內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，膜分離技術由于具有分離效率高、能耗比較低、操作簡單、出水水質好且穩(wěn)定、運行管理費用較低、工作溫度在室溫附近等優(yōu)點而廣泛應用于水處理行業(yè)。目前在制約超濾膜分離技術普及應用的眾多因素中，膜污染和膜堵塞仍然是關鍵因素。膜污染可以認為主要與兩方面有關系，一方面是膜本身的性質，包括:膜孔大小、膜孔密度、膜表面積、粗糙度、電荷性質;
　　 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、及離子強度、pH值等。還與過濾方式(死端過濾，錯流過濾，旋轉切向流過濾)等有關。
　　 在以往對超濾的研究中，對超濾污染機理的描述多建立在管式膜或平板膜的基礎之上，楊大春建立了豎立式U型中空纖維膜出水量及內壓的數(shù)學模型，藤田賢二建立了外壓式中空纖維膜過濾過程的數(shù)學模型。但尚沒有見到內壓式中空纖維超濾膜污染機理的報道。
　　 本文借鑒藤田賢二建立外壓式中空纖維膜過濾過程的數(shù)學模型時的理論，以流體力學和過濾理論為基礎，建立了

3、一個描述內壓式中空纖維超濾膜超濾過程的數(shù)學模型。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、離子強度及恒壓和恒流運行模式對模型參數(shù)的影響，對模型進行了修正、驗證。研究結論如下:
　　 (1)以流體力學和過濾理論為基礎，建立了內壓式中空纖維超濾膜超濾過程的數(shù)學模型。
　　 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)由于初期透過系數(shù)k0可以由(3)式根據(jù)初期的跨膜壓差和透過流速求得，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間的關系。
　　 (2)該模型將影響膜污染的各種因素(包括原水性質、膜的性質，清洗方式等)對超濾的影響用一個未知參數(shù)—膜堵塞系數(shù)來表示，簡化了計算過程，應用比較簡單。經(jīng)驗證，試驗所得數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)比較吻合。
　　 (3)

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