[摘要] 以反滲透膜元件中的淡水收集網(wǎng)為對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)對(duì)反滲透膜產(chǎn)水性能產(chǎn)生影響的一系列因素。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集、分析后，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)經(jīng)編織物對(duì)應(yīng)一定運(yùn)行壓力在反滲透膜性能上有不一樣的影響效果。不同厚度的經(jīng)編織物抗壓力的效果也是不同的。
　　[關(guān)鍵詞] 反滲透；淡水收集網(wǎng)；經(jīng)編織物
　　目前，反滲透已廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)中，卷式反滲透膜元件是目前反滲透應(yīng)用中較多的一種品種。它是由具有高效脫鹽能力的反滲透膜片密封成“口袋”卷制而成，實(shí)際應(yīng)用中待處理水流經(jīng)過(guò)泵增壓后流經(jīng)口袋表面，經(jīng)過(guò)膜片脫鹽后即得到純水。為了收集純水，在膜“口袋”中間有一層收集網(wǎng)，它的作用是在口袋之間撐開一個(gè)通道，使純水能夠順著收集網(wǎng)集中到一起。通常使用經(jīng)編織物作收集網(wǎng)。
　　因?yàn)榫硎侥ぴ?dú)特螺旋線純水收集方式，使得我們必須考慮收集網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)純水收集速率的影響。而這就必須從收集網(wǎng)——經(jīng)編織物的結(jié)構(gòu)開始。
　　經(jīng)編織物表面有纖維編織成的溝槽紋理，這一結(jié)構(gòu)構(gòu)成了水流傳輸?shù)耐ǖ溃ㄟ^(guò)這些溝槽的傳送，讓反滲透膜片過(guò)濾后的純水能夠匯集到一起，完成收集。因此這些通道成為影響傳輸速率的關(guān)鍵。
　　本文即從經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)的幾個(gè)方面對(duì)影響純水收集的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析它們對(duì)純水收集的影響。
　　實(shí)驗(yàn)部分
　　1.1 儀器與材料：
　　表面接觸角測(cè)試儀，上海中辰數(shù)字技術(shù)有限公司
　　反滲透膜片檢測(cè)臺(tái)，貴陽(yáng)時(shí)代沃頓科技有限公司自制。
　　膜片貴陽(yáng)時(shí)代沃頓科技有限公司產(chǎn)ULP低壓系列反滲透膜片
　　1.2試驗(yàn)方法
　　為全面了解織物對(duì)水流傳輸?shù)挠绊懀貙?duì)織物本身特性、和在實(shí)際傳輸中應(yīng)用性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)方法有如下：
　?、贉y(cè)定織物疏水性：使用外形圖像分析法來(lái)測(cè)定表面接觸角，原理為：將液滴滴于固體樣品表面,通過(guò)顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像,再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來(lái)。把接觸角測(cè)定方法及其它兩個(gè)試驗(yàn)方法放在此處
　?、跍y(cè)定不同編織結(jié)構(gòu)的織物對(duì)傳輸速率的影響，模擬實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟跍y(cè)試織物在不同壓力下流量大小，比較兩種不同編織密度織物的水平方向傳輸區(qū)別。
　　截取長(zhǎng)條形織物，將表面的凹槽與水流方向同向，將織物平放，織物一端作進(jìn)水端，另一端作收集端。施加壓力驅(qū)動(dòng)水源，經(jīng)過(guò)反滲透膜片過(guò)濾，得到穩(wěn)定水流，勻速?gòu)目椢锉砻媪鬟^(guò)。這樣除了減少水流中的雜質(zhì)對(duì)流速的影響外，也最大程度地模擬反滲透中傳輸過(guò)程。定時(shí)量取通水量。通過(guò)比較不同結(jié)構(gòu)織物通水量，分析結(jié)構(gòu)對(duì)水流傳輸?shù)挠绊?。進(jìn)水為普通250TDS水溶液，溫度25℃，采用普通低壓反滲透膜片為過(guò)濾介質(zhì)。
　　③測(cè)定織物在不同壓力下的抗壓特性。
　　經(jīng)編織物表面的凹槽式水流傳輸?shù)耐ǖ?，但高壓情況下，反滲透膜片容易深陷在凹槽里，這樣阻礙了傳輸速率。如果凹槽排列合適，膜片收到的支撐點(diǎn)多，抗壓性就增加。
　　同樣截取長(zhǎng)條形織物放，織物平放，織物下放置反滲透膜片，織物上為收集端。施加壓力驅(qū)動(dòng)水源，經(jīng)過(guò)反滲透膜片過(guò)濾的穩(wěn)定水流，豎直方向通過(guò)織物表面。定時(shí)量取通水量。比較不同結(jié)構(gòu)織物通水量，分析織物對(duì)不同壓力下的抗壓表現(xiàn)。
　　該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟跍y(cè)試在不同壓力下，經(jīng)過(guò)織物的流量大小，用以比較織物的豎直方向傳輸效能。
　　2.結(jié)果與討論
　　2.1織物結(jié)構(gòu)對(duì)疏水性能的影響
　　為了了解織物傳輸特性，我們先要了解水流在不同界面流動(dòng)時(shí)候的特點(diǎn)。通常，水在疏水性（親油性）管道中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生滑移?；频慕Y(jié)果是流量增大，流動(dòng)阻力減小[1]。我們的淡網(wǎng)是一種用作收集作用的織物，因此要求它有良好的導(dǎo)水性能。而通常疏水性越好越利于水流在其表面的傳輸，因此我們將織物疏水性作為首先考察因素。
　　疏水性是指的是一個(gè)分子（疏水物）與水互相排斥的物理性質(zhì)[2]。這種性質(zhì)可以通過(guò)測(cè)量基材表面與基材表面的水珠之間形成的接觸角判定。角度越大，則界面疏水性越好。為表征不同結(jié)構(gòu)淡網(wǎng)的疏水性，選取了A、B、C三種編織密度的淡網(wǎng)布樣，他們分別表示由疏致密的編制結(jié)構(gòu)。測(cè)量其表面接觸角。量取接觸角角度，以此判別三種布樣疏水性大小。
　　3種淡網(wǎng)接觸角照片：

　　由以上比較圖來(lái)看，A,B,C的疏水性分別為A    由此可看出編織緊密的織物疏水性好于編織松散的織物，織物表面水流流動(dòng)也應(yīng)較快。
　　2.2 不同結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸速率的影響
　　將每個(gè)壓力測(cè)試點(diǎn)取得的流量數(shù)值做表，對(duì)兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)織物的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比即得下圖：

 

樣品1為結(jié)構(gòu)松散流道較寬；樣品2結(jié)構(gòu)緊密，流道較窄。
　　由上圖可知，在150psi條件下，兩種樣品流量相仿；150psi以上，結(jié)構(gòu)緊密淡網(wǎng)流量高于結(jié)構(gòu)松散的淡網(wǎng)。說(shuō)明一定壓力條件下，織物結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸影響不大，有基本相同的傳輸效率；但在高壓情況下，由于流速加快，結(jié)構(gòu)松散的織物表面疏水性差，供水流流動(dòng)的界面?zhèn)鬏斝Ч缓?，容易產(chǎn)生較大的阻力阻礙，因此影響水流傳輸。
　　2.3 不同結(jié)構(gòu)織物抗壓密情況
　　將每個(gè)壓力測(cè)試點(diǎn)取得的流量數(shù)值做表，得下圖：
 

 

反滲透膜膜片厚度遠(yuǎn)低于收集網(wǎng)，在高壓水流沖刷下，膜片與收集網(wǎng)貼合緊密度會(huì)越來(lái)越大，容易造成壓密情況，及膜片深陷入收集網(wǎng)的紋理里。壓密情況如若產(chǎn)生，將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)水流道的通暢，自然會(huì)降低產(chǎn)水效率，引起膜元件產(chǎn)水明顯下降。
　　由收集數(shù)據(jù)點(diǎn)可看出，隨著壓力增加，傳輸流量下降。在接近1200psi壓力值點(diǎn)，傳輸流量只有200psi壓力值點(diǎn)流量一半左右。流量下降嚴(yán)重。這一現(xiàn)象可從淡網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解釋。淡網(wǎng)是由經(jīng)編織物涂覆或不涂覆涂層制成，網(wǎng)表面有細(xì)小空隙，該空隙大小受編織織物選用的纖維粗細(xì)影響。反滲透膜流量與壓力關(guān)系是隨壓力增加，流量亦增加。淡網(wǎng)是作為收集應(yīng)用于膜組件中的，膜片滲透過(guò)來(lái)產(chǎn)水會(huì)延淡網(wǎng)表面流動(dòng)，最后到達(dá)多孔中心管。淡網(wǎng)在水平方向和豎直方向會(huì)有產(chǎn)水流動(dòng)。個(gè)人認(rèn)為，空隙增加后豎直方向滲流增加，從而減少水平方向流動(dòng)速率。這也可以解釋高壓下傳輸流量減少的現(xiàn)象。高壓下，上下膜片水透過(guò)量增加，同時(shí)增加了豎直方向淡網(wǎng)滲流，這個(gè)方向是產(chǎn)水透過(guò)主方向，抵消了大部分動(dòng)力，水平方向的水流動(dòng)因而被大大削弱。另一種觀點(diǎn)是，膜片在高壓下和淡網(wǎng)貼緊，膜片被壓入淡網(wǎng)凹槽內(nèi)，限制導(dǎo)水效能，引起水通量衰減。
　　3.結(jié)論
      收集網(wǎng)作為應(yīng)用在反滲透膜元件里的功能附件，對(duì)反滲透產(chǎn)水收集有著重要的作用。它的特性好壞，會(huì)影響反滲透膜功能的發(fā)揮，甚至影響膜元件的長(zhǎng)期使用效果。通過(guò)對(duì)幾種不同編織結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)影響水流傳輸?shù)膸讉€(gè)因素分析后，得到以下幾點(diǎn)：
　　結(jié)構(gòu)緊密較疏松的織物疏水性大，其表面水流流速也大。
　　隨著壓力增加，結(jié)構(gòu)緊密織物表面水流流速比疏松織物的大。
　　隨著壓力增加，豎直方向水流透過(guò)量減少較快。

       參考文獻(xiàn)

 [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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