网布样，他们分别表示由疏致密的编制结构。测量其表面接触角。量取接触角角度，以此判别三种布样疏水性大小。
　　3种淡网接触角照片：

　　由以上比较图来看，A,B,C的疏水性分别为A    由此可看出编织紧密的织物疏水性好于编织松散的织物，织物表面水流流动也应较快。
　　2.2 不同结构对传输速率的影响
　　将每个压力测试点取得的流量数值做表，对两个不同结构织物的测试数据进行对比即得下图：

 

样品1为结构松散流道较宽；样品2结构紧密，流道较窄。
　　由上图可知，在150psi条件下，两种样品流量相仿；150psi以上，结构紧密淡网流量高于结构松散的淡网。说明一定压力条件下，织物结构对传输影响不大，有基本相同的传输效率；但在高压情况下，由于流速加快，结构松散的织物表面疏水性差，供水流流动的界面传输效果不好，容易产生较大的阻力阻碍，因此影响水流传输。
　　2.3 不同结构织物抗压密情况
　　将每个压力测试点取得的流量数值做表，得下图：
 

 

反渗透膜膜片厚度远低于收集网，在高压水流冲刷下，膜片与收集网贴合紧密度会越来越大，容易造成压密情况，及膜片深陷入收集网的纹理里。压密情况如若产生，将会严重影响产水流道的通畅，自然会降低产水效率，引起膜元件产水明显下降。
　　由收集数据点可看出，随着压力增加，传输流量下降。在接近1200psi压力值点，传输流量只有200psi压力值点流量一半左右。流量下降严重。这一现象可从淡网结构上解释。淡网是由经编织物涂覆或不涂覆涂层制成，网表面有细小空隙，该空隙大小受编织织物选用的纤维粗细影响。反渗透膜流量与压力关系是随压力增加，流量亦增加。淡网是作为收集应用于膜组件中的，膜片渗透过来产水会延淡网表面流动，最后到达多孔中心管。淡网在水平方向和竖直方向会有产水流动。个人认为，空隙增加后竖直方向渗流增加，从而减少水平方向流动速率。这也可以解释高压下传输流量减少的现象。高压下，上下膜片水透过量增加，同时增加了竖直方向淡网渗流，这个方向是产水透过主方向，抵消了大部分动力，水平方向的水流动因而被大大削弱。另一种观点是，膜片在高压下和淡网贴紧，膜片被压入淡网凹槽内，限制导水效能，引起水通量衰减。
　　3.结论
      收集网作为应用在反渗透膜元件里的功能附件，对反渗透产水收集有着重要的作用。它的特性好坏，会影响反渗透膜功能的发挥，甚至影响膜元件的长期使用效果。通过对几种不同编织结构的实验，并对影响水流传输的几个因素分析后，得到以下几点：
　　结构紧密较疏松的织物疏水性大，其表面水流流速也大。
　　随着压力增加，结构紧密织物表面水流流速比疏松织物的大。
　　随着压力增加，竖直方向水流透过量减少较快。

       参考文献

 [1]Jean-LouisBarrat.LargeSlipEffectataNonwettingFluidSolidInterface[J].Phys.Rev.Lett.,1999,82(23):4671-4674.

 [2]AryehBen-Na’imHydrophobicInteractionPlenumPress,NewYork(ISBN0-306-40222-X)

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