內(nèi)壓式中空纖維超濾膜污染模型研究.pdf

1、在水資源日益短缺的今天，膜分離技術(shù)由于具有分離效率高、能耗比較低、操作簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、運(yùn)行管理費(fèi)用較低、工作溫度在室溫附近等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)。目前在制約超濾膜分離技術(shù)普及應(yīng)用的眾多因素中，膜污染和膜堵塞仍然是關(guān)鍵因素。膜污染可以認(rèn)為主要與兩方面有關(guān)系，一方面是膜本身的性質(zhì)，包括:膜孔大小、膜孔密度、膜表面積、粗糙度、電荷性質(zhì);
　　 另一方面是原水本身的性狀，包括:原水的污染物濃度、分子量分布、疏水性與親水性以

2、及離子強(qiáng)度、pH值等。還與過(guò)濾方式(死端過(guò)濾，錯(cuò)流過(guò)濾，旋轉(zhuǎn)切向流過(guò)濾)等有關(guān)。
　　 在以往對(duì)超濾的研究中，對(duì)超濾污染機(jī)理的描述多建立在管式膜或平板膜的基礎(chǔ)之上，楊大春建立了豎立式U型中空纖維膜出水量及內(nèi)壓的數(shù)學(xué)模型，藤田賢二建立了外壓式中空纖維膜過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。但尚沒(méi)有見(jiàn)到內(nèi)壓式中空纖維超濾膜污染機(jī)理的報(bào)道。
　　 本文借鑒藤田賢二建立外壓式中空纖維膜過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型時(shí)的理論，以流體力學(xué)和過(guò)濾理論為基礎(chǔ)，建立了

3、一個(gè)描述內(nèi)壓式中空纖維超濾膜超濾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。并以造紙黑液稀釋水為原水，主要考察了回收率、反沖洗周期、清洗方式等操作條件、膜材料、離子強(qiáng)度及恒壓和恒流運(yùn)行模式對(duì)模型參數(shù)的影響，對(duì)模型進(jìn)行了修正、驗(yàn)證。研究結(jié)論如下:
　　 (1)以流體力學(xué)和過(guò)濾理論為基礎(chǔ)，建立了內(nèi)壓式中空纖維超濾膜超濾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。
　　 Σ=ε0-ε0exp{ru2t/ε0} (1)k/k0=ε3(1-ε0)2/(1-ε)2ε02=(1-σ/ε0)

4、3/[1+σ/(1-ε0)]2 (2)ΔP=u/k (3)由于初期透過(guò)系數(shù)k0可以由(3)式根據(jù)初期的跨膜壓差和透過(guò)流速求得，故將(1)式代入(2)式可求得k，再將k代入(3)就可得跨膜壓差或透膜流速與時(shí)間的關(guān)系。
　　 (2)該模型將影響膜污染的各種因素(包括原水性質(zhì)、膜的性質(zhì)，清洗方式等)對(duì)超濾的影響用一個(gè)未知參數(shù)—膜堵塞系數(shù)來(lái)表示，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，應(yīng)用比較簡(jiǎn)單。經(jīng)驗(yàn)證，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)比較吻合。
　　 (3)

5、考察不同操作條件、膜材料以及運(yùn)行模式對(duì)模型參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)能引起膜污染加重的條件，都會(huì)使膜堵塞系數(shù)加大，說(shuō)明膜堵塞系數(shù)的大小，可在一定程度上說(shuō)明膜的污染狀況。
　　 (4)考察不同離子強(qiáng)度對(duì)膜堵塞系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)在一定的離子強(qiáng)度范圍內(nèi)，膜堵塞系數(shù)的值與離子強(qiáng)度大小呈線性相關(guān)。線性回歸系數(shù)達(dá)到0.99以上。根據(jù)這種關(guān)系將模型參數(shù)膜堵塞系數(shù)進(jìn)行修正，并將修正后的模型參數(shù)代入模型中去，經(jīng)驗(yàn)證，試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)與模型擬和數(shù)據(jù)比較吻合，說(shuō)