一种废旧平板膜性能的综合评价方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧平板膜性能的综合评价方法，属于污水及废物资源化技术领域。本发明专利技术方法是先采用能量散射x－射线光谱(EDX)分析膜表面元素组成，辨识是有机污染还是无机污染类型，然后再采用相应的化学清洗方法得到待测膜样品，评价标准是当待测膜的拉伸强度较对照组降低50％及以上时，为废膜，当待测膜的拉伸强度较对照组降低50％以内、膜通量较对照组降低30％及以上时，为废膜，当膜通量较对照组降低30％以内、碳足迹高于188g时，为废膜，否则为旧膜。本发明专利技术的评价方法可定量、快速、全面地界定旧膜和废膜之间的差异，为废旧膜的去向及再生回用工艺选择提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧平板膜性能的综合评价方法
本专利技术涉及一种废旧平板膜性能的综合评价方法，属于污水及废物资源化

技术介绍
据统计，我国投入运行或在建的膜生物反应器(MBR)污水处理工程已超过300项，其中，万吨级MBR系统近10套，在污水处理膜技术应用领域，我国已成为世界增长最快的地区之一。MBR是将膜分离技术引入传统的活性污泥系统，取代二沉池，由于膜可以很好实现固液分离和大分子有机物的截留，因此，表现出传统活性污泥法所没有的优势。从20世纪70年代后期至今，MBR工艺已在水处理领域逐步得到认可，首先是北美的大规模应用，然后依次是20世纪80年代早期的日本(同期南非：厌氧膜生物反应器)，90年代中期的欧洲，90年代末期的中国。由此，分离膜在污水处理领域的用量巨大。以聚偏氟乙烯(PVDF)为例，全世界年产量约为3.3万吨，我国产量为2000吨，实际需求量为4000吨。随着世界范围内对污水治理力度的加大，PVDF膜在污水处理中的用量将迅速增加。目前，国内外每年生产污水处理中应用广泛的PVDF膜总面积近5000万m2，用于制造中空纤维的PVDF价值达数亿美元。带衬型PVDF中空纤维膜的年产量近1000万m2，PVDF原材料的消耗量为1200吨左右，价值2亿元以上。然而，PVDF膜的使用寿命约为3～7年，以5年计，膜组件的更换占每年膜销售量的40％，即每年将有2000万m2的废旧膜产生。通常认为，评价膜组件是否可继续使用或废弃的依据主要是膜通量回复率，即通过各种离线化学清洗，如果其膜通量回复率在80％以上，即可继续使用，并未对清洗膜的抗拉强度、最大孔径等理化性质是否能满足使用要求，也未考虑清洗过程的难度、成本及碳排放(碳足迹)是否合理。值得提到的是，全球气候变暖是人类生存和发展必须面对的严峻挑战，“碳足迹”、“碳排”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳城市”等一系列新概念、新政策应运而生，如何正确评价污染膜清洗效果和能耗，如何实现新工艺理论及技术研究与节能减碳并重，是水处理工作者面临的新难题。
技术实现思路
针对现有的废旧膜性能评价体系存在的不足，专利技术人考虑制约膜的使用效率和寿命的各种因素，经大量实验研究，将拉伸强度作为理化性质的主要评价指标，将膜通量作为过滤性能的主要评价指标，将碳足迹作为其他效能的主要评价指标，建立一种定量、快速、全面地废旧膜性能综合评价体系，由此界定旧膜与废膜之间的差异，为旧膜回用及废膜再生提供选择依据，最大限度地实现废旧膜资源化。本专利技术的目的是提供一种废旧平板膜性能的综合评价方法，所述评价方法是：(1)分析污染膜表面元素组成，辨别污染膜是有机污染型膜还是无机污染型膜，然后采用相应的化学清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；(2)检测待测膜样品的理化性质，得到评价指标值；(3)检测待测膜样品的过滤性能，得到评价指标值；(4)检测待测膜样品的其他效能，得到评价指标值；(5)依次将步骤(2)-(4)得到的待测膜样品的指标值与对照膜的相应指标值进行进行对比，得出污染膜是旧膜还是废膜的评价结果。在本专利技术的一种实施方式中，所述分析膜表面元素组成是采用能量散射x－射线光谱(EDX)进行分析。在本专利技术的一种实施方式中，所述辨别污染膜，是当膜表面碳元素百分比高于对照膜时为有机污染型膜，当膜表面碳元素百分比低于对照膜时为无机污染型膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述污染膜为有机污染型膜时，采用先次氯酸钠洗后柠檬酸或草酸洗的清洗方法；在本专利技术的一种实施方式中，所述污染膜为无机污染型膜时，采用先柠檬酸或草酸洗后次氯酸钠洗的清洗方法。在本专利技术的一种实施方式中，所述有机污染型膜采用先0.1～5.0％次氯酸钠洗后0.1～5.0％柠檬酸或草酸洗的清洗方式，无机污染型膜采用先0.1～5.0％柠檬酸或草酸洗后0.1～5.0％次氯酸钠洗的清洗方式。在本专利技术的一种实施方式中，所述理化性质包括拉伸强度(MPa)，采用拉伸强度试验机测定。在本专利技术的一种实施方式中，所述过滤性能包括膜通量，膜通量测定方法为：将圆形膜片放入SCM-300超滤杯底部，密封后氮气加压，记录从开始时刻(t1，min)到结束时刻(t2，min)、0.1MPa压力下透过膜有效面积(S，m2)的液体体积(A，mL)，膜标准通量(J，L/(m2·h))按式1计算得到：在本专利技术的一种实施方式中，所述其他效能包括碳足迹；碳足迹也称为碳排，为污染膜离线化学清洗过程的二氧化碳排放量(E，g)，主要包括离线化学清洗的总能耗(Qi，kW·h)，据能耗的单位碳排因子(f，785g/(kW·h))按式2计算而得：所述评价结果是根据如下评价标准确定：拉伸强度较对照膜降低50％以上的污染膜为废膜，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以上的污染膜为废膜，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以内、碳足迹高于188g的污染膜为废膜，否则为旧膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述污染膜为平板膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述污染膜为来自污水处理膜生物反应器的污染膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述对照膜是与污染膜同类型(平板膜)、同材质的新膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述污染膜和对照膜均为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯乙烯(PVC)。在本专利技术的一种实施方式中，对照膜(PVDF)的膜表面元素组成为：碳48.05％，氟51.95％，拉伸强度为20.0MPa，膜通量为2000L/(m2·h)。本专利技术还提供一种检测废旧平板膜性能的方法，包括：(1)检测污染膜表面碳元素百分比，并与对照膜比较；对照膜是与污染膜同类型、同材质的新膜；(2)如果步骤(1)检测到污染膜表面碳元素百分比高于对照膜，则采用先次氯酸钠洗后柠檬酸或草酸洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；否则采用先柠檬酸或草酸洗后次氯酸钠洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；(3)检测待测膜样品的拉伸强度；(4)检测待测膜样品的膜通量；(5)检测待测膜样品的碳足迹。所述检测废旧平板膜性能的方法是检测到拉伸强度较对照膜降低50％以上的污染膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以上的污染膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以内、碳足迹高于188g的污染膜不再回收利用，否则回收利用。所述检测废旧平板膜性能的方法中，检测污染膜表面碳元素方法、清洗溶液，以及拉伸强度、膜通量、碳足迹计算方法，污染膜类型等等，都与前面提及的评价方法相同。本专利技术的有益效果：本专利技术通过先EDX分析废旧膜表面的元素组成以确定膜污染的类型，然后针对有机或无机污染设计不同的清洗方案，清洗后得到待测膜样品，然后比较待测膜样品与对照膜的理化性质、过滤性质、其他效能等，确定该污染膜为废膜还是旧膜(即确定是否值得回收利用)。专利技术人进行了大量实验，结果发现本专利技术使用的方法具有较强的客观性，能够比较准确地反映膜是否还具有继续利用的价值。本专利技术建立的废旧膜性能的综合评价方法，可定量、快速、全面地界定旧膜和废膜之间的差异，为废旧膜的去向及再生回用工艺选择提供依据。附图说明图1为废旧平板膜性能的综合评价图。具体实施方式专利技术人进一步通过具体实验来说明本专利技术的评价方法。以下实施例便于更好地理解本专利技术，但并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测废旧平板膜性能的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)检测污染膜表面碳元素百分比，并与对照膜比较；对照膜是与污染膜同类型、同材质的新膜；(2)如果步骤(1)检测到污染膜表面碳元素百分比高于对照膜，则采用先次氯酸钠洗后柠檬酸或草酸洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；否则采用先柠檬酸或草酸洗后次氯酸钠洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；(3)检测待测膜样品的拉伸强度；(4)检测待测膜样品的膜通量；(5)检测待测膜样品的碳足迹。

【技术特征摘要】
1.一种检测废旧平板膜性能的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)检测污染膜表面碳元素百分比，并与对照膜比较；对照膜是与污染膜同类型、同材质的新膜；(2)如果步骤(1)检测到污染膜表面碳元素百分比高于对照膜，则采用先次氯酸钠洗后柠檬酸或草酸洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；否则采用先柠檬酸或草酸洗后次氯酸钠洗的清洗方法进行清洗，得到待测膜样品；(3)检测待测膜样品的拉伸强度；(4)检测待测膜样品的膜通量；(5)检测待测膜样品的碳足迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是检测到拉伸强度较对照膜降低50％以上的膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以上的膜不再回收利用，拉伸强度较对照膜降低50％以内、膜通量较对照膜降低30％以内、碳足迹高于188g的膜不再回收利用，否则回收利用。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中次氯酸钠质量浓度为0.1～5.0％，柠檬酸或草酸的质量浓度为0.1～5.0％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉伸强度采用拉伸强度试验机测定；所述膜通量测定方法为：将圆形膜片放入SCM-300超滤杯底部，密封后氮气加压，记录从开始时刻t1到结束时刻t2、0.1MPa压力下透过膜有效面积S的液体体积A，膜通量J按计算得到；所述碳足迹为污染膜离线化学清洗过程的二氧化碳排放量E，根据计算得到，其中Qi为离线化学清洗的总能耗，f为能耗的单位碳排因子。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染膜为聚偏氟乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀芬，宋小莉，王新华，任月萍，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32