超声监测技术在膜分离过程中的应用研究

在膜分离过程中，膜通量总是随运行时间而下降．为了区分膜污染与浓差极化或者可能的膜形变对通量的影响，和选择适宜的清洗过程，对一种只敏感于膜表面状况的超声测量方法进行了广泛研究．通过平板膜(包括微滤膜、超滤膜和反渗透膜)以及卷式反渗透膜过程的应用实例，说明了这种实时、在线的超声时域反射法即Ultrasonic Time-Domain Reflectometry (UTDR)可以利用它的反射波的振幅和回声抵达超声传感器的时间来监测浓差极化、膜污染(例如CaSO4污染)与清洗过程，也可以用来测量膜的压紧度和污染层厚度．超声测量与传统膜性能测量结果有良好的关联，并具有区域性测量的特性．为了实用化目的，新近的研究进展也作了介绍．     

超声技术结合小波分析在线监测中空纤维膜污染及其可视化研究

采用超声时域反射法和小波分析技术在线监测单根内压式聚醚砜中空纤维微滤膜(ID/OD为0.8 mm/1.2 mm)处理2.4 g/L高岭土污水时的初期污染情况.结果显示:小波谱图能够提供中空纤维膜内部结构和污染过程的清晰2D和3D图片,实现了膜污染在线监测过程的可视化.随着污染的进行,膜通量不断下降,小波谱图上中空纤维膜断面上部和下部的信号持续时间在时间区域内发生了有序移动.小波谱图的这种有序变化与污染物在膜表面的沉积以及污染层的生长有关.SEM观察显示,污染420 min后中空纤维膜内腔下表面形成的污染层比内腔上表面的污染层厚.这与通过小波谱图信号持续时间变化计算得出的污染层厚结果一致.     

火电厂中水回用RO膜污染特征研究

城市污水深度回用为火力发电厂锅炉补给水已成为世界各国解决缺水问题的主要方案之一,中水水质对深度回用工艺中反渗透膜的影响不容忽视.将电厂中水回用工程中污染的反渗透膜组件进行解剖分析,通过加压染料试验、表观观察、烧失量分析、SEM-EDX、GC-MS等方法对膜面污染物及其在膜面的分布特征进行研究.结果表明,膜面主要为有机污染,主要污染物为烃类、脂肪酸类物质;少量无机污染主要是SiO2;污染物总量沿从膜卷进口端到出口端的方向逐渐增多,无机污染的变化与之相同,而有机污染的变化与之相反.表明阻垢和杀菌预处理系统及维护管理工作完善.     

浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器的膜污染机理研究

试验研究了新型浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器处理啤酒废水的膜污染机理.分析了膜阻力分布情况和膜污染速率及稳定运行时膜过滤阻力随运行时间变化的阻力模型.结果表明,最初很短时间内膜污染受膜孔堵塞模型控制,之后受泥饼层阻力模型控制,后一阶段是膜污染的主要控制阶段.经过146天的运行,膜污染较轻,过滤阻力随时间增大的速率非常缓慢,并在一定膜转速下,过滤阻力保持不变.证实了系统由双轴旋转膜组件形成的湍流可削弱膜表面的浓差极化及泥饼层的形成,从而有效地控制膜污染.     

卷式反渗透膜的气液两相流清洗特性

建立新型膜清洗装置,将压缩空气和化学清洗液形成气液两相混合流体对2.5英寸(1英寸=25.4 mm)卷式反渗透膜进行清洗研究.系统地探讨了气液两相流清洗过程中清洗液流量、气体流速、气液比、清洗时间对膜截留率和通量恢复率的影响.结果表明清洗液在0.12 L/rain时,即可获得较好的膜通量恢复率.不同过滤面积的反渗透膜,清洗液的临界流量不同,超过该流量对膜通量恢复率无明显影响.膜通量恢复率随气体流速的增加而增加,聚酰胺材质反渗透膜气速上限是18 m/s,更高的气速将降低膜截留率.气液比在2000∶ 1～3000∶1范围内能有效提高膜通量恢复率.两相流清洗时间一般不超过15 min就能获得理想清洗效果.     

pH对膜污染层EPS污染特征的影响及机理分析

溶液pH值不仅影响溶质的电荷等表面性质,同时也影响膜表面的特性,从而影响溶质与膜表面之间的相互作用和溶质在膜面的沉积量及膜通量.胞外多糖(Extracellular POlvsac-charides,EPS)是膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中主要的膜污染物质之一,从实际MBR膜污染层中分离纯化得到的EPS,在EPS引起膜污染机理分析的基础上,以过滤阻力、EPS在膜表面沉积量及膜通量为评价指标,综合分析不同溶液pH对EPS污染特征的影响,可为揭示MBR中EPS膜污染的成因和机理以及污染膜的清洗提供参考.结果表明,MBR膜污染层EPS的膜污染过程较好地符合沉积阻力模型,EPS在膜表面的污染主要是EPS沉积引起的;EPS溶液的pH越高,其与膜之间的排斥力越大,沉积量越少,沉积阻力越小,膜通量越高.pH为7.0时,沉积阻力为3.34×10~(11) m~(-1),沉积量为1.25 g/m~2,初始相对膜通量为9.8%.     

微粒子辅助过滤控制膜污染

基于微粒子辅助过滤原理,提出了一种新型膜污染控制方法,通过在膜表面形成一层疏松滤饼层控制膜污染.通过向原水中加入硅藻土颗粒,使其在膜表面形成一层疏松滤饼层,防止污染物直接在膜表面形成致密性滤饼层导致膜通量急剧衰减,从而达到缓解、控制膜污染的目标;进行周期性气-液混合清洗后,膜与硅藻土颗粒同时得到清洗再生.实验通过加入不同量、不同粒度硅藻土粒子验证膜污染控制效果.结果表明:硅藻土助滤剂对超滤过程膜污染控制效果与助滤剂粒径大小以及投加量有关.加入适量较大粒径助滤剂可有效降低过滤阻力,提高膜通量.而助滤剂粒径过小或投加量过多反而会增大过滤阻力,加剧通量衰减.投加2.0g/L粒径为35μm的硅藻土助滤剂为实验最佳条件,可使相对膜通量和通量恢复率分别提高9%和8%.     

以天然水为原料液的正渗透过程中CTA膜表面污染物脱附研究

选择浓缩天然水作为原料液,研究了错流过滤的正渗透膜系统处理水中有机物时,不同实验温度和错流速度下膜通量的变化;通过对被污染的膜进行洗脱,得到洗脱液,并对洗脱液进行了分析,得到污染物在正渗透膜的沉积规律.结果表明,温度对通量和膜污染影响很大,温度越高膜污染越强,膜通量下降越大;错流速度对通量和膜污染也有明显的影响,错流速度越小膜污染越严重,膜通量下降越大.膜上的污染物主要以蛋白质和氨基酸为主,该类物质主要在发射波长320～360 nm、激发波长210～230 nm的荧光区域有响应.污染物的分子量主要分布在630 000和800左右两个区段.正渗透过程中CTA膜对天然有机物中的腐殖质有很强的抗污能力.     

气液两相流下膜的抗污染性能研究

膜表面浓差极化与滤饼层形成是膜污染的重要因素.通过管式膜曝气,使膜表面形成气液两相流,增大膜表面剪切力,能有效控制膜污染行为.实验通过微滤高岭土悬浊液,观察了不同曝气量下膜组件内气液流态,发现随着曝气量的增加,膜组件内气泡单元上升速率和频率加快,膜污染速率逐渐减小,延长了膜过滤运行时间.研究发现,气体的通入使膜表面湍流程度增大,有效减缓跨膜压力增长速率,并且实现了在较低流速下控制膜污染,节省了能耗成本,延长了膜使用寿命.     

梯度氧化铝膜对生活污水的净化处理

利用自制的梯度氧化铝膜管对生活污水进行了净化处理 ,研究发现孔径沿径向梯度变化的氧化铝膜不形成膜孔淤塞 ,容易清洗 ,截留下的污染物停留在控制层表面 ,经机械清洗后截流率和通量可近 10 0 %恢复 .操作压力低于 0 .17MPa时 ,膜通量随压力的升高明显增加 ,大于 0 17MPa后 ,压力对膜通量的影响不明显 .0 3MPa的操作压力下 ,膜通量随时间急速下降 .合适的操作压力是 0 1～ 0 17MPa ,稳定通量是 0 7～ 1.6m3/ (m2 ·h) .控制层孔径介于0 .1～ 0 .35μm的梯度氧化铝膜管对生活污水的BOD5的去除率达 83%、CODCr的去除率达6 7% ,大于 0 .1μm固体悬浮物的去除率达 10 0 % ,污水的浊度由 4 2°降到 4° ,处理后的颜色为无色 .     

超声技术在膜污染监测中的研究进展

开发和运用一种适宜的无损在线监测膜污染技术对于有效量化膜污染的防治和膜清洗的效果有着重要的应用价值.超声时域反射法在实际操作条件下在线监测膜污染显示出独特的作用.本文介绍超声监测的基本原理,综述近几年该技术在各种膜过程包括微滤、超滤、纳滤和反渗透中各种膜污染(如无机、有机、生物、蛋白质)、膜清洗等方面的研究进展,并对该技术今后的发展趋势进行展望.     

国外膜技术进展及其在水处理中的应用

简单介绍国外膜材料、膜工艺进展;评述国外有关膜技术在水处理中应用的进展情况,包括饮用水生产、超纯水制备、沙滤池反冲水回用及工业水软化．当前膜组合工艺备受重视,因其将 Ｍ Ｆ、 Ｕ Ｆ 去除颗粒物和螺旋卷绕式组件不易污损的优点同 Ｎ Ｆ、 Ｒ Ｏ 去除 Ｄ Ｂ Ｐ 前体、病毒、合成有机化合物的优点结合起来,并把膜技术与活性炭过滤、臭氧氧化、生物处理等高级水处理技术相结合,对此作了论述     

中空纤维膜双向流(TWF)分离技术的研究

利用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,对比考察了双向流膜过滤工艺与普通膜过滤工艺.结果表明,中空纤维膜上下入口的周期性切换使得双向流工艺在过滤的同时进行冲刷清洗,大大提高了过滤效率以及膜的耐污染性.清洗实验同样表明,与普通过滤工艺相比,双向流工艺中膜污染后更易清洗,膜通量基本恢复.若干工程实例表明,双向流技术已得到广泛的应用并将对膜工艺优化设计产生重要的影响.     

聚焦超声清洗机的仿真设计与实验研究

目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics软件对清洗机内声场进行分析,得到三维模型内声压的分布情况;研制了聚焦超声清洗机,并通过薄膜腐蚀实验验证了清洗机内的声压分布情况;通过对比试验发现,聚焦超声清洗油污的速度比普通超声清洗提高了77.27%。通过薄膜腐蚀实验和超声清洗实验可知,聚焦超声清洗机内声场分布均匀,且声场内存在能量聚焦区域,清洗速率高于普通超声清洗机。     

陶瓷膜澄清生地黄提取液的膜污染和清洗研究

采用陶瓷膜澄清生地黄提取液,通过阻力分析法,比较了Al2O3和ZrO2膜的抗污染性能;采用红外光谱仪(IR)、等离子发射光谱(ICP)、电镜(SEM)和能谱(EDX)等检测仪器分析了污染物位置和成分,探讨了膜污染的机理;考察了不同清洗剂的清洗效果,确定了合适的清洗方法,为陶瓷膜在中药提取液澄清过程的应用提供指导．     

分离膜材料的污染与清洗

分析了膜分离技术中存在的膜污染与影响膜污染的因素，介绍了膜的清洗及影响清洗的因素，清洗剂及使用范围。     

超声波清洗在替代ODS清洗工艺技术中的独特作用

文章通过分析超声清洗技术的原理、特点及其所具有的环保优势，并将超声清洗技术与其它清洗技术进行对比，阐述了超声波清洗在替代ODS清洗工艺技术中的独特作用；通过分析影响超声清洗效果的主要因素，如超声的声强、频率和声场分布，清洗液的粘滞系数、表面张力和流动性，清洗介质的理化性质与清洗能力等，提出了确定超声空化强度和选择清洗介质的基本原则；介绍了超声清洗方式的分类与选择，以及用超声清洗技术替代ODS清洗技术时应该注意的一些问题，指出大功率超声参量与清洗介质物理化学性能参量之间的相互作用对清洗效果有着重要的影响。     

超声波-减压膜蒸馏组合技术处理甲基橙溶液的研究

将超声波与减压膜蒸馏技术相结合,采用聚丙烯(PP)中空纤维膜,研究了超声波促进作用下减压膜蒸馏法处理高浓度甲基橙溶液的分离性能.实验结果表明,超声波有利于减轻减压膜蒸馏过程的膜污染,提高分离性能;进料甲基橙溶液浓度600 mg/L时,超声波提高减压膜蒸馏过程的膜通量达44.87%;同时,超声波-减压膜蒸馏组合技术较减压膜蒸馏过程有更大的COD去除率.     

膜法提取甘露醇过程中膜的微生物污染及其控制

报告了海藻工业膜集成技术提取甘露醇工业化生产过程中膜的微生物污染及其控制的研究结果和长期运行的措施、经验．研究和运行结果表明，膜法提取甘露醇过程，极易发生微生物污染，且发展迅猛，危害严重．影响微生物污染的因素比较复杂，其主要因素是料液水温、含盐浓度、系统设计和运行状况；与常规膜法水处理过程不同，控制发生微生物污染，除了监控进料液SDI指标外，还要求控制进料液内菌群总数小于或等于2000cfv／mL；需重视清洗和杀菌消毒系统设计，确保清洗、杀菌剂能充满一切管阀、部件空间并清洗到每一个部分；选用尽量简短的工艺流程和抗污染膜组件；采用经济、有效、安全的杀菌剂并按规范程序进行消毒，只要严格按上述措施操作就可控制其微生物污染，保障系统稳妥运行．