超滤过程中膜的吸附现象是造成膜污染的关键

膜过滤过程可认为是通过多层阻力的传质现象，这里所说的阻力包括膜阻力、凝胶层阻力、浓差极化层阻力，从流体动力学观点来看，膜过滤是由一种或多种阻力制约着的传质过程。在膜过滤中，截留物在膜表面的吸附会增加过滤阻力，而这一现象常常被忽视。本文将介绍超滤过程中的微粒吸附对总阻力的影响所作的部分试验研究。     

动态膜处理污水时阻力分布及污染机理

对高岭土动态膜处理污水过程中膜污染阻力分布及膜污染机理进行了研究。通过测定和计算得知不同操作条件下各部分阻力的比例及其变化情况。动态膜过滤污水的阻力主要由动态膜膜孔堵塞阻力和膜面污染层阻力所控制。随着错流速度的增大,总阻力减小,各部分阻力的比例有所变化,但动态膜膜孔堵塞阻力和膜面污染层阻力依然占主导地位。利用传统膜过滤时有关膜污染的堵塞模型和滤饼过滤模型对动态膜处理污水时的实验数据进行分析,结果表明,动态膜过滤污水过程中,过滤初期约10 min左右,污染以膜的微孔堵塞为主,此后,膜的污染情况因操作条件不同而有所差异,影响最显著因素为错流速度,当错流速度较小时,膜的污染以膜面沉积污染物为主,符合滤饼过滤模型。适当提高错流速度有利于减小过滤阻力。     

PF-MBR处理城市生活污水膜污染特性研究

在膜生物反应器处理污水过程中,广泛存在膜污染问题。自制膜生物反应器,向其中添加磁性铁氧体粉末,组成铁氧体粉末膜生物反应器(PF-MBR),并用其处理城市生活污水;研究了添加磁性铁氧体粉末对膜污染的影响,并进行机理分析。研究结果表明,添加磁性铁氧体粉末能一定程度上延缓膜污染。不加磁性铁氧体粉末的MBR-B运行到第30天时膜过滤压差达到22.9 kPa,而添加磁性铁氧体粉末的MBR-A膜过滤压差只有17.2 kPa;MBR-A的膜过滤阻力比MBR-B的低1.65×1012m-1。临界通量测定结果也表明,向膜生物反应器中添加磁性铁氧体粉末能减缓膜污染。机理分析表明,向膜生物反应器中加入磁性铁氧体粉末改变了活性污泥絮体的结构和性质,降低了膜生物反应器运行过程中膜表面泥饼层产生的阻力及膜孔堵塞与吸附产生的阻力,从而有效缓解了膜污染。实验采用自制的磁性铁氧体粉末,可实现废物的资源化利用。     

低膜面流速下曝气对管式膜水力特性及膜污染影响

采用曝气强化管式膜超滤高岭土混合液,考察了低膜面流速下曝气对强化膜分离过程影响,探讨了曝气对膜面水力特征及膜污染过程影响,并对过滤介质影响及膜污染阻力构成进行了研究。结果表明,在低膜面流速下,通过向管式膜引入曝气使膜表面形成气液两相流,可实现膜通量稳定保持在15L/(m²·h)以上。不仅如此,曝气的引入使膜表面雷诺数由1800~2500增至3300~4500,显著增强了膜表面湍流程度,并且实现了低膜面流速下使膜污染指数控制在较低水平,节省了运行能耗。此外,曝气的引入主要减轻了膜表面滤饼污染,使膜过滤总阻力减小且对高岭土截留效率影响不大,但强烈的膜面传质使高岭土粒径有减小趋势,并且膜表面形成污染阻力以不可逆污染层为主,不利于膜污染长周期控制。     

微生物代谢产物对膜生物反应器膜污染的影响

针对膜生物反应器（MBR）在运行过程中溶解性微生物代谢产物（SMP）及胞外聚合物（EPS）对膜污染进行研究。实验过程中对MBR内的污泥混合液进行了定期膜阻力监测。结果表明,SMP和EPS对膜过滤阻力有负面的影响。SMP中相对分子质量分布（Mw）在3～10 kDa对膜内部阻力影响显著,SMP中Mw＞10 kDa的大分子有机物及EPS浓度对膜外部阻力影响明显。通过傅里叶转换红外光谱（FTIR）检测膜表面污染物表明,EPS主要由多聚糖、蛋白质和腐殖酸组成,而污染层中的SMP主要是多聚糖和腐殖酸。     

光催化协同TiO2动态膜去除水中腐植酸及膜污染特性

针对物理扰动模式控制动态膜污染使涂膜层脱落方面的局限性,提出光催化氧化技术协同动态膜降低膜污染,对比了陶瓷微滤膜、动态膜、光催化协同动态膜处理含腐植酸废水及含腐植酸/TiO₂混合废水过程中的膜通量、污染物去除率及膜污染阻力分布的变化趋势。结果表明:光催化协同作用可有效提高动态膜过滤腐植酸溶液过程中的膜通量、总有机碳(TOC)及UV₂₅₄的去除率,并同时降低可逆污染阻力及不可逆污染阻力,其中可逆污染阻力明显大于其他部分阻力,可逆污染是造成膜通量衰减的主要原因。光催化预处理时间越长,稳态膜通量、TOC及UV₂₅₄去除率增幅越显著,控制膜污染越有效。光催化预处理2h和8h再动态膜过滤时TOC去除率分别可达到80%和90%以上,UV₂₅₄去除率都可达95%以上。     

基于吸附-扩散机理研究钒离子透膜传质过程(I)——离子膜吸附-扩散模型

钒离子透膜传质是导致钒电池能量损失的关键因素之一,在分析钒离子透膜传质过程的基础上,根据离子交换膜固定电荷理论提出钒离子透膜传质的吸附-扩散模型.由膜内离子Donnan平衡,引入选择性系数研究膜内钒离子吸附过程;考虑膜面浓差电势影响,由Nernst-Planck方程描述膜内钒离子和氢离子交互传质过程,将钒离子透膜扩散过...     

吸收-解吸过程的膜控制阻力

膜阻力是传质工艺计算的基本特征量,反映了传递过程的动力学属性。为了说明气液传质机理,本文针对吸收操作中易混淆的控制阻力问题进行讨论,通过图解对比了易溶、难溶体系的阻力分配情况,对影响膜阻力大小和分配比例的热力学因素及动力学因素(如相平衡、流动状况、化学反应等)作了分析,结合算例说明了工业生产中膜阻力分配的可控性及确定控制阻力的工程意义,此外还评价了膜阻力在不同单元操作过程中的个性差异。     

膜基溶剂萃取法提取锌的研究

膜基溶剂萃取法是一种新型的分离技术。它利用多孔膜将有机相和水相分开,然后在微孔的接触界面上进行传质。该过程没有两相的分散和凝聚过程。本文以HDEHP-煤油和硫酸锌溶液为体系,研究了萃取过程中两相流量对传质过程的影响,并求取以水相为基准的总传质系数。同时也研究了HDEHP-煤油和硫酸水溶液的反萃取体系。结果表明在萃取时膜相和有机相边界层的阻力比较小;在反萃取时膜相和有机相边界层的阻力不可忽略。     

快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析

研究快速变压吸附制氧过程中的传质过程,结合实验数据对全局动态传质系数与常数传质系数进行对比模拟分析,并考察各传质阻力对传质效果的影响。结果表明：基于轴向、膜扩散和孔扩散估算的动态传质系数是有效的。膜阻力是主要阻力,其次是轴向扩散阻力,大孔扩散阻力较小,微孔扩散阻力可忽略。在快速变压吸附中,由于气速和温度变化较快,传质系数也会有较大变化,总体趋势是传质系数随着温度和气速的升高而升高。采用恒定传质系数无法准确描述吸附塔内各个时间点、空间点上的传质行为,根据各节点状态计算出的动态估算传质系数能够与吸附塔内的行为有较好的吻合度,模型具有较高的可信性。     

浸没式厌氧双轴旋转膜生物反应器的膜污染特性研究

试验研究了浸没式厌氧双轴旋转膜生物反应器处理啤酒废水时膜的污染特性.试验分析了膜阻力分布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,膜表面滤饼层很薄,膜污染很轻,膜污染速率很小.结果表明系统由膜组件双轴旋转而形成的良好水力学条件,能有效地减小浓差极化和避免污泥颗粒在膜表面的沉积.可有效控制膜污染.     

快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析

研究快速变压吸附制氧过程中的传质过程,结合实验数据对全局动态传质系数与常数传质系数进行对比模拟分析,并考察各传质阻力对传质效果的影响。结果表明:基于轴向、膜扩散和孔扩散估算的动态传质系数是有效的。膜阻力是主要阻力,其次是轴向扩散阻力,大孔扩散阻力较小,微孔扩散阻力可忽略。在快速变压吸附中,由于气速和温度变化较快,传质系数也会有较大变化,总体趋势是传质系数随着温度和气速的升高而升高。采用恒定传质系数无法准确描述吸附塔内各个时间点、空间点上的传质行为,根据各节点状态计算出的动态估算传质系数能够与吸附塔内的行为有较好的吻合度,模型具有较高的可信性。     

液体表面活性剂膜的传质模型

本文提出了一个新的关于液膜传质的模型.该模型不仅考虑了溶质在乳状液球内核中的渗透过程,还考虑了由表面活性剂所致的界面阻力升高效应,因而更加准确地描述了液膜体系的传质过程.该模型的另一个特点是考虑了在传质过程中膜的破裂,从而使数学模型更加迫近液膜体系的实际情况.实验结果与理论分析均表明,溶质透过乳状液外围的表面活性剂薄层的分子扩散是整个液膜传质过程的速率控制段.这一结论将导致对液膜结构更加深刻的理解,并将有助于液膜体系的改进.     

投加粉末活性炭对膜生物反应器性能的影响

采用两组膜生物反应器(反应器1未投加粉末活性炭,反应器2投加粉末活性炭量为500mg/L)研究了在相同的进水和运行条件下其混合液特性和膜过滤阻力的变化.研究发现:加入活性炭可有效延缓混合液的黏度,胞外聚合物(EPS)含量、微细颗粒的含量和膜过滤阻力的增加,而且黏度和EPS含量有较好的线性相关性.分析认为膜孔堵塞仅在很短的时间内(≤1 min)起作用,因此膜孔堵塞模型可并入膜本身阻力模型;大于膜孔径而小于1 μm的颗粒物是形成沉积层的主要物质,而沉积层阻力是膜过滤的主要阻力.     

膜生物反应器中膜的污染与清洗

通过不同清洗方法对膜通量恢复效果的评价以及对污染膜和各步清洗后对膜表面和断面形貌的观察，对膜生物反应器工艺中的膜污染特征和膜污染进行了研究。结果表明，清水冲洗能消除纤维膜之间淤积的污泥和膜表面松散的污染层，次氯酸钠可以清除膜表面的微生物和有机污染物，而硫酸和柠檬酸能清除膜上的无机物垢。在膜外表面的污染物主要为生物膜和凝胶层污染，而膜内表面的污染物主要为滋生的微生物和无机污染物。对应各步清洗后膜通量的恢复，可以推出，在试验的工艺条件下，无机物污染对膜过滤阻力的影响较大。在此基础上．为延缓膜污染对膜生物反应器提出三点建议．     

污泥龄对HMBR中LB-EPS及膜污染的影响

采用复合式膜生物反应器(HMBR)处理生活污水进行中试,研究了污泥龄(SRT)对松散附着性胞外聚合物(LB-EPS)及膜污染的影响。结果表明,SRT对LB-EPS、ζ电位以及活性污泥的絮凝与沉淀性能均有重要影响。在4种SRT(10、20、30、60 d)中,当SRT为20 d时的LB-EPS含量最低、ζ电位最高、活性污泥的絮凝与沉淀性能最好。滤饼层污泥主要来源于活性污泥,活性污泥性能的改善会提高滤饼层过滤性能,降低膜过滤阻力。当SRT为20 d时的滤饼层比阻最低,膜过滤总阻力最小。     

硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学(Ⅰ)膜面上的对流传质

利用自制的硅橡胶平板复合膜对低浓度乙醇水溶液进行渗透蒸发分离乙醇实验 ,研究了过程的传质动力学。基于液 -膜的串联传质阻力模型 ,通过实验测定了膜的总传质系数 ,采用对比差值方法将总传质系数拆分为膜面上的液膜传质系数和膜内的扩散传质系数两部分 ,分析了液相边界层阻力和膜扩散阻力对总传质系数的影响。特别针对膜面上液体流动状况对膜传质的影响进行了探讨 ,得出了液膜传质系数与Reynolds数及温度的关联式。     

活性污泥中微生物胞外聚合物(EPS)影响膜污染机理研究

为了深入解析胞外聚合物（EPS）对膜污染影响,采用8种具有较好代表性的活性污泥在恒压（△H=78cm）重力自流连续出水方式下进行4h短期膜过滤实验。研究结果表明,随着溶解性EPS浓度的增加,膜污染阻力随之增大（rp=0.847）,LB-EPS与膜污染阻力呈现强正向相关（rp=0.753）,蛋白质类LB是影响MBR膜污染的主要物质;Zeta电位、污泥黏度μ、SVI与膜污染阻力呈现良好的相关性,LB-EPS是引起污泥混合液中Zeta电位、污泥黏度μ和SVI变化的主要原因。通过滤膜污染过程分析,滤饼层的形成是控制膜污染的决定性阶段,并且随着膜面EPS量的积累,滤饼层阻力逐渐增大,进一步分析得出污泥混合液中LB-EPS、溶解性EPS影响着膜面EPS量;膜面污染物红外谱图分析验证了EPS是膜表面主要污染物。     

中空纤维膜渗透汽化过程中Dean涡强化传质的CFD模拟

建立了一个三维的弯管式中空纤维膜渗透汽化传质CFD模型,研究Dean涡对渗透汽化过程传质的影响,描述了膜内侧的浓度和速率变化情况,该模型与Leveque传质关联式具有良好的一致性。研究结果显示：弯管膜中Dean涡的存在能降低边界层传质阻力,总传质系数比直管膜提高了4倍;在不同的入口速率和浓度条件下,弯管膜内侧的壁面剪应力均大于直管膜。在膜阻力远小于边界层阻力的情况下,入口速率0.275 m·s^-1,水浓度10%（质量）时,弯管膜的渗透通量为12636 g·m^-2·h^-1,是直管膜的5倍。可见,弯管式中空纤维膜在渗透汽化过程中具有显著的强化传质效果。     

降膜传质过程Marangoni效应稳定性分析

通过建立降膜流动传质模型，并考虑液相流动及非线性浓度分布的影响，利用线性微扰理论得到了降膜流动传质过程Marangoni效应发生的理论临界条件.用所建立的降膜流动传质实验装置得出实测传质系数的变化，由此获得Marangoni效应发生的实测临界条件，实测值与理论值基本符合，从而为工业上常见的降膜流动传质过程中Marangoni现象的预测和利用提供了理论依据.