PAC-UF系統(tǒng)中流場(chǎng)特性對(duì)于膜污染的影響研究.pdf

1、在膜法飲用水處理技術(shù)應(yīng)用中，由于陰極的存在，提高了膜運(yùn)行成本和制水成本，降低了膜的使用壽命，因此有效控制膜污染成為膜法水處理研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本文利用計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱(chēng)CFD）方法，針對(duì)粉末活性炭-超濾(PAC-UF)工藝體系中的工藝條件（攪拌轉(zhuǎn)速）及濾餅層粗糙度對(duì)膜污染的影響進(jìn)行研究，借助CFD技術(shù)和吸附、跨膜壓差、電鏡等實(shí)驗(yàn)和測(cè)試手段，利用湍流強(qiáng)度、湍流動(dòng)能、錯(cuò)流速度、速度流線(xiàn)

2、、膜面剪切力、PAC顆粒含量等流場(chǎng)分析指標(biāo)，對(duì)PAC-UF體系內(nèi)的水力條件和濾餅層粗糙等影響因素進(jìn)行數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)分析。
　　首先，研究不同攪拌轉(zhuǎn)速（60rpm、100 rpm、150 rpm、200 rpm）條件下反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)特征。研究結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的提高，膜污染層的厚度有所降低，會(huì)導(dǎo)致膜表面濾餅層厚度的不均勻現(xiàn)象的加劇，膜面濾餅層頂部厚度高于底部，并削弱減緩膜污染的效果;膜過(guò)濾工藝中，通過(guò)減少反應(yīng)器中的水力死區(qū)、增大反應(yīng)

3、器中的渦旋流和回流、提高PAC顆粒懸浮程度、降低膜面PAC含量等實(shí)驗(yàn)條件，可提高固液兩相混合能力和PAC的吸附速率，進(jìn)而控制膜污染。
　　其次，為驗(yàn)證模擬運(yùn)算的準(zhǔn)確性，匹配模擬參數(shù)進(jìn)行PAC吸附速率及膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的提高，增大了反應(yīng)器內(nèi)的流速，提高了PAC吸附中的外擴(kuò)散過(guò)程，從而提高了PAC的吸附速率;PAC對(duì)膜面的刮擦效應(yīng)，提高了膜過(guò)濾過(guò)程的產(chǎn)水效率，但轉(zhuǎn)速過(guò)大會(huì)降低減緩膜污染的速率，對(duì)模擬運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行了

4、很好的驗(yàn)證。
　　再次，利用實(shí)驗(yàn)電鏡照片等參數(shù)構(gòu)建模擬模型，研究不同膜面粗糙度（3μm、6μm）條件下濾餅層的外部流場(chǎng)特性。研究結(jié)果表明，凹陷結(jié)構(gòu)處的湍流強(qiáng)度、膜面錯(cuò)流速度、膜面剪切力均小于凸起結(jié)構(gòu)處，說(shuō)明PAC顆粒和有機(jī)污染物易于在凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)部堆積和附著。粗糙度越大的結(jié)構(gòu)，不僅受到的湍流強(qiáng)度和膜面錯(cuò)流速度越大，還能降低顆粒堆積到濾餅層的幾率，有利于減緩膜污染;但從膜面剪切力角度分析，凹陷結(jié)構(gòu)處的粗糙度對(duì)剪切力影響不大，而凸起結(jié)構(gòu)