关于超滤膜检测的方法

魏雨瀚 ,陈艺 ,雷金申

摘  要：水体污染程度在随发展愈发加剧。膜分离技术作为近十几年来新型的污水处理方法，超滤膜广泛运用于工业废水和工艺水的处理过程之中，在食品、冶金、医药等行业中有良好的净污分离作用。因膜分离效果优越，占地面积小，在废水处理领域具有较好的应用前景。本文在超滤膜的检测方面介绍了膜通量、分子截留率的检测方法，根据国家标准和行业标准为基础，在传统检测的方法上进行系统性的改进，通过自主设计的检测流程，实现了系统性检测，解决了传统人工分布测量、整理、计算的繁杂性。

关键词：超滤膜检测；采集元件；膜通量；分子截留率

1概述

1.1行业现状

随着现代工业发展节奏加快，人民生活水平在不断提升，截至2020年生活污水排放量已经达到571.4亿立方米，同时随着我国污水处理量也表现为逐年增长趋势，每年排放增长率约22%，污水在进行预处理之后，为进一步提高排放水质通常会采用超滤膜进行三次处理，但对超滤膜检测仍然是处于检测手段较为基础的情况。

1.2超滤膜优势

①超滤膜可以运用于污水处理、食品行业、冶金、医药制药等多个领域。

②超滤膜再次使用率高，具有分离效率高、净化浓缩效率高等特点。

③超滤膜使用中能耗低，生产周期短，使用整体运行费用低，大幅度降低生产成本，提高企业经济效益。

④占地面积少，操作与维护简便。

1.3行业背景

在超滤膜质量检测，检测项目方面拥有国标标准，但在检测设备目前只有相关行业标准。在十四五规划中出台相关政策、出台相关文件，鼓励智能制造行业的发展，超滤膜检测方法手段系统化发展成为大势所趋，行业标准中指出，为解决膜产品品质参差不齐、鱼龙混杂，处理后的水质不可以进利用的问题，加强了对超滤膜检测的相关标准，因此超滤膜检测系统化发展迫在眉睫。

1.4实验意义

为更好地了解超滤膜在生产中或实验室研究中对单片膜，系统性了解质量好坏的方法。生产中为了解决超滤膜在实际生产中因工艺的误差性或系统性误差，导致的超滤膜质量难以保持持续良品率的问题；实验中为了解决对于新型膜产品铸膜液配比的可行性，进而促进新型膜产品的研发。

1.5传统检测方法

超滤膜投入市场前检测或实验室检测实验在传统操作中，主要针对膜通量、纯水透过率、膜完整性、膜耐压性进行检测测试。检测方式通常是通过人工进行对压强计、流量计、电导率仪的数据进行记录，根据以下公式进行计算：

膜通量：

—膜通量，

—透过量，

—透过所用时间，

—膜有效过滤面积，

分子截留率：

—分子截留率，

—原液中的溶质浓度，

—透过液中的溶质浓度，

1.6超滤膜中平板膜与中空纤维膜检测方法

1.6.1平板膜检测方法

平板膜通常将整批次膜通过抽检的方式，进行打孔取样的方式进行检测，以比例抽样法为基础进行的抽样检测方法。

1.6.2中空纤维检测方法

中空纤维膜是将整段膜丝进行比例抽样的方法，多根膜丝组合为整体进行整体检测的方法。

1.7检测参照指标

《中空纤维超滤膜和微滤膜组件完整性检验方法》（GB/T 36137—2018）

《超滤膜测试方法》（GB/T 32360—2015）

《超滤膜及其组件》（HY/T 112—2008）

2实验部分

2.1检测实验材料（电子数据采集元件）

流量定量控制仪S201：控制最大流量，以防止流量过大导致系统损坏

雷泰吸水泵30W：整体驱动元件，通过压力驱动，进行检测

DC24V电磁阀：控制整体设备的启动与停机

G1/4流量计：计量时刻流经检测原液、净水的流量

2.2实验器具

标准化检测膜片裁剪器—直径为4.5的圆形打孔器

DN15闸阀

DN15排气阀

错流检测塔—承载检测膜片基础

图一 错流检测塔分解图

2.3实验过程

检测方法是将待检测超滤膜膜片通过标准化检测膜片裁剪器，裁剪为约16标准化膜片样品，放置错流检测塔内部，通过水泵对检测原液加压进行压力驱动的方式，将原液送至检测塔，通过错流塔内部放置的超滤膜标准化膜片，再流经检测采集元件，将膜相关原始指标数据进行采集，利用基本运算公式进行膜通量与分子截留率的计算。为了达到多种不同型号膜指标检测，并且最大程度符合超滤膜使用实际情况，检测流程设计根据污水处理厂膜组件设计为基础，从而进行的检测流程设计。并且整套流程需要满足检测过程中最大压强、酸碱性、腐蚀性，其中的水泵压力、阀门相关数值均可进行调节，进一步最大条件符合实际使用情景。为防止因采集元件的采集系统误差导致对指标的准确度下降，利用散点图矩阵法，将检测采集的数据和计算的相关数据进行数学建模，将极限数据进行排除，以提高检测的精准度。

2.4膜通量检测方法

膜通量检测环境为25.0±1.0℃，检测水泵提供压力为0.20±0.05MPa，检测原液可根据实际使用情况进行不同选取（使用纯水进行检测，检测最终结果则为纯水透过率）。放置超滤膜检测膜片于错流检测塔内部，调节进水、出水闸阀保持检测过程为开启状态，开启水泵调节压力0.20±0.05MPa，保证检测原液全部浸润膜片之后防止检测采集元件系统误差，预运行30s，流量计的数据值稳定没有大幅度波动后进行数据记录，数据每30s进行一次数据记录，保证数据的线性记录，更加直观体现出超滤膜在随检测时间进程的进行，超滤膜性能的变化线性变化。

纯水透过率：

—纯水透过率，

—透过量，

—透过所用时间，

—膜有效过滤面积，

2.5分子截留率检测方法

分子截留率检测原理是通过电导率仪进行滤前的原液与滤后的净水杂质浓度进行测量，进一步进行分子截留率的指标运算。膜通量检测环境为25.0±1.0℃，检测水泵提供压力为0.20±0.05MPa，其中测量条件电导率需要10us/cm高于才可以进行此系统进行检测，检测原液可根据实际使用情况进行不同选取（如使用纯水则分子截留率就为1），放置超滤膜检测膜片于错流检测塔内部，调节进水、出水闸阀保持检测过程为开启状态，开启水泵调节压力0.20±0.05MPa，保证检测原液全部浸润膜片之后防止检测采集元件系统误差，预运行30s，电导率仪数据值稳定没有大幅度波动后进行数据记录，数据每30s进行一次数据记录，保证数据的线性记录，更加直观体现出超滤膜在随检测时间进程的进行，超滤膜性能的变化线性变化。其中原液电导率需要高于净水电导率才可以作为有效数据进行指标利用。

2.6创新检测方法

为了解决在数据记录之后的人工计算，因为人工计算误差大会导致最终结果偏离实际指标。因此采用计算机代替人工进行数据处理、计算、归档，结合基础运算公式，将检测采集元件采集到的数据进行输入，计算机将会自动带入数据进行运算，从而减小人工计算误差和减少人力成本。本系统结合多种检测采集元件，可达到单次检测实现多指标的同时检测，可以降低检测的时间成本。

3结论

本文依托传统超滤膜检测为基础，设计了多指标的检测流程，若干性能测试融合于一体，便于使用，实际使用可降低检测数据采集后的运算人力成本和检测时间成本，其中最主要通过检测采集元件流量计、电导率仪、压力计的整合，实现精准测量相关指标，并结合计算机辅助运算，达到了一机多用的功能。

参考文献

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[4]中空纤维超滤膜和微滤膜组件完整性检验方法：GB/T 36137—2018

[5]超滤膜测试方法：GB/T 32360—2015

[6]超滤膜及其组件：HY/T 112—2008