液体分离膜过程中的浓差极化及其评价方法

膜的污染和劣化始终是制约膜技术发展的瓶颈之一．在液体分离膜过程中,浓差极化是产生膜污染的主要原因,因此减小浓差极化即可减轻膜污染．本文首先介绍了浓差极化现象和模型以及传质系数的求算,并且提出一种简单的实验方法测定膜过程的浓差极化程度,然后针对不同分子量的溶质体系对影响浓差极化程度的操作条件进行定量分析,包括操作压力和原料液循环流量,最后对如何减轻液体分离膜过程由浓差极化导致的膜污染给出几点建议．     

陶瓷膜过滤牛初乳过程的污染阻力分析

考察了孔径对膜过滤牛初乳过程的影响，分析了孔径为0.2,0.5,0．8μm膜过滤阻力的形成及其对渗透通量和蛋白截留率的影响，认为对孔径为0.2μm膜，其污染是由浓差极化阻力和凝胶层阻力共同作用所致，而对于0．5、0．8μm两种孔径的陶瓷膜则是浓差极化阻力占主导地位的污染．对蛋白截留率进行模型预测，预测结果与实测结果较为一致、实验过程中3种孔径的膜对细菌的截留率都几乎达100％。     

超滤膜法浓缩薏苡仁多糖提取液

研究了薏苡仁多糖的超滤膜法提取液浓缩和除小分子杂质过程,并对膜工艺过程的浓差极化及膜污染展开分析,在此基础上对膜清洗进行了尝试,得到适合的膜清洗工艺.在四种陶瓷超滤膜中,截留分子量为150 kDa的超滤膜最适合于薏苡仁多糖提取液浓缩;当压力在0.13~0.21 MPa,温度在20~60℃时,压力和温度的提高均有利于超滤膜通量的增大,但也会加剧膜通量的下降;在超滤过程中,膜污染阻力随着时间的延长而不断增大,而浓差极化效应则不断减小;采用热水,碱洗和次氯酸钠清洗后,膜水通量能够恢复到实验前的水平.     

超声波在线监测卷式反渗透膜污染及清洗

应用超声时域反射法和信号拟合及量化模型在线监测卷式反渗透膜元件污染及清洗过程.实验采用三个2.25 MHz高频聚焦探头和商业卷式反渗透膜组件,污染液为1.0 g/L硫酸钙.清洗阶段包括纯水冲洗、浸洗与酸洗三部分.结果表明,超声信号能够穿透组件外壳而进入多层膜结构.观察发现随膜表面污染物沉积而超声信号发生系列有序变化.此外,随膜表面污染物沉积、结构变化以及污染层形成,声强不断减小至最低,后期趋于稳定.研究还发现,沿进料液流动方向,信号变化诱导期趋于变短,而且,污染物优先靠近出口处沉积;越靠近料液出口,信号变化幅度越大,污染越严重.这是由于沿轴向不断加剧的浓差极化所致.在清洗阶段,随着膜通量恢复超声信号变化表现出一致性.     

PMIA中空纤维膜在MBR系统中污染类型和处理城市污水效果研究

以活性污泥混合液为污染介质,采用标准堵塞模型和沉积过滤模型预测聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)中空纤维膜在模拟MBR系统运行中的污染类型,并结合膜孔径、污泥混合液粒径分布及污染阻力分布加以验证;同时考察PMIA中空纤维膜生物反应器处理COD、NH_4~+-N、TP的去除效果,借助场发射扫描电镜(FESEM)和特征X射线能谱分析仪(EDX)对比污染加重时水洗和化学清洗效果.结果表明,浓差极化阻力约占总阻力的19.18%,滤饼层阻力约占总阻力的45.57%,膜孔堵塞阻力约占总阻力的20.76%,膜污染以膜表面污染物沉积为主.经MBR处理后COD、NH_4~+-N、TP平均去除率分别达到98.28%、98.07%、41.81%.当膜表面污染程度加重时,经化学清洗后膜表面元素更接近于原膜,且压差恢复率更高,清洗效果较佳.     

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．     

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.     

反渗透系统的结垢污染与清洗维护

系统阐述了反渗透膜组件发生结垢和膜污染的成因及其特征,对浓差极化,胶体污染,微生物污染等膜结垢污染形式,以及减轻污染的手段作了说明,并提出相应的解决方法,对膜组件清洗维护的频度,药剂,时间等参数,以及对其它反渗透预处理系统的设备的清洗维护,也提出较详细的建议。     

基于计算流体动力学的陶瓷膜过滤过程模拟研究进展

陶瓷膜过滤技术具有经济高效、过滤稳定、环境适应性强等优势,在水处理、气体过滤、化工、医药及食品生产等众多领域有着广泛应用,并且在分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等生产工艺过程中展现出巨大潜力.然而,在过滤过程中,原料中的有机物、无机盐、胶体粒子和污泥絮体等物质在膜表面或膜孔中的吸附和沉积作用会导致膜污染.膜污染是阻碍陶瓷膜过滤技术发展的主要问题之一.通过计算流体动力学(CFD)模拟仿真对陶瓷膜过滤过程的渗透机理、膜污染机理及浓差极化机理等进行探讨是一种经济有效的研究方法.现已经能通过CFD控制方程和压降模型、颗粒运动模型、颗粒沉积模型、传质模型及串联阻力模型等CFD模型对陶瓷膜过滤过程的渗透、膜污染及浓差极化等现象进行模拟和预测;通过对仿真结果的分析讨论,加深对膜过滤过程的机理研究.此外,研究者们通过CFD数值模拟,研究陶瓷膜元件和膜组件结构、过滤工艺参数以及过滤器结构等参数对陶瓷膜过滤性能的影响规律,并进行参数优化,来提高陶瓷膜过滤性能,如降低污染速率、提高过滤效率、延长膜清洗周期和膜使用寿命等.本文介绍了CFD技术的原理和优势;评述了CFD技术在陶瓷膜及膜组件结构优化和过滤过程中膜污染的研究进展;讨论了在膜污染过程的模拟中所用到的相关CFD模型;重点分析了陶瓷膜过滤过程中的膜结构、操作参数和过滤器结构等工艺参数对陶瓷膜内部压力分布、浓差极化、渗透速度及流场分布等流体特性的影响规律.最后展望了陶瓷膜过滤过程CFD模拟仿真的发展趋势.     

不同结构的聚醚砜膜过滤阻力分析及耐碱性能研究

制备了指状孔、海绵孔及分段指状孔3种不同结构的聚醚砜(PES)超滤膜和磺化聚砜(SPS)改性聚醚砜膜,通过牛血清蛋白(BSA)过滤对不同结构PES膜的污染情况进行阻力分析,通过碱洗前后通量衰减及泡点对比,检验不同类型PES膜的稳定性。结果表明：以指状孔为主的PES膜总阻力最小,其原膜阻力和浓差极化阻力占比最低,阻力主要来自孔隙堵塞,占比高达80.82%;以海绵孔为主的PES膜总阻力居中,尽管浓差极化阻力最大,但吸附占比最低仅为1.80%;分段指状孔的PES膜总阻力最大,原膜、吸附及孔隙堵塞阻力占比皆最高,而浓差极化阻力居中;根据碱洗后表现,除指状孔PES膜外,其他3种膜都有第二次过滤通量高于初始值的现象,从配方角度分析,由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯亚胺(PEI)及SPS改性膜的耐碱性不如两亲性共聚物。     

UF处理生活污水过程中的膜污染和膜清洗研究

采用多种化学清洗剂对UF处理生活污水过程中被污染的UF膜进行了清洗研究，初步分析了产生膜污染的因素．结果表明，在被污染的膜上，有机物和无机盐垢相互覆盖，用次氯酸钠和酸交替清洗膜可以获得较好的清洗效果，     

复合膜反渗透装置微生物污染的防治

简述了反渗透（ＲＯ）装置被微生物污染的情况及其危害．提出了防治复合膜反渗透装置微生物污染的方法，包括：ＲＯ前的预处理工艺的选择，采用紫外线杀菌器及电子除菌器；ＲＯ膜阻垢剂及抑菌剂的选择；ＲＯ系统停运时防止微生物污染的方法；ＲＯ系统被微生物污染后用杀菌剂药液清洗ＲＯ膜及系统．     

纳滤过程的污染问题及纳滤膜性能的影响因素

介绍了纳滤膜的定义及分类，并对纳滤过程中污染现象的影响因素，如温度、浓差极化、料液浓度、pH值、流速和流型等作了详细的综述，指出了4种主要的减轻污染的方法。这4种方法分别是膜清洗、改变物料的性质、改变操作方式及膜面改性。同时对纳滤膜渗透及截留性能的影响因素，如操作压力、操作时间、料液流速等进行了较详细的阐述。     

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．     

Sensitive and Versatile Detection of the Fouling Process and Fouling Propensity of Proteins on Polyvinylidene Fluoride Membranes via Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

Membrane fouling is the major drawback of membrane-based technologies because it will lead to severe flux declines and the need to clean or replace the fouled membrane. A technique capable of early diagnosis, process monitoring, and evaluation of the role of different foulants playing in the fouling process is crucial for the fouling control. We develop surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) as a new and versatile tool to investigate the fouling process of protein on PVDF (polyvinylidene fluoride) membranes as well as the fouling propensity of three different proteins. We optimized the aggregation level and volume of SERS-active Ag sol and the spectra acquisition method combined with a statistical analysis method to ensure a high detection sensitivity, signal uniformity, and stability. We then used SERS for the early diagnosis of the fouling process and determining when the membrane pores would be blocked. The fouled area was visualized by a combination of the silver staining and Raman mapping. The fouling propensity of different proteins was studied by comparing the relative SERS band intensities of different proteins on a glass slide and after membrane filtration. Compared with fluorescence-based techniques, the narrow, well-resolved Raman band, especially the use of the same excitation line and laser power, endows SERS the ability to compare the fouling propensity in a very simple way.     

脏污对道床剪切性能影响及评估指标的离散元分析

对国内外典型的道床脏污评估指标进行了综合分析。基于已有研究成果,提出了新的道床评估指标PFI。采用离散元法建立了基于精细道砟仿真单元的直剪数值模型,对不同脏污程度道床的剪切性能及PFI的合理性进行了研究,研究结果表明:脏污会显著降低道床的抗剪性能,其下降幅度与道床的脏污程度有关;脏污材料的粒径对道床剪切性能影响明显,且在材质相同的情况下,小粒径的脏污会引起道床剪切性能的进一步降低;相比于已有评估指标VCI,PFI能够考虑脏污材料粒径的影响,从而更准确的评估道床脏污情况。     

膜生物反应器运行中的膜污染及其控制

阐述了膜生物反应器(MBR)在水处理方面的优缺点及膜污染的主要影响因素,总结了国内外关于膜污染及其数学模型的研究进展,归纳出膜污染模型的几种形式,并从膜本身的理化性质改变、混合液理化特性改善、操作条件优化等方面论述了减缓膜污染的方法及措施,介绍了几种膜清洗的方法及设计和操作过程中应注意的问题,提出了今后研究的重点和方向．