GB∕T 38511-2020 中空纤维膜使用寿命评价方法

书书书犐犆犛１９．０２０犙８１!#$%&’’()*犌犅／犜３８５１１—２０２０!#$%&’()*+,-犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狅犳狊犲狉狏犻犮犲犾犻犳犲犳狅狉犺狅犾犾狅狑犳犻犫犲狉犿犲犿犫狉犪狀犲２０２００３０６./２０２１０２０１01’(+,-./012’()*3/0456./书书书前　　言　　本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本标准由全国分离膜标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ３８２）提出并归口。本标准起草单位：天津膜天膜科技股份有限公司、广州中国科学院先进技术研究所、北京科泰兴达高新技术有限公司、山东招金膜天股份有限公司、三达膜科技（厦门）有限公司、哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司、烟台金正环保科技有限公司、北京碧水源膜科技有限公司、海南立癉净水科技实业有限公司、杭州求是膜技术有限公司、宁波水艺膜科技发展有限公司、天津膜天膜工程技术有限公司。本标准主要起草人：胡晓宇、王希、郭庆贺、梁恒、王乐译、洪昱斌、李越彪、李天玉、陈忱、谢柏明、计根良、梁义、陈顺权、韩爱龙、孙文挺、张卿、刘洋、冯磊。Ⅰ犌犅／犜３８５１１—２０２０中空纤维膜使用寿命评价方法１　范围本标准规定了水处理用中空纤维膜使用寿命的评价方法。本标准适用于水处理用中空纤维超滤膜和中空纤维微滤膜使用寿命的评价。２　规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ６６８２　分析实验室用水规格和试验方法ＧＢ／Ｔ２０１０３　膜分离技术　术语３　术语和定义ＧＢ／Ｔ２０１０３界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了ＧＢ／Ｔ２０１０３中的某些术语和定义。３．１　中空纤维膜　犺狅犾犾狅狑犳犻犫犲狉犿犲犿犫狉犪狀犲外型为纤维状、空心的具有自支撑作用的膜。注：对于反渗透膜，皮层在外表面；对于超滤膜和微滤膜，皮层在内表面、外表面或内、外表面。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义２．１．２８］３．２　微滤膜　犿犻犮狉狅犳犻犾狋狉犪狋犻狅狀犿犲犿犫狉犪狀犲膜平均孔径大于或等于０．０１μｍ的分离膜。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义５．１．２］３．３　超滤膜　狌犾狋狉犪犳犻犾狋狉犪狋犻狅狀犿犲犿犫狉犪狀犲由起分离作用的一层极薄表皮层和较厚的起支撑作用的海绵状或指状多孔层组成，切割分子量在几百至几百万的膜。注１：表皮层厚度通常仅０．１μｍ～１μｍ，多孔层厚度通常１２５μｍ。注２：超滤膜多数为非对称膜。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义５．１．１］３．４　通量　犳犾狌狓单位时间内单位膜面积透过组分的量。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义２．１．３３］３．５　跨膜压差　狋狉犪狀狊犿犲犿犫狉犪狀犲狆狉犲狊狊狌狉犲犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲膜进水侧与产水侧的压力之差。１犌犅／犜３８５１１—２０２０注：改写ＨＹ／Ｔ１１２—２００８，定义３．６。３．６　比通量　狊狆犲犮犻犳犻犮犳犾狌狓通量与跨膜压差的比值。３．７　化学清洗　犮犺犲犿犻犮犪犾犮犾犲犪狀犻狀犵利用化学药剂去除膜的污染物的过程。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义７．２．８］３．８　产水量　狆狉狅犱狌犮狋犻狏犻狋狔在规定的运行条件下，膜元件、组件或装置单位时间内所生产的产品水的量。［ＧＢ／Ｔ２０１０３—２００６，定义２．２．１０］３．９　使用寿命评价预期参数　犲狓狆犲犮狋犲犱狆犪狉犪犿犲狋犲狉犳狅狉狊犲狉狏犻犮犲犾犻犳犲犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀在规定的跨膜压差、水温和污染物浓度条件下，中空纤维膜经多次连续产水和化学清洗，根据膜因受污染导致比通量衰减至无法恢复下限值时的单位膜面积总产水量和拟设计平均运行通量的值，计算膜的可使用时间，表征膜在该特定条件下使用寿命的参考数值。４　评价方法４．１　原理在一定的跨膜压差、水温和污染物浓度条件下，对中空纤维膜进行多次连续运行产水和化学清洗试验，计算试验过程中膜的比通量，在确保截留性能的情况下，根据膜因受污染导致比通量衰减至无法恢复下限值时的单位膜面积总产水量和拟设计平均运行通量的值，计算中空纤维膜在此条件下的可使用时间，以该可使用时间表征中空纤维膜在一定的跨膜压差、水温和污染物浓度条件下的使用寿命。４．２　试验条件水温：２５℃±１℃；跨膜压差：０．１０ＭＰａ。４．３　试剂除非另有规定，仅使用分析纯试剂。４．３．１　水，ＧＢ／Ｔ６６８２，三级。４．３．２　腐殖酸，ＣＡＳ：１４１５９３６。４．３．３　氢氧化钠，ＣＡＳ：１３１０７３２。４．３．４　次氯酸钠溶液，ＣＡＳ：７６８１５２９。４．４　样品截取外观完好的待测中空纤维膜中间段约２２０ｍｍ，用水浸泡１ｈ后漂洗，多次浸泡和漂洗至清洗水ｐＨ降为７．５以下，备用。４．５　试验方案和试验装置中空纤维膜使用寿命评价试验方案见附录Ａ中Ａ．１，试验装置见Ａ．２。２犌犅／犜３８５１１—２０２０４．６　试验步骤中空纤维膜使用寿命评价预期参数试验步骤如下：ａ）　取已制备的膜样品，根据膜使用条件下污染物浓度水平的高低，选定Ａ．１的试验方案，按Ａ．２连接好试验装置；ｂ）在跨膜压差０．１０ＭＰａ、水温２５℃±１℃条件下稳定运行产水，并开始计时，每１０ｍｉｎ记录１次时间狋狀及对应的累计产水量犙ｔ狀；ｃ）根据犙ｔ狀，按式（１）计算单位膜面积累计产水量犙ｓ狀，并按式（２）计算比通量犉ｓ狀；ｄ）当比通量衰减至表Ａ．１中的下限值以下８０％时，停止运行产水，将膜按表Ａ．１中的清洗方式清洗，记为运行１次；ｅ）以犙ｓ狀为横坐标，犉ｓ狀为纵坐标作图，并拟合为相关系数在０．９９以上的犙ｓ狀犉ｓ狀回归方程，根据方程计算犉ｓ狀的值为表Ａ．１中的下限值时的单位膜面积累计产水量犙狀，记为本次运行的单位膜面积累计产水量；ｆ）重复步骤ｂ）～ｅ），进行多次运行试验，直到比通量犉ｓ狀衰减至表Ａ．１中的下限值以下８０％，且清洗后比通量仍无法恢复至下限值以上时，停止试验；ｇ）根据每次运行中计算的单位膜面积累计产水量犙狀，按式（３）计算整个试验中膜的单位膜面积总产水量犙ｚ；ｈ）根据单位膜面积总产水量犙ｚ和膜的拟设计平均运行通量犉ｄ，按式（４）计算该运行条件下膜的使用寿命评价预期参数τ；ｉ）以上试验平行进行３组，取算术平均数，试验示例参见附录Ｂ。４．７　数据处理４．７．１　单位膜面积累计产水量中空纤维膜的单位膜面积累计产水量犙ｓ狀，按式（１）计算：犙ｓ狀＝１０００×犙ｔ狀３．１４×犇犔…………………………（１）　　式中：犙ｓ狀———试验记录的第狀个运行产水时间内膜的单位膜面积累计产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；犙ｔ狀———试验记录的第狀个运行产水时间内膜的累计产水量，单位为毫升（ｍＬ）；犇———膜的外径，单位为毫米（ｍｍ）；犔———膜的有效长度，单位为毫米（ｍｍ）。４．７．２　比通量中空纤维膜的比通量犉ｓ狀，按式（２）计算：犉ｓ狀＝６０×犙ｓ狀－犙ｓ狀－１（）狋狀－狋狀－１（）犘…………………………（２）　　式中：犉ｓ狀　———比通量，单位为升每平方米小时兆帕［Ｌ／（ｍ２·ｈ·ＭＰａ）］；犙ｓ狀———狋狀时间内的单位膜面积累计产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；犙ｓ狀－１———狋狀－１时间内的单位膜面积累计产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；狋狀———试验记录的第狀个运行产水时间，单位为分（ｍｉｎ）；狋狀－１———试验记录的第狀－１个运行产水时间，单位为分（ｍｉｎ）；犘———跨膜压差，单位为兆帕（ＭＰａ）。３犌犅／犜３８５１１—２０２０４．７．３　单位膜面积总产水量单位膜面积总产水量犙ｚ，按式（３）计算：犙ｚ＝∑狀狀＝１犙狀…………………………（３）　　式中：犙ｚ———单位膜面积总产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；犙狀———单次运行的单位膜面积累计产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；狀———运行次数。４．７．４　使用寿命评价预期参数中空纤维膜的使用寿命评价预期参数τ，按式（４）计算：τ＝犙ｚ犉ｄ…………………………（４）　　式中：τ———中空纤维膜使用寿命评价预期参数，单位为小时（ｈ）；犙ｚ———单位膜面积总产水量，单位为升每平方米（Ｌ／ｍ２）；犉ｄ———设计平均运行通量，单位为升每平方米小时［Ｌ／（ｍ２·ｈ）］。４．８　试验报告试验报告应包括以下内容：ａ）　样品名称、材质、规格型号；ｂ）送检单位、生产单位；ｃ）样品数量、编号及外观质量；ｄ）试验压力、水温、进水污染物及其浓度；ｅ）样品单位膜面积总产水量、拟设计运行通量、使用寿命评价预期参数；ｆ）试验人员、送样日期、试验日期。４犌犅／犜３８５１１—２０２０附　录　犃（规范性附录）中空纤维膜使用寿命评价试验方案及装置犃．１　试验方案中空纤维膜使用寿命评价试验方案如表Ａ．１所示。表犃．１　中空纤维膜使用寿命评价试验方案试验条件低污染物浓度水平高污染物浓度水平腐殖酸分散液浓度１０００ｍｇ／Ｌ１００００ｍｇ／Ｌ单位膜面积腐殖酸分散液负荷≥２００００ｍｇ／Ｌ试验装置及过滤运行方式正压试验装置、死端过滤负压试验装置、死端过滤清洗方式质量分数０．５％的ＮａＯＨ溶液＋０．５％的ＮａＣｌＯ溶液浸泡２ｈ，多次漂洗至清洗水ｐＨ降为７．５以下比通量衰减下限值５００Ｌ／（ｍ２·ｈ·ＭＰａ）犃．２　试验装置中空纤维膜使用寿命评价试验装置示意如图Ａ．１、图Ａ．２所示。取有效长度为２００ｍｍ的中空纤维膜，水平连接在检验装置上，压力表应检定合格，最大量程宜为０．１６ＭＰａ，准确度等级应不低于１．６级，且在检定周期内。说明：１　　———水槽；２———腐殖酸分散液；３，５，８———调节阀；４———水泵；６———压力表；７———膜样品池；９———产水测量槽。图犃．１　中空纤维膜使用寿命评价正压试验装置示意图５犌犅／犜３８５１１—２０２０说明：１　———水槽；２———腐殖酸分散液；３———膜样品池；４———压力表；５———水泵；６，７———调节阀；８———产水测量槽。图犃．２　中空纤维膜使用寿命评价负压试验装置示意图６犌犅／犜３８５１１—２０２０附　录　犅（资料性附录）中空纤维膜使用寿命评价示例犅．１　试验概况取有效长度为２００ｍｍ的中空纤维膜样品，以１００００ｍｇ／Ｌ的腐殖酸分散液为进膜液，在跨膜压差０．１０ＭＰａ、水温２５℃±１℃条件下稳定运行，连续产水和清洗，计算比通量衰减至５００Ｌ／（ｍ２·ｈ·ＭＰａ）时的单位膜面积总产水量，再根据设计平均运行通量，计算膜的使用寿命评价预期参数。犅．２　数据处理使用寿命评价预期参数试验及计算步骤如下：ａ）　在跨膜压差０．１０ＭＰａ、水温２５℃±１℃条件下稳定运行，每１０ｍｉｎ记录１次时间狋狀及对应的累计产水量犙ｔ狀；ｂ）　按式（１）计算单位膜面积累计产水量犙ｓ狀，按式（２）计算比通量犉ｓ狀；ｃ）　第１次运行试验数据如表Ｂ．１所示；表犅．１　第１次运行试验数据序号记录时间（狋狀）ｍｉｎ累计产水量（犙ｔ狀）ｍＬ单位膜面积累计产水量（犙ｓ狀）Ｌ／ｍ２比通量（犉ｓ狀）Ｌ／（ｍ２·ｈ·ＭＰａ）１１０８３．１４１１０．３２６６１９．４３２２０１４４．６７１９１．９７４８９８．８９３３０１９３．００２５６．１０３８４７．９３４４０２３３．３４３０９．６３３２１１．７８５５０２６９．００３５６．９５２８３９．１７…………………………２６２６０６０５．４１８０３．３６５９７．９３２７２７０６１１．８２８１１．８６５１０．３５２８２８０６１７．６４８１９．５９４６３．３８２９２９０６２３．４７８２７．３２４６４．１７…………………………３７３７０６６９．５４８８８．４５４２５．９６３８３８０６７４．６３８９５．２１４０５．６５３９３９０６７９．５０９０１．６７３８７．７４　　ｄ）　根据表Ｂ．１的数据，以犙ｓ狀为横坐标，犉ｓ狀为纵坐标作图，见图Ｂ．１，并拟合为相关系数在０．９９以上的犙ｓ狀犉ｓ狀回归方程；７犌犅／犜３８５１１—２０２０图犅．１　第１次运行试验犙狊狀犉狊狀数据图ｅ）　根据方程：犉ｓ狀＝－２９３０ｌｎ（犙ｓ狀）＋２０２０５，计算得出第１次运行试验中，