模拟膜破损对不同基材过滤性能的影响

邱薰艺，王 巍，蔡伟龙

（厦门三维丝环保股份有限公司，福建 厦门 361101）

模拟膜破损对不同基材过滤性能的影响

邱薰艺，王 巍，蔡伟龙

（厦门三维丝环保股份有限公司，福建 厦门 361101）

通过模拟不同基材覆膜滤料的膜破损情况，与膜完好的覆膜滤料进行过滤性能对比，阐明以玻纤水刺毡滤料为基材的覆膜滤料，因其自身具有良好的过滤性能，可以有效降低破膜产生的不良影响。而以玻纤机织布为基材的覆膜滤料，一旦膜破损，过滤性能大幅下降，说明该类基材自身过滤性能差，只能依赖PTFE膜进行过滤。

覆膜滤料；水刺毡；PM2.5；聚四氟乙烯（PTFE）膜；膜破损

1 前言

随着国家和社会对PM2.5粉尘大气污染治理越来越重视，2014年水泥行业史上最严的环保新标准正式出台，环保部发布了《水泥工业大气污染物排放标准》和《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》。新标准重点提高了颗粒物的排放控制要求，根据除尘技术的进步，新标准将粉尘排放限值由原来的50mg/m3（水泥窑等热力设备）、30mg/m3（水泥磨等通风设备）收严至30mg/m3和20mg/m3。

覆膜滤料对于微细粉尘有着极佳的捕集作用，是控制PM2.5的有效手段，同时覆膜滤料相比普通滤料也因有更低的运行压差及更长的清灰周期而受到用户青睐。其缺点则是膜较娇嫩，易损伤破损。如何有效降低覆膜滤料的破膜风险，是目前滤料技术的一个研究方向。改变基材则是玻纤类覆膜滤料一个最为有效的方法，采用高压水刺技术制成的玻纤复合毡滤料拥有优异的机械性能、耐温耐化学性能，可替代各种玻纤机织布的工况。玻纤水刺毡滤料自身已具备良好的过滤性能，作为基材替代机织布制作覆膜滤料，能进一步提高滤料的过滤精度，并降低PTFE膜破损时产生的不良影响，本文由此出发，通过模拟磨损两种基材覆膜滤料，对其过滤性能进行比较，阐述覆膜滤料基材的重要性。采用水刺玻纤复合毡作为覆膜滤料基材，突破了玻纤机织布覆膜滤料依赖膜过滤的局限性，具有更高的应用价值。

2 实验方案

2.1 实验样品

在玻纤机织布覆膜滤料及玻纤水刺覆膜滤料上相邻的位置各裁取2块样品，利用工具对PTFE膜产生微磨损。模拟破损后覆膜滤料在宏观表现中透气量并无明显变化，如表1所示，且肉眼难以观察出破损，但在显微镜下可观察到PTFE膜已受损，如图1、图2、图3、图4所示。

表1 覆膜滤料样品透气量

图1 完好机织布覆膜滤料（左）及磨损后机织布覆膜滤料（右）

图2 完好机织布覆膜滤料（左）及破损后机织布覆膜滤料（右）显微镜下放大10倍

图3 完好水刺毡覆膜滤料（左）及磨损后水刺毡覆膜滤料（右）

图4 完好水刺毡覆膜滤料（左）及模拟破损后水刺毡覆膜滤料（右）显微镜下放大10倍

2.2 主要仪器与实验样品

仪器：滤料模拟测试装置（德国FilTEq）。

样品：1m2玻纤水刺毡覆膜滤料SGL206JX1F；1m2玻纤机织布覆膜滤料GL207JF。

2.3 实验方法

对比4个滤料的过滤性能，测试标准采用ASTM D6830，具体步骤为5s定时喷吹1万次老化滤料 + 30次1000Pa定压喷吹稳定化滤料 + 总过滤时间为6h的1000Pa定压喷吹。

3 结果与讨论

3.1 粉饼层形成过程中滤料过滤过程

洁净滤料需要一个粉尘负载形成稳定粉饼层的过程，通常称之为“老化”。粉饼层趋于稳定时具体表现为滤料压差上升趋势减缓，最终达到平稳。

图5为不同基材的覆膜滤料模拟破损前后的滤料老化阶段压差曲线图。

图5 滤料老化阶段压差曲线

如图5显示，未磨损的两种滤料老化过程阻力上升缓慢，而经模拟破损处理后的玻纤机织布覆膜老化时阻力明显上升。这是由于玻纤机织布作为基材，本身基本无过滤效果，即使膜仅有轻微破损，粉尘也会由此处大量渗透进滤料并穿透过去，滤料阻力更高，排放浓度更高。相反，模拟破损后的玻纤水刺毡阻力曲线无明显变化，说明玻纤水刺毡基材中纤维缠结致密，基材本身就是高效的过滤介质，膜虽有轻微破损仍可以有效拦截粉尘，防止粉尘进入滤料深层。所以滤料压差上升较为平缓，与完好滤料的压差曲线基本重合。

3.2 老化后6h的过滤压差

经过老化及稳定化处理后，对4个样品进行1000Pa定压清灰的6h过滤。从图6可看出，当PTFE膜完好无损时，2种不同基材的滤料压差曲线基本重合。

图6 滤料6h定压清灰阶段压差曲线

当模拟PTFE膜发生破损时，破损处的基材滤料参与过滤，破损处将成为整个滤料的“短板”。如表2所示，破损的玻纤机织布覆膜滤料阻力达到470Pa。水刺毡由于能将粉尘有效拦截，粉尘不会渗入滤料深层，滤料阻力为415Pa，比完好的覆膜滤料仅高出25Pa。

表2 实验结束后残余阻力

3.3 老化后6h的清灰周期

滤料6h定压清灰阶段清灰周期曲线见图7。图7与图6的压差结果一致，完好覆膜滤料清灰周期长；模拟破损处理后的覆膜滤料清灰周期较短，特别是破损处理后的机织布覆膜滤料清灰周期明显小于磨损处理后的水刺毡覆膜滤料。

图7 滤料6h定压清灰阶段清灰周期曲线

3.4 老化后6h的排放浓度

排放浓度是滤料性能的一个重要指标。经老化后滤料的排放浓度已较为稳定。从图8及表3可看出，完好的覆膜滤料由于其PTFE微孔膜可有效拦截粉尘，滤料排放浓度很低，仅为0.001mg/m3。

图8 滤料6h定压清灰阶段排放浓度

表3 试验前后排放浓度比较

破损处理后的玻纤机织布覆膜滤料，由于机织布本身无法有效拦截粉尘，造成大量粉尘渗透，排放浓度达到0.366mg/m3，与完好覆膜滤料相差2个数量级。

破损处理后的玻纤水刺毡覆膜滤料，由于基材本身具有致密的纤维层，能有效拦截粉尘，仅有少量粉尘穿透，排放浓度为0.004mg/m3，和完好覆膜滤料处于同一数量级。

由此可见，机织布覆膜滤料在破膜后的排放浓度远远高于完好滤料，在实际工况中这可能会导致排放浓度超标，而水刺毡覆膜滤料在破膜后的排放浓度与完好滤料保持在同一数量级，可极大降低破膜带来的不良影响。

3.5 无覆膜滤料的过滤性能

当膜破损最严重时，滤料表面的PTFE膜已完全去除，因此用无覆膜的玻纤机织布及玻纤水刺毡进行实验。由于玻纤机织布基本无过滤效果，在1万次老化过程中因排放浓度过大，超出仪器量程，风量低于警戒值，导致实验中止。

正常滤料与玻纤机织布风量随时间变化曲线见图9。

图9 正常滤料与玻纤机织布风量随时间变化

玻纤水刺毡可正常进行试验，其6h定压清灰阶段与覆膜水刺毡进行对比结果见图10。滤料6h定压清灰阶段排放浓度见图11。玻纤水刺毡与覆膜玻纤水刺毡对比结果见表4。

从以上图表可看出，未覆膜的玻纤水刺毡残余压差、排放浓度均高于覆膜水刺毡，但其仍旧能保持较好的过滤性能。而未覆膜的玻纤机织布无法拦截粉尘，排放将严重超标，阻力超出过滤性能测试设备的上限值导致实验无法正常进行。

图10 水刺毡6h定压清灰阶段压差

图11 滤料6h定压清灰阶段排放浓度

表4 玻纤水刺毡与覆膜玻纤水刺毡对比

4 结论

（1）玻纤机织布覆膜滤料破损后的最终压差比完好滤料高87Pa，排放浓度比完好滤料高2个数量级。

（2）玻纤水刺毡覆膜滤料最终残余压差比完好滤料高25Pa，排放浓度和完好滤料在同一数量级。

（3）与玻纤机织布相比，玻纤水刺毡本身具有优良的过滤性能，当PTFE膜发生破损时依旧可以高效过滤粉尘，降低破膜带来的风险，用户选择使用更安全。

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