【正文】 纖維素類、聚砜類、聚酰胺類、聚酯類、含氟高聚物等。膜的種類與功能較多，分類方法也較多，但普遍采用的是按膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)分類，將分離膜分為對稱膜和非對稱膜兩類。一般對稱膜的厚度在10～200μm之間，傳質(zhì)阻力由膜的總厚度決定，降低膜的厚度可以提高透過速率。一體化非對稱膜是用同種材料制備、由～～150μm的多孔支撐層構(gòu)成，其支撐層結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度，在較高的壓力下也不會引起很大的形變。顯然，復(fù)合膜也是一種非對稱膜。非對稱膜的分離主要或完全由很薄的皮層決定，傳質(zhì)阻力小，其透過速率較對稱膜高得多，因此非對稱膜在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛。板框式膜組件采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與板框過濾機(jī)類似，用板框式膜組件進(jìn)行海水淡化的裝置。海水從上部進(jìn)入組件后，沿膜表面逐層流動，其中純水透過膜到達(dá)膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔匯集在邊緣的導(dǎo)流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。它是由中間為多孔支撐板、兩側(cè)是膜的“膜袋’’裝配而成，膜袋的三個(gè)邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。原料進(jìn)入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進(jìn)15上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出。缺點(diǎn)是制作工藝復(fù)雜，膜清洗困難。若膜刮在支撐管內(nèi)側(cè)，則為內(nèi)壓型，原料在管內(nèi)流動；若膜刮在支撐管外側(cè)，則為外壓型，原料在管外流動。將膜材料制成外徑為80～400μm、內(nèi)徑為40～100μm的空心管，即為中空纖維膜。大多數(shù)膜組件采用外壓式，即高壓原料在中空纖維膜外測流過，透過物則進(jìn)入中空纖維膜內(nèi)側(cè)。 乳化液膜分離試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了對符合IMO Resolution (49)決議中所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)液體經(jīng)過機(jī)械分離后的液體進(jìn)行不同材料，不同截留分子量的中空纖維超濾膜分離實(shí)驗(yàn)研究，在大量科研工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了乳化液膜分離試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2－1所示[28] [29]。其中，料液箱為圓柱形，水位為：2D ≥ H ≥ 。該箱的進(jìn)口應(yīng)設(shè)在箱底的中心位置，使混合液向上流動形成均勻的乳化液；溫控儀控制料液箱的溫度；前置濾器用于濾掉料液中大于 10 微米的大直徑顆粒；隔膜泵為料液及清洗水通過膜組件提供條件，壓力表、流量計(jì)分別測量膜的工作壓力及濃縮液和透過液的流量。二、試驗(yàn)設(shè)備及試劑試驗(yàn)系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：（1）DK800S6F型轉(zhuǎn)子流量計(jì)（,，額定壓力: MPa，介質(zhì)：液體）；（2）DK800S6F型轉(zhuǎn)子流量計(jì)（測量范圍16160L,，額定壓力：1MPa，介質(zhì)：液體，溫度：20120℃）；（3）離心泵（單向自吸泵,2850r/min）；（4）溫控儀；（5）前置濾器；（6）WSF 10型凈化器（活性炭濾芯）；（7）HF1800型隔膜泵（最大流量:,最大輸出壓力:110Psi,最大輸入壓力:60Psi，額定電壓:48V）；（8）ZYIA壓力表；17上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究（9）超濾膜；（10）三只液箱，管道，閥門，量筒，秒表，篩網(wǎng)。試驗(yàn)液體是一種油和淡水的乳化混合液，混合比例為 1 kg 該液體由以下成分組成： g 淡水； g 試驗(yàn)液體“A”； g 試驗(yàn)液體“B”； g 干型表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉鹽）； g“氧化鐵”（“氧化鐵”一詞用以描述黑色氧化正亞鐵（Fe 3O4）,其粒度分布狀況為 90%小于 10 微米，其余的最大粒度為 100 微米）。一小時(shí)之后，讓離心泵 B 減速運(yùn)行，流速約為原來的 10%，直至試驗(yàn)結(jié)束。對每根膜組件所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程分為兩種狀態(tài)，即正常工作狀態(tài)即膜分離狀態(tài)和膜清洗狀態(tài)。另外，在試驗(yàn)前，根據(jù)膜的操作壓力選定一組壓力值P1 ， P2 , P3 ,測定在不同壓力下，膜的分離效果，以確定膜的最佳操作壓力。2．反沖洗狀態(tài)當(dāng)膜組件工作一段時(shí)間后，即要對它進(jìn)行清洗，以恢復(fù)膜通量。19上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 23 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制閥門示意圖第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究Valves of the experiment system本實(shí)驗(yàn)采用雙向流超濾膜組件，可以分時(shí)間段改變進(jìn)入膜內(nèi)料液的方向，利用料液沖洗膜組件內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重的區(qū)域。聚丙稀腈(PAN)中空纖維超濾膜組件、截留分子量 6～8 萬；聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維超濾膜組件、截留分子量 8 萬。操作壓力控制在 ，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 4 小時(shí)，在滲透通量降低較大時(shí)改變污水進(jìn)入膜組件內(nèi)部的方向。膜組件的滲透液通量隨時(shí)間變化的曲線如圖 2－4 所示。20上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究當(dāng)運(yùn)行后期，由于膜內(nèi)發(fā)生污染臟堵，致使膜的透過液通量下降較大。但是反向分離時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部壓力波動較大，并伴隨大量氣泡產(chǎn)生，且透過液通量變化較大，分離過程在較短時(shí)間內(nèi)就再次出現(xiàn)污染現(xiàn)象，膜組件的滲透液通量明顯下降。圖 24 透過液流量隨時(shí)間變化曲線Timevarying curve of the Permeation quantity（2）反沖洗對膜透過液流量的影響膜清洗效果通常用膜通量恢復(fù)率 r 來表示r = J q / J o 100%式中 J q 為清洗后膜的純水通量， J o 為膜的初始純水通量對于膜分離技術(shù), 盡管采取了一系列防污染措施,在長期運(yùn)行中，過濾通量隨運(yùn)21上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究行時(shí)間增長而下降的現(xiàn)象。對膜的清洗方法主要有物理清洗和化學(xué)清洗，化學(xué)清洗一般只在膜污染較嚴(yán)重時(shí)采用，在正常使用的情況下，多數(shù)采用純水清洗，這樣做可以盡量減少化學(xué)清洗造成的二次污染。裝置連續(xù)運(yùn)行 4 小時(shí)，開始進(jìn)行反向沖洗，沖洗水壓力控制在 MPa，沖洗水從透過液出口進(jìn)入膜組件內(nèi)部，從油污水進(jìn)口排出。由圖可見，經(jīng)過簡單的反沖洗，膜組件仍可恢復(fù)到初次使用時(shí)的通量，甚至通量略有提高。從圖中可以看出聚偏氟乙烯超濾膜組件的恢復(fù)性能最好。由圖可見，當(dāng)壓力較低時(shí)，膜組件的透過液通量也較低，當(dāng)提高壓力時(shí)，透過液通量隨著壓力的增高而迅速提高，并在某一點(diǎn)達(dá)到最大值。隨著過濾過程的進(jìn)行，膜表面逐漸形成凝膠層造成膜的污染，通量也隨壓力增長緩慢。22上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究圖 25 壓力對透過液通量的影響The infection of the pressure to the Permeation quantity（4）溫度對膜透過液流量的影響由于膜組件正常工作溫度保持在 5～45℃之間，而透過液通量也是隨溫度的升高而升高，在本實(shí)驗(yàn)過程中所分離的艙底水溫度保持在 40℃左右。另一方面也使?jié)B透液通量增加。下圖 2－6 是透過液流量隨溫度變化曲線。采用過濾精度為 25μm的濾器和 10μm 的精濾器，使其串連在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行分離液進(jìn)入膜組件前的過濾，效果表明，使用合適精度的濾器可以減輕膜分離組件的工作負(fù)擔(dān)，延長膜組件的使用壽命，并且使分離裝置分離的排放水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)裝置后期采用雙聯(lián)組合濾器[30]，該濾器采用兩組濾器并聯(lián)，每組濾器串聯(lián)兩個(gè)不同精度（25μm和 10μm）的濾器，當(dāng)一組濾器堵塞時(shí)可以方面更換至另一組濾器，不妨礙工作的連續(xù)進(jìn)行，效果非常好，試驗(yàn)?zāi)そM件的壽命得到很大提高。(6)油份濃度檢測圖 27 是分離裝置過程中每隔半小時(shí)進(jìn)行采樣所測得的油份濃度曲線。在分離過程中聚偏氟乙烯超濾膜組件所分離的水清潔度較高，是理想的超濾膜分離裝置膜組件。因此，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮如何提高膜分離裝置的正常使用時(shí)間即提高膜組件的壽命問題。圖 27 油份濃度采樣檢測Sample of the oil concentration當(dāng)然，還有其它方法也應(yīng)該注意，例如，選擇合適的操作壓力；在分離過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆礇_洗；適當(dāng)提高料液的溫度；以及采取有效的措施提高膜面流速。但膜面流速一般很難控制，流動過程比較復(fù)雜，單純以提高壓力來提高膜面流速受諸多因素影響。本試驗(yàn)研究很好的反應(yīng)出了膜的理論特性。利用中空纖維膜超濾技術(shù)處理乳化液廢水具有極高的效率，它針對乳化液難以處理的主要原因，即小油滴難以聚集成大油滴而上浮去除，而應(yīng)用膜分離可將乳化液濃縮，使油的濃度大大增加，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。26上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究3. 超濾膜的防污染及其通量的仿真分析在膜分離過程中會發(fā)生膜污染現(xiàn)象，膜污染使膜的滲透通量及截留率等性能發(fā)生改變，膜的使用壽命縮短，這成為膜分離技術(shù)在船舶油污水分離裝置中應(yīng)用的一大瓶頸。提出了濃差極化對膜通量模型影響應(yīng)體現(xiàn)在兩方面。導(dǎo)出關(guān)于膜通量模型的新的方程，代入乳化液膜分離得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)值分析求解模型最優(yōu)參數(shù)，利用 matlab 控制系統(tǒng)仿真模塊建立模型進(jìn)行仿真。 超濾的基本傳質(zhì)理論 濃差極化超濾特性一般可用透過通量（ JV ）和表觀截留率（ Ra ）兩個(gè)基本量來表示。溶質(zhì)的截留率，可通過溶液的濃度變化測出，即由原液濃度和透過液濃度可求出表觀截留率 （ Ra ），定義如下。超濾分離中，由于篩分作用，料液中的部分大分子溶質(zhì)被膜截留，溶劑及小分子溶質(zhì)能自由地透過膜，表現(xiàn)出超濾膜的選擇性，截留物在膜表面累積增多，膜表面料液濃度逐漸上升，在濃度梯度作用下，近膜表面的溶質(zhì)又以相反方向料液擴(kuò)散，平衡狀態(tài)時(shí)膜表面形成一定的溶質(zhì)濃度分布邊界層，對溶劑等小分子的運(yùn)動起阻礙作用，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。由于濃差極化現(xiàn)象的存在，膜表面截留的溶質(zhì)濃度為ｃｍ，所以膜的真實(shí)截留率 R 應(yīng)為R = 1 ?c pcm（33）截留率 R 雖然能真實(shí)地表示超濾的特性，但由于膜表面濃度無法測定，所以可按濃差極化模型進(jìn)行計(jì)算。J c p + Ddcdx= J c(34)式中c———溶質(zhì)質(zhì)量濃度， mg / L ；2D———擴(kuò)散系數(shù)， m2 / s 。將邊界條件代入式（34）積分，可得到下列濃差極化方程式。D(35)其中，擴(kuò)散系數(shù) D 與邊界層厚度 δ 之比為傳質(zhì)系數(shù)，即 K＝D/δ。[11] [25]當(dāng)溶質(zhì)被膜完全截留時(shí)（即 R=1 和 c p ＝0），式（35）則為cmcb= expJ228。準(zhǔn)Sh = (L)（38）式中 Sh ———舍伍德數(shù)， Sh ＝ Kd h / D ；Re ———雷諾數(shù)， Re =Ud h / 227。 / D ；d h ———當(dāng)量直徑，m；L ———膜的長度，m。由式（38）求得的傳質(zhì)系數(shù)是沿膜長L 的平均值。(39)實(shí)際使用的膜組件，除了管式和中空纖維式外，一般在流道中要加入湍流促進(jìn)材料，以增加湍流程度，提高傳質(zhì)系數(shù) K。?240。 )cJV2P———溶質(zhì)滲透系數(shù)，m/s；σ———反射系數(shù)，通常為 0～1；c———膜兩側(cè)溶質(zhì)平均濃度, mg / L 。(310)(311)R =(1 ? F )243。 F30(312)cSh = c S式中 Lp ———純水滲透系數(shù)， m3 / (m Pas) ；