膜接触器脱除水中氧气
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【摘要】为了确保锅炉的安全、高效运行，必须严格控制锅炉给水水质指标一含氧指标。目前较常用的除氧方法主要有热力除氧、解析除氧、化学除氧真空除氧等，而膜分离除氧技术是近几年开发成功的一种新型除氧技术，这种除氧方法高效低能，可以较好地克服传统除氧方法的不足，除氧后水质稳定。
【关键词】锅炉水 膜组件 除氧
各种锅炉在人们的生活、生产中发挥着重要作用。在我国，火力发电在发电领域占有重要地位，锅炉房更是火力发电厂的心脏。随着锅炉在各领域的广泛应用，其氧腐蚀的问题已引起人们的注意。所谓氧腐蚀，是指锅炉给水含有溶解氧，容易造成锅炉受热面氧化腐蚀，使锅炉受热面强度降低，严重时导致发生锅炉爆管事故。我国锅炉发生的爆管事故大多是由氧腐蚀引起的。据不完全统计，锅炉的各种故障与氧腐蚀有关的占40%以上，因此引起有关部门的重视，国家标准局为此发布了国家标准GB1576-85，其中明文规定锅炉蒸发量≥2t/h时均要进行锅炉用水的除氧。为了确保锅炉的安全、高效运行，必须严格控制锅炉给水水质指标特别是含氧指标。现阶段常用锅炉用水除氧现有技术方法主要有：化学剂除氧、除氧器除氧、真空除氧、解吸除氧、膜法脱气除氧技术。
膜接觸器通常用中空纤维膜把两种流体隔开两流体接触面在膜孔出口处，组分i通过扩散传质穿过接触界面进入膜的另一侧。传质过程分以下3步进行：从进料相进入膜;然后扩散通过膜;接着从膜下游传递到接收。与其它大多数的膜操作不同，膜接触器用的膜材料不需要对流体有选择性。膜接触器的推动力是浓度差，膜接触器只需要很小的压力差就可以使两流体的接触界面保护在膜孔出口处。
膜法除氧技术利用膜接触器（membrane contanctor）来实现。膜接触器有中空纤维式、卷式和平板式三种类型憎水微孔膜，可以由氟塑料和聚烯烃制备而成。膜接触器被憎水微孔膜分隔为两个相区，一个为水相区，一个为气相区。气相区与真空系统连接。溶氧原料水进入膜接触器后，由于膜的为僧水微孔膜，水不能通过膜孔进人气相区，而气体能够通过膜孔传质到气相区。在真空减压的作用下，氧在膜两侧的水相区和气相区存在分压差，因而氧气通过膜孔传质到气相区中，被抽空排除。从而实现原料水的脱氧，得到的脱氧水被排出膜组件。这和真空减压脱气塔的操作相似。
膜组件除氧装置中使用聚丙烯微孔疏水中空纤维膜，其外径0.4mm，壁厚0.3mm，膜上的微孔孔径30nm，开口比大于33%。取500根长度为750mm的该中空纤维膜，两端分别用20mm厚的环氧树脂层固定，置于内径19mm的尼龙管中构成膜组件，此时总的有效膜面积为0.409m2。运行时，原水从进水端进入纤维内腔，纯N2勺匝流或逆流在纤维外侧流动，DO（溶解氧）经中空纤维壁渗透到N2一侧，除氧后的纯水从出水端流出。其基本原理是膜基气体解吸，将水和吹扫气体（纯N2）间置以疏水性中空纤维膜，当液体侧压力略大于气体侧，但压差不大于临界突破压力时，水不可能透人膜孔，因此气声液两相的分界面固定于疏水膜的液体侧，当纤维外侧有吹扫气体N2通过时，由于液相中氧气的分压大于气体一侧，基于亨利定律，水中的DO将透过纤维膜并被氮气带出系统。
与其他方法比较，膜组件优点是节省能量，这种工艺中只有配水泵需要消耗部分能量，而这一部分能耗也是其他除氧工艺不可缺少的，因此，其操作费用同传统的蒸汽加热或抽真空相比是很低的。相比较而言，膜组件因涉及到膜和催化剂而需要较高的投资，但由于其节省能耗，所以从长期运行的角度来讲它们还是经济的;而且，在对DO有着严格要求的工业生产中，DO超标则会导致巨大的损失，选用膜反应器可获得最好的除氧效果进而有效地保证产品质量。
与其他物理方法相比，在膜组件操作中，膜界面使水和气得以分开，这样就允许气体流速和水流流速可以分别控制而不相互影响，因而更易于操作和维护。
在膜接触器中，氧合器、脱气和充气接触器已广泛应用，膜蒸馏和膜吸收也有少量的应用，其他过程都在不同发展阶段。接触器较新的应用是在以下几方面：
（1）在质谱分析中的应用
中空纤维膜接触器和质谱联合使用，使质谱能同时在线测量气相和液相的浓度，再通过计算机等辅助设备监控整个体系。气体或挥发性化合物组分i通过膜孔进入吸收液，通过测吸收液组分的浓度就可以得知组分i的浓度。组分i的浓度和质谱的信号成线性关系，随着膜面积的增加，质谱的响应时间和测量的灵敏度增加。
（2）在电泳中的应用
在原来的电泳分离器中，离子交换膜限制了分子量超过500g/mol的溶质通过，虽然能达到很高的分离效果，但是处理量很小，每小时只有几毫克。在电渗析中，用多孔膜替代离子交换膜可以克服这些缺点，可大大提高处理量而不影响分离效果。电泳广泛应用于生物技术领域，如蛋白质的提取、生物分子的分离等，在不破坏生物活性的同时达到很好的分离效果。现今膜电泳接触器的应用为电泳分离在生物技术领域的工业化应用提供了广泛的前景。
膜接触器是一个相当广泛的膜过程，不同膜接触过程其传质特性、传递机理、流体的流动方式、有化学反应和无化学反应对传质的影响、膜结构与材料的影响、膜组器形式的改进及操作参数的控制等，在未来会有更好的前景。
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