06
2023
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01
膜處理技術標(biāo)準匯總。
作者:
由於我國分離膜行業發展較晚,出台的國家標(biāo)準和行業標準較少,其中(zhōng)膜與膜組件標準有21項,與膜產品(pǐn)相關的(de)裝置(zhì)標準有24項,全部為推薦性標(biāo)準,除5項為國家標準外,其他均為行業標準,主要是海洋行業標準,為27項。
標準作為行業發展的一個重要步驟,起著肯定已有成果、引導行業(yè)發展方向的重要作用,具有很強的(de)指導性。因此相關標準的製定對促進膜產業(yè)科學化、規(guī)範化管理,引導膜(mó)產業朝著健康(kāng)有序的方向(xiàng)發展,推動膜(mó)技術(shù)廣泛應用起到了(le)重要的技術支撐作(zuò)用。
膜產品(pǐn)技術指標
膜產品的相關性能指標繁多,主要有分離透過性能、物理性(xìng)能和化學性能三大類(lèi),其中分離透過性能包括:產水量、水通量、純水透過率、截留分子質(zhì)量(liàng)(切割分子質(zhì)量)、截留率、脫鹽率、回收(shōu)率、最大孔徑、平均孔徑、孔徑分布、孔隙率(lǜ)、氣密性及完整性等;膜物理性能有:結構性能(外觀、膜麵積(jī)、膜厚、膜(mó)絲內外徑)、機械(xiè)性能(拉伸強度(dù)、爆破強度(dù)、彎曲強度、柔潤指數、斷(duàn)裂伸(shēn)長率)、電性(xìng)能(荷電性、Zeta電位)、親水(shuǐ)性(xìng)(接觸角)及耐熱性(最高操作溫度)等;膜化學性能有:化學穩(wěn)定性(化學相容性)、耐氧化性(xìng)(短時餘氯(lǜ)耐受限度、過氧化(huà)氫耐(nài)受限度(dù))、耐酸堿性(運行及(jí)清洗pH範圍)及耐汙染性(xìng)能等。
膜分離透過性能反映了濾(lǜ)膜(mó)的適用範圍,物理性能和化學性能反映(yìng)了濾膜(mó)的使用條(tiáo)件。膜分離透過性能是膜產品最重要的技術指標,相關研究和測試方法較多,也是現有膜產品標準(zhǔn)的主(zhǔ)要技術內容,膜物理和化(huà)學性能指標除結(jié)構性能外,相關標準還是空白。
膜與膜組件標(biāo)準分析
膜產品按膜分離過程分類為微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜、反滲透(RO)膜及離子交(jiāo)換膜(mó)等;按膜組(zǔ)件型式分類(lèi)可分為平板膜、卷(juàn)式膜、中空纖維膜(柱式、簾式)及管式膜、碟管式膜等。
通用(yòng)標準
通用標準包括《膜分離(lí)技術術(shù)語》(GB/T20103—2006)和《膜組件及裝(zhuāng)置型號命名》(GB/T20502—2006)。其中GB/T20103—2006標準界定(dìng)了膜(mó)分離領域包括電滲析、反滲透、納濾、超濾(lǜ)、微濾、氣體分離(lí)膜及離子交換膜的常用術語,對膜分離技(jì)術領域(yù)的221條術語進行了定義(yì),適用於膜與膜材料、膜組件、液體分(fèn)離、氣體分離及其他膜分離過程。GB/T20502—2006標準規定了膜組件及裝置(zhì)型號的命名規則,適用於反滲透、納濾、超濾、微濾、氣體分離膜、電滲析及電去離子裝置。
反滲透(RO)膜標準
反滲透膜標準有(yǒu)4項:
《中空纖維反滲透膜測試方法(fǎ)》(HY/T049—1999)、
《中空纖維反滲透技術中空纖維反滲透組件(jiàn)》(HY/T054.1—2001)、
《中空纖維反滲透技術中空纖維反滲透組件測試方法》(HY/T054.2—2001)、
《卷(juàn)式反滲透膜組件測試方法》(HY/T107—2008)。
HY/T049—1999標準規(guī)定了(le)中空纖維反滲透膜除鹽(yán)率和水通量(liàng)的測試條件和測試方法(fǎ),適用於進水為自來水、苦鹹水及海水的中空(kōng)纖維反滲(shèn)透膜的測試。在測試前要(yào)進行(háng)試樣(yàng)製備(bèi),將膜絲用環氧樹脂粘結於尼龍管或橡皮(pí)塞上,然後將固化的膜樣裝入測(cè)試管中在測試裝置上進行測試,但對樣品的製備(bèi)及測試管的要求沒有做出具體詳細的規(guī)定或說明。水通量的測定用量筒和秒(miǎo)表測量,不要求恒溫,測得的(de)數據查(chá)表換算成25℃時(shí)的數值(zhí)。
HY/T107—2008標準規定了卷式反滲透膜元件(jiàn)脫鹽率、回收率、產水量、水通量、密封泄漏點及氣密性6個參數的測試方法。脫鹽率可按氯化鈉濃度(dù)法或電(diàn)導率法計算。
目前,中空纖維反滲透膜已很少見,工程中應用(yòng)的幾乎(hū)全為(wéi)卷式反滲透膜,但是缺乏對卷式反滲透膜元件性能技術要求做(zuò)出規定的標準,質檢機構隻能根據廠家的標稱值進行質量檢驗,評判尺度不統一。由時代沃頓公司承擔起(qǐ)草的海洋行業標準《卷(juàn)式(shì)聚酰胺(àn)複合反滲透膜元件(jiàn)》發布實施後將解決這一問題。
納濾(NF)膜標準
納濾(lǜ)膜標準有1項,即《納(nà)濾膜及其元件》(HY/T113—2008)。
該標準規定了納(nà)濾膜及其元件的分類與型號(hào)、要求(qiú)、檢測、檢驗規則等。技術要求規定了在標準條件下納濾膜對(duì)於一價離子(zǐ)及二價(jià)離(lí)子的水通量和脫除率(lǜ),脫鹽率可按重量法或電導率法測量。一價離(lí)子以500mg/L的NaCl為測試液,脫(tuō)除率應不小於30%;二價離子以2000mg/L的MgSO4為測(cè)試液,脫除率應不小於90%。
超(chāo)濾(UF)膜標準
超濾膜標準(zhǔn)有3項:
《中空纖維超濾膜測試方法》(HY/T050—1999)、
《中空纖(xiān)維(wéi)超濾膜組件》(HY/T062—2002)
《超濾膜及其組件》(HY/T112—2008)。
HY/T050—1999規定了(le)純水透過率、截留分(fèn)子質量及截留率的測定方法。所用標準物質聚乙二醇(chún)測(cè)試液濃度定為5000mg/L,操作上不易實現,應該給出一個允許誤差範圍;所用標準物質牛血清蛋白測試液濃度為1000——3000mg/L,範圍太寬,不科學。關於純水透過率的測試條件,對測試結果有重要影響的測試(shì)液溫度及回收率,標準中未做(zuò)出規定,缺乏嚴格(gé)性。
HY/T062—2002規(guī)定了中空纖維超濾膜組(zǔ)件的分類(lèi)與(yǔ)型號、要求、試驗方法等。其(qí)中試驗方法均要求按HY/T050—1999的規定操作,但這兩項標準有不對(duì)應的地方,例如在HY/T050—1999中找不到“外觀檢測(cè)”和“滲漏檢測”的規定;另外所用術語也存(cún)在不統一,例如(rú)HY/T062—2002中“純水通量”指標在HY/T050—1999中(zhōng)以“純水透過率”表述。
HY/T112—2008規定(dìng)了對超(chāo)濾膜的技術要求,專門規定了用於海水(shuǐ)預處理的超濾膜組件的技術要(yào)求。純水通量及截留性能試(shì)驗方(fāng)法要求按HY/T050—1999的(de)規定執行。另外,規定了完(wán)整性檢測、滲漏檢驗(yàn)及耐壓性能試驗的方法,但(dàn)後兩者按(àn)廠家(jiā)標稱的最大工作壓力測試,無統一確定的測試壓力規定。耐壓性能(néng)試驗要求在標稱的最大跨膜壓差下運(yùn)行(háng)12——24h,測試周期過長。
微濾(MF)膜標(biāo)準
微濾膜標準有6項:
《微孔濾膜孔(kǒng)性能測定方法》(HY/T039—1995)、
《中空纖維(wéi)微孔濾膜測試方法》(HY/T051—1999)、
《微孔濾膜》(HY/T053—2001)、
《中空纖維微濾膜組件》(HY/T061—2017)、
《聚偏氟乙烯微孔濾膜》(HY/T065—2002)
《聚丙烯中空纖維微孔膜》(HY/T110—2008)。
HY/T039—1995標準規定了最大孔(kǒng)徑、平均孔徑、孔徑(jìng)分布及孔隙率等性能指標及其檢測方法。該標準(zhǔn)適用於測(cè)定平均孔徑為0.1——20靘多孔膜的最大孔徑(也可用泡點壓力表示)、平(píng)均孔徑、孔徑分布及孔隙率,測試對象為膜片。測定裝置采用HY/T038—1995規定(dìng)的CTL——D型膜孔徑測定儀,該(gāi)裝置為杭州水(shuǐ)處(chù)理中心自製(zhì),不具有通(tōng)用性。
HY/T051—1999標準規定了用泡點壓力法測(cè)試(shì)中空纖維微孔(kǒng)濾(lǜ)膜最大孔徑的方(fāng)法及(jí)水(shuǐ)通量(又稱純水透過率(lǜ))測試方法。
HY/T053—2001標準規定了微孔濾(lǜ)膜的產品標記、要求、試驗方法等(děng)。規(guī)定了膜的厚度範圍、親水性和疏水性微孔濾膜泡點壓力及通量(liàng)值。泡點壓力測定按HY/T039—1999規定執行,通量是將濕潤的直徑為47mm的膜片裝(zhuāng)在過濾器上在0.09MPa的負壓條件(jiàn)下測得,不(bú)要求恒溫,根據實測水溫時的通量值,用溫度校(xiào)正因子換算成25℃的通量。
HY/T061—2017標準(zhǔn)規定了殼式和無殼式中空纖維微濾膜組件的要求(qiú)、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)規(guī)則(zé)及(jí)標誌、包裝、運輸和(hé)貯存。本(běn)標準適用於殼式和無殼式中空(kōng)纖維微濾膜組件的科(kē)研、生(shēng)產、使用(yòng)和管(guǎn)理。
HY/T065—2002標準適用於氣體淨化用的聚(jù)偏氟乙烯微孔濾膜。過(guò)濾精度(dù)分為0.01靘和0.3靘兩種,性能要求中規定了空氣通量、孔隙率(lǜ)和截留率指標值。過濾(lǜ)精度與截留率采用氣溶膠和完(wán)整性試驗方法測定,孔隙率用(yòng)汞壓儀測定。
HY/T110—2008標準規(guī)定了聚丙烯中(zhōng)空纖維(wéi)微孔膜產品的分類及型號、要求、試驗方法(fǎ)等。分別規定了疏水性膜和親水性膜(mó)的最大孔徑、孔隙率、氣體通量。對膜絲的平均直徑和壁厚做出了相應的規定。最大孔徑(jìng)、純水通量按HY/T051—1999規定(dìng)執行,孔隙率按HY/T065—2002規定執行,標準還規定了膜絲平均直徑、壁厚和氣體流量的測量方法。
簾式(shì)膜標準
簾式膜標準有1項,即《中空纖維簾式膜組件》(GB/T25279—2010)。
該標準適(shì)用於中空纖維簾式微孔濾膜組件和中空纖維簾式超濾膜組(zǔ)件(jiàn)兩類。規定了膜組件的分類(lèi)與型(xíng)號、要求、檢測方法(fǎ)、檢驗規則等。對(duì)外觀、外形尺寸、無滲漏(lòu)性及產水(shuǐ)量做出了具(jù)體要(yào)求(qiú)。產水量的測試條件:自來水,25℃,——0.02MPa。
陶瓷微孔濾膜標準
陶瓷微(wēi)孔濾膜標準有3項:
《管(guǎn)式陶瓷微孔(kǒng)濾膜元件》(HY/T063—2002)、
《管式陶瓷微孔濾膜測試方法》(HY/T064—2002)
《陶瓷微孔濾膜組件》(HY/T104—2008)。
HY/T063—2002標準規定了(le)管式陶瓷微孔濾膜(mó)元件的外觀、尺寸(cùn)公差、性能要求、試驗方法及檢驗規則等。性能要求包括:最大孔徑、平均孔徑、孔隙率、純水通量、彎曲強度及耐酸堿性能。性能測試方法按HY/T064—2002標(biāo)準進行。
HY/T064—2002標準與HY/T063—2002配套。HY/T104—2008標準規定了陶瓷微孔濾膜組件的分類與型號、要求(包括主要尺寸、使用條件等)、試驗方法及檢驗規(guī)則等。
離子交換膜標準
離子交換膜標準有1項,即《電(diàn)滲析技術異(yì)相離子交換膜》(HY/T034.2—1994)
該標準規定了電滲析異相離子交換膜的技(jì)術要求、試驗方法及(jí)檢驗規則等(děng)。指標包括外觀、含水(shuǐ)率、交換容(róng)量、麵電阻及選擇透過率。
膜產品裝(zhuāng)置標準(zhǔn)
膜產(chǎn)品通過組裝成裝置或設備應用於許多行業,裝置標準的建立促進了膜(mó)技術的廣泛應用。反(fǎn)滲透膜產(chǎn)品裝置標(biāo)準有:
《反滲透水處理設備》(GB/T19249—2003),
《反滲透係統膜元(yuán)件清洗技術規範》(GB/T23954—2009),
《純(chún)水機》(CJ/T168—2002),《生活垃圾滲濾液碟管(guǎn)式反滲透處理設備》(CJ/T279—2008),
《反滲透海水淡化裝置》(CB/T3753—1995),
《火(huǒ)電廠反滲透水處(chù)理裝置驗收導則》(DL/T951—2005),
《反(fǎn)滲透裝置》(HCRJ065—1999),
《環境保護(hù)產品技術要求反滲透水處理裝置》(HJ/T270—2006),
《反滲透裝置完好要求和檢查評定方法》(SJ/T31455—1994),
《飲用(yòng)純淨(jìng)水製備係統SRO係列反滲透設備》(HY/T068—2002),《膜法水處理反滲透海水(shuǐ)淡(dàn)化工(gōng)程(chéng)設計規範》(HY/T074—2003);納濾膜產品裝置標(biāo)準有:《納濾裝置》(HY/T114—2008);超濾膜產品裝置標準有:《超濾水處理設備》(CJ/T170—2002),
《中(zhōng)空纖維超濾裝(zhuāng)置》(HY/T060—2002),
《環境保護產品技術要求超濾裝置(zhì)》(HJ/T271—2006),
《火力發(fā)電廠超濾水(shuǐ)處理裝置驗收導則》(DL/Z952—2005),
《家用和類似用途超濾淨(jìng)水機》(QB/T4143—2010);微濾膜產品裝置標準(zhǔn)有:《微濾水處理設備》(CJ/T169—2002),
《GTL——D型膜孔徑測定儀》(HY/T038—1995),
《聚偏氟乙烯微孔濾膜折疊式過濾器》(HY/T066—2002),
《中空纖維微孔濾膜(mó)裝置》(HY/T103—2008);離子交換膜產(chǎn)品裝置標準有:《電滲析技術電滲析器》(HY/T034.3—1994),
《電去離子膜堆(duī)(組件)》(HY/T120—2008),
《環境保護產品技術要求電滲析裝置》(HJ/T334—2006)。
膜技術標準重點內容分析
超濾膜截留性能
超濾膜的(de)截留性(xìng)能包括截留分子質量和截留率兩項指標,是超(chāo)濾膜最重要的分離性能指標。截留率是指超濾膜截留特定溶質占溶液總特定溶質的比率,截留分子質量是指膜對某種特定溶質截留率達到90%以上時的最小分子質量。
它們是反映膜孔徑大(dà)小和分布(bù)的替代參數,決定了超濾膜的分離性能。
我(wǒ)國超濾膜的3項(xiàng)標準中,關於截留性能的測試,都采用標準HY/T050—1999的方法。在該標準中,規定用於超濾膜截留性能的(de)測量的基準物質為以下幾種:聚乙二醇(分子質量為6000、10000、20000u);細胞(bāo)色素C(分子質量為13000u);卵清蛋白(分子質量為45000u);牛血清蛋白(分子質量為(wéi)67000u)。
盡管目前已經有較多的基準物質(zhì)應用於超濾膜(mó)截(jié)留性能的(de)測試,但是這些化合物並不完全具備超濾膜截留性能檢測用基準物質的特(tè)性(xìng),不能很好地滿足準確測定超濾膜截留性能的要(yào)求。主要存在如(rú)下問題:
①單一化合物分子質量分布不(bú)集中,凝膠色譜(pǔ)測試測得重均/數均分子質量比值(Mw/Mn)>1.1,不適合用作基準物質(zhì);
②聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷及葡聚糖等化合(hé)物雖然具備純度高、性質穩定、分子質(zhì)量分布(bù)窄等優點,但是這類化合物的(de)分子構型(xíng)為線型且濃度隨環境(jìng)變化而變化,不能確切地表征超濾(lǜ)膜的截留性能,測出的截留率不可靠。
③牛血清蛋白和卵清蛋白(bái)等蛋白質雖(suī)然具有分子質量(liàng)分布範圍非常小、分子形狀基本呈圓球形等優點(diǎn),但是蛋白質的球形是非剛性的,容易受到測試條件(如壓力和溫(wēn)度變化)的影響。另外,可用的蛋白質分子質(zhì)量隻有極少數幾種(zhǒng),而且蛋白質的價格(gé)昂(áng)貴。更為嚴重(chóng)的是,牛(niú)血清蛋白等(děng)蛋(dàn)白質類物質對膜材(cái)料的吸附性強易造成測試結果誤差大,尤其是對於聚碸超濾膜,且這種吸附甚(shèn)至是不可逆的。
④目(mù)前,工程(chéng)中大量應用(yòng)100000u以上截(jié)留分子(zǐ)質量的超濾膜,但測試標(biāo)準中基準物質的(de)最高分子質量隻有(yǒu)67000u,無法滿足測試需要(yào)。另外,隨著技術的(de)發展,超濾(lǜ)膜(mó)表麵改性後可能發生顯著變化,如吸附(fù)了功能性物質或者帶有電荷,在此(cǐ)情況下利用傳(chuán)統(tǒng)的基準物已經不能夠準確測量超濾膜的截留性能。
基於現有基準物質存在的不足及行業對超濾膜截留性能測試的需求,亟待開(kāi)發性能優良的(de)係列基準物。
微濾膜孔(kǒng)徑
微濾膜的孔徑與膜的分離性能和(hé)通量密切相關,是微濾膜最重要的(de)特(tè)性表征參數。標準(zhǔn)HY/T051—1999根據泡點法測定濾膜最大孔(kǒng)徑(jìng),但是該方法是建立在膜孔為均勻通直圓孔的假設條件下,所測得的結果與(yǔ)實際(jì)相比往往存在誤差。因為微濾膜孔是極其複雜和不規則的,對(duì)於微濾膜而言(yán),孔徑是指貫通於膜兩表麵的孔通道中最窄細處的通道半徑,即貫通孔(kǒng)的孔頸半徑。另外,測定過程中容易受到(dào)潤濕(shī)效應、升壓速率(lǜ)、孔的長度、潤濕液與膜材料的親和性等因素的影響(xiǎng),重現性差。
為真實地(dì)測定微濾膜及組(zǔ)件的孔徑,可借鑒超濾膜截留性能測定方法,配製具有一(yī)定粒徑範圍的標準粒子(zǐ)溶液作為原水,通過微濾膜過濾後,用顆粒計(jì)數(shù)儀測(cè)定原水和透過(guò)水中不同粒(lì)徑的(de)標準顆粒數目,根據微濾膜對標準顆粒的截留情況,可以得到微濾膜組件的孔徑及孔徑分布數(shù)據。
總結(jié)
一、雖然我國膜技術標準發展取得了相當的成果,但標準仍然滯後於行業發展,標準的數量和質量還不能滿足需要(yào)。
二(èr)、現(xiàn)有膜技術標準中涉及的性能參數主要為分離透過性能指標,膜物理性能和化學性能指標的相關標準有待建立。
三、一些早期的標準需要盡快(kuài)進行修訂。
四、現有基(jī)準物(wù)質不能滿足行業對超濾膜截留性能測試(shì)的需要,亟待開發性能優良(liáng)的係列基準物。
五、可研究(jiū)采用標準粒子法真實地測定微濾膜(mó)及組件(jiàn)的孔徑和孔徑(jìng)分布。
六、標準是膜產品的質量準則和進行膜產品質量監督檢驗(yàn)的依據,對於我國(guó)膜技術標(biāo)準的(de)發展(zhǎn),建議如下:
一是完善標準體係建設。構建一個結構合理、內容完整、重點突出、層次分(fèn)明的分(fèn)離(lí)膜標準體係框架(jià),引導分離膜標準化工作科學發展;
二是深入開展標準基礎研究,提(tí)高分離膜標準技(jì)術水平;
三是製定強製標準,保證(zhèng)分離膜用(yòng)於飲用水等方麵的健康安全;
四是加強分離膜(mó)產(chǎn)品質量監管,常態化進行國家膜產品(pǐn)質量監督抽查;
五是推行膜產品質量認證,實行市場準入;
六是加強分離膜標(biāo)準的(de)宣貫,促進分離膜領域標準化基礎知識的普及和標準對行業(yè)的規範(fàn)作用。
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