模擬膜破損對不同基材過濾性能的影響

邱薰藝，王 巍，蔡偉龍

（廈門三維絲環(huán)保股份有限公司，福建 廈門 361101）

模擬膜破損對不同基材過濾性能的影響

邱薰藝，王 巍，蔡偉龍

（廈門三維絲環(huán)保股份有限公司，福建 廈門 361101）

通過模擬不同基材覆膜濾料的膜破損情況，與膜完好的覆膜濾料進行過濾性能對比，闡明以玻纖水刺氈濾料為基材的覆膜濾料，因其自身具有良好的過濾性能，可以有效降低破膜產(chǎn)生的不良影響。而以玻纖機織布為基材的覆膜濾料，一旦膜破損，過濾性能大幅下降，說明該類基材自身過濾性能差，只能依賴PTFE膜進行過濾。

覆膜濾料；水刺氈；PM2.5；聚四氟乙烯（PTFE）膜；膜破損

1 前言

隨著國家和社會對PM2.5粉塵大氣污染治理越來越重視，2014年水泥行業(yè)史上最嚴的環(huán)保新標準正式出臺，環(huán)保部發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》和《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》。新標準重點提高了顆粒物的排放控制要求，根據(jù)除塵技術(shù)的進步，新標準將粉塵排放限值由原來的50mg/m3（水泥窯等熱力設(shè)備）、30mg/m3（水泥磨等通風(fēng)設(shè)備）收嚴至30mg/m3和20mg/m3。

覆膜濾料對于微細粉塵有著極佳的捕集作用，是控制PM2.5的有效手段，同時覆膜濾料相比普通濾料也因有更低的運行壓差及更長的清灰周期而受到用戶青睞。其缺點則是膜較嬌嫩，易損傷破損。如何有效降低覆膜濾料的破膜風(fēng)險，是目前濾料技術(shù)的一個研究方向。改變基材則是玻纖類覆膜濾料一個最為有效的方法，采用高壓水刺技術(shù)制成的玻纖復(fù)合氈濾料擁有優(yōu)異的機械性能、耐溫耐化學(xué)性能，可替代各種玻纖機織布的工況。玻纖水刺氈濾料自身已具備良好的過濾性能，作為基材替代機織布制作覆膜濾料，能進一步提高濾料的過濾精度，并降低PTFE膜破損時產(chǎn)生的不良影響，本文由此出發(fā)，通過模擬磨損兩種基材覆膜濾料，對其過濾性能進行比較，闡述覆膜濾料基材的重要性。采用水刺玻纖復(fù)合氈作為覆膜濾料基材，突破了玻纖機織布覆膜濾料依賴膜過濾的局限性，具有更高的應(yīng)用價值。

2 實驗方案

2.1 實驗樣品

在玻纖機織布覆膜濾料及玻纖水刺覆膜濾料上相鄰的位置各裁取2塊樣品，利用工具對PTFE膜產(chǎn)生微磨損。模擬破損后覆膜濾料在宏觀表現(xiàn)中透氣量并無明顯變化，如表1所示，且肉眼難以觀察出破損，但在顯微鏡下可觀察到PTFE膜已受損，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

表1 覆膜濾料樣品透氣量

圖1 完好機織布覆膜濾料（左）及磨損后機織布覆膜濾料（右）

圖2 完好機織布覆膜濾料（左）及破損后機織布覆膜濾料（右）顯微鏡下放大10倍

圖3 完好水刺氈覆膜濾料（左）及磨損后水刺氈覆膜濾料（右）

圖4 完好水刺氈覆膜濾料（左）及模擬破損后水刺氈覆膜濾料（右）顯微鏡下放大10倍

2.2 主要儀器與實驗樣品

儀器：濾料模擬測試裝置（德國FilTEq）。

樣品：1m2玻纖水刺氈覆膜濾料SGL206JX1F；1m2玻纖機織布覆膜濾料GL207JF。

2.3 實驗方法

對比4個濾料的過濾性能，測試標準采用ASTM D6830，具體步驟為5s定時噴吹1萬次老化濾料 + 30次1000Pa定壓噴吹穩(wěn)定化濾料 + 總過濾時間為6h的1000Pa定壓噴吹。

3 結(jié)果與討論

3.1 粉餅層形成過程中濾料過濾過程

潔凈濾料需要一個粉塵負載形成穩(wěn)定粉餅層的過程，通常稱之為“老化”。粉餅層趨于穩(wěn)定時具體表現(xiàn)為濾料壓差上升趨勢減緩，最終達到平穩(wěn)。

圖5為不同基材的覆膜濾料模擬破損前后的濾料老化階段壓差曲線圖。

圖5 濾料老化階段壓差曲線

如圖5顯示，未磨損的兩種濾料老化過程阻力上升緩慢，而經(jīng)模擬破損處理后的玻纖機織布覆膜老化時阻力明顯上升。這是由于玻纖機織布作為基材，本身基本無過濾效果，即使膜僅有輕微破損，粉塵也會由此處大量滲透進濾料并穿透過去，濾料阻力更高，排放濃度更高。相反，模擬破損后的玻纖水刺氈阻力曲線無明顯變化，說明玻纖水刺氈基材中纖維纏結(jié)致密，基材本身就是高效的過濾介質(zhì)，膜雖有輕微破損仍可以有效攔截粉塵，防止粉塵進入濾料深層。所以濾料壓差上升較為平緩，與完好濾料的壓差曲線基本重合。

3.2 老化后6h的過濾壓差

經(jīng)過老化及穩(wěn)定化處理后，對4個樣品進行1000Pa定壓清灰的6h過濾。從圖6可看出，當PTFE膜完好無損時，2種不同基材的濾料壓差曲線基本重合。

圖6 濾料6h定壓清灰階段壓差曲線

當模擬PTFE膜發(fā)生破損時，破損處的基材濾料參與過濾，破損處將成為整個濾料的“短板”。如表2所示，破損的玻纖機織布覆膜濾料阻力達到470Pa。水刺氈由于能將粉塵有效攔截，粉塵不會滲入濾料深層，濾料阻力為415Pa，比完好的覆膜濾料僅高出25Pa。

表2 實驗結(jié)束后殘余阻力

3.3 老化后6h的清灰周期

濾料6h定壓清灰階段清灰周期曲線見圖7。圖7與圖6的壓差結(jié)果一致，完好覆膜濾料清灰周期長；模擬破損處理后的覆膜濾料清灰周期較短，特別是破損處理后的機織布覆膜濾料清灰周期明顯小于磨損處理后的水刺氈覆膜濾料。

圖7 濾料6h定壓清灰階段清灰周期曲線

3.4 老化后6h的排放濃度

排放濃度是濾料性能的一個重要指標。經(jīng)老化后濾料的排放濃度已較為穩(wěn)定。從圖8及表3可看出，完好的覆膜濾料由于其PTFE微孔膜可有效攔截粉塵，濾料排放濃度很低，僅為0.001mg/m3。

圖8 濾料6h定壓清灰階段排放濃度

表3 試驗前后排放濃度比較

破損處理后的玻纖機織布覆膜濾料，由于機織布本身無法有效攔截粉塵，造成大量粉塵滲透，排放濃度達到0.366mg/m3，與完好覆膜濾料相差2個數(shù)量級。

破損處理后的玻纖水刺氈覆膜濾料，由于基材本身具有致密的纖維層，能有效攔截粉塵，僅有少量粉塵穿透，排放濃度為0.004mg/m3，和完好覆膜濾料處于同一數(shù)量級。

由此可見，機織布覆膜濾料在破膜后的排放濃度遠遠高于完好濾料，在實際工況中這可能會導(dǎo)致排放濃度超標，而水刺氈覆膜濾料在破膜后的排放濃度與完好濾料保持在同一數(shù)量級，可極大降低破膜帶來的不良影響。

3.5 無覆膜濾料的過濾性能

當膜破損最嚴重時，濾料表面的PTFE膜已完全去除，因此用無覆膜的玻纖機織布及玻纖水刺氈進行實驗。由于玻纖機織布基本無過濾效果，在1萬次老化過程中因排放濃度過大，超出儀器量程，風(fēng)量低于警戒值，導(dǎo)致實驗中止。

正常濾料與玻纖機織布風(fēng)量隨時間變化曲線見圖9。

圖9 正常濾料與玻纖機織布風(fēng)量隨時間變化

玻纖水刺氈可正常進行試驗，其6h定壓清灰階段與覆膜水刺氈進行對比結(jié)果見圖10。濾料6h定壓清灰階段排放濃度見圖11。玻纖水刺氈與覆膜玻纖水刺氈對比結(jié)果見表4。

從以上圖表可看出，未覆膜的玻纖水刺氈殘余壓差、排放濃度均高于覆膜水刺氈，但其仍舊能保持較好的過濾性能。而未覆膜的玻纖機織布無法攔截粉塵，排放將嚴重超標，阻力超出過濾性能測試設(shè)備的上限值導(dǎo)致實驗無法正常進行。

圖10 水刺氈6h定壓清灰階段壓差

圖11 濾料6h定壓清灰階段排放濃度

表4 玻纖水刺氈與覆膜玻纖水刺氈對比

4 結(jié)論

（1）玻纖機織布覆膜濾料破損后的最終壓差比完好濾料高87Pa，排放濃度比完好濾料高2個數(shù)量級。

（2）玻纖水刺氈覆膜濾料最終殘余壓差比完好濾料高25Pa，排放濃度和完好濾料在同一數(shù)量級。

（3）與玻纖機織布相比，玻纖水刺氈本身具有優(yōu)良的過濾性能，當PTFE膜發(fā)生破損時依舊可以高效過濾粉塵，降低破膜帶來的風(fēng)險，用戶選擇使用更安全。

Impact of Simulating Membrane Disrepair on Different Footing Material Filtration Capability

QIU Xun-yi,WANG Wei,CAI Wei-long

X701

A

1006-5377（2016）01-0036-04