不同中空纤维膜组件对甲烷和氧气无泡曝气过程的影响

为探索无泡膜曝气用于甲烷高效、安全生物转化的可能性,测试了3种中空纤维膜组件对甲烷和氧气传质速率的影响.所测膜组件分别为致密硅胶中空纤维膜(A)、疏水性微孔聚丙烯中空纤维膜(B)及亲水性微孔聚醚砜中空纤维膜(C).结果表明,膜组件A和B可以同时强化甲烷和氧气的气液传质过程,对甲烷进行无泡曝气,两者的体积甲烷传质系数(KLa)相近,分别为3.19和3.78h·1,约为传统鼓泡曝气的3倍.对空气进行无泡曝气时,膜组件B的KLa值(溶氧)为61.1h·1,是A的2.6倍,是传统鼓泡曝气的24.8倍.     

陶瓷膜曝气强化臭氧传质研究

为了探究陶瓷膜曝气对臭氧气液传质的影响,对三种陶瓷膜进行了性能的表征与评价,并从陶瓷膜孔径、臭氧投加量、进气流量、温度、pH等方面对液相臭氧浓度和表观传质系数进行了考察。结果表明：1号陶瓷膜传质效果最好,其液相臭氧平衡浓度和表观体积传质系数（K_La）分别为微孔曝气的3倍和2.1倍。最佳的液相平衡臭氧浓度（10.20 mg/L）和K_La(0.519 2 min^-1)在1号陶瓷膜、臭氧投加量为43.92 mg/L、温度20℃、进气流量400 L/h,pH为7条件下取得。     

射流曝气耦合超声强化臭氧传质及应用

利用臭氧射流曝气耦合超声,探讨了操作因素对溶解O3含量与传质系数的影响,并利用超声、臭氧射流曝气、臭氧射流曝气耦合超声降解对氯苯甲酸废水。结果表明,臭氧投加量32.38 mg/L,液相、臭氧进气体积流量分别为122、50 L/h时,单独射流曝气的臭氧表观传质系数(K_La)为0.645 min^-1;引入超声后,K_La可达1.289 min^-1,表明射流曝气耦合超声可明显增强臭氧的传质效果,K_La增大了约2倍。射流曝气与超声的协同降解对氯苯甲酸废水的协同因素E可达1.546,两者具有良好的协同协应。射流曝气耦合超声是增强臭氧传质的有效方法,可为后续水处理技术提供技术支撑。     

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。     

旋转曝气器的曝气充氧性能研究

针对曝气池中的实际充氧情况,提出新的曝气性能指标—充氧均匀性指数,并提出一种新型曝气器旋转曝气器。在长宽高尺寸为600 mm×800 mm×910 mm的有机玻璃曝气池内,以空气-清水为体系,对旋转曝气器的曝气充氧性能进行了研究。主要考察了充氧均匀性指数、氧总传质系数和曝气效率等曝气充氧性能,并与微孔曝气器进行对比。实验结果表明,当曝气流量为1.0~2.5 m~3/h,旋转曝气器和微孔曝气器的氧总传质系数、氧传质速率、氧传质效率和曝气效率很相近;旋转曝气器的充氧均匀性指数介于0.040 4~0.049 4,而微孔曝气器的充氧均匀性指数介于0.054 7~0.127 5。旋转曝气器产生的旋转流场能使气泡在水平面分布更均匀,提高了氧传质效果。     

膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程

利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO₂吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO₂吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO₂吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO₂的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。     

聚四氟乙烯中空纤维气态膜法浓海水提取溴素

以浓海水为含溴原料液,NaOH溶液为吸收剂,考察了用聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）3种材料制作的微孔疏水中空纤维气态膜组件从浓海水中提溴的性能和使用寿命。实验结果表明PTFE中空纤维膜具有更高的传质系数和更强的耐溴氧化能力,更适合用于浓海水提溴。进而考察了各种操作条件对PTFE气态膜组件传质系数K和提溴率η的影响以及该组件的长期操作稳定性。实验结果表明：K随温度增加而增大,随料液中NaCl含量的增大而略有减小,料液流速和含溴量、吸收液的流速和吸收剂浓度对传质系数影响不大。PTFE膜组件在连续运行的3个月内表现了良好的操作稳定性,为PTFE中空纤维气态膜法提溴工艺的工业化应用提供了技术基础。     

曝气膜生物反应器的CFD模拟

利用Fluent软件对曝气膜生物反应器中气液两相流动进行模拟计算,探讨了进气气泡的直径、进气速度及膜纤维束的长度等因素对膜生物反应器内液体流动、气体分布的影响.结果表明,减小气泡的直径并适当增大进气速度、膜纤维束长度可以有效提高膜生物反应器内气体的分布和液体与气体的接触,从而促进气液两相进行高效的传质.     

载气增湿蒸发技术处理切削废液的研究

利用空气作为载气,采用蒸发塔进行了载气增湿蒸发浓缩切削废液的实验,探究了操作条件对蒸发过程的影响。随着载气流量的增加,容积传质系数、蒸发量和整塔压降均增大,出口载气VOC浓度减小;随着载气温度、循环流量的增加,容积传质系数、蒸发量、整塔压降和出口载气VOC浓度均增大。实验条件下容积传质系数及蒸发量最大达到了13.95 g·（m³·s）^-1和3.39 kg·h^-1;出口载气VOC浓度最大为6.2 mg·L^-1,小于《大气污染物综合排放标准》中规定值。研究结果表明载气增湿蒸发工艺能有效浓缩切削废液,为工业化应用奠定了基础。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

两亲性聚合物沉积法聚四氟乙烯中空纤维膜的亲水改性研究

以具有两亲结构的两亲性聚合物脂肪醇聚氧乙烯醚，通过回旋振荡涂覆法对疏水的聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜改性处理制备亲水性聚四氟乙烯膜，在膜表面形成亲水沉积层，并研究了两亲性聚合物浓度、涂覆时间、热处理时间和热处理温度对PTFE中空纤维膜亲水性能的影响。结果表明，两亲性聚合物浓度为5%,涂覆时间2 h,热处理时间和温度分别为16 h和40℃条件下制备的聚四氟乙烯中空纤维膜，纯水通量可达2 482 L/(m²·h)。     

生物转鼓反应器氧转移特性及运行效能

采用一种研制的新型生物转鼓反应器(RDBC),内部装填MBBR悬浮填料,通过调节浸没深度和转速可实现厌氧、缺氧、好氧等工况条件下运行,其氧总体积传质系数K_La可达25.87 h^-1,动力效率可达228.62g·(kW·h)^-1。利用生物转鼓分段进水后置反硝化工艺处理模拟生活污水,结果表明:在进水流量6 L·h^-1(HRT 18 h),好氧生物转鼓反应器浸没高度比2/3、转速8 r·min^-1、DO 3.0 mg·L^-1,缺氧生物转鼓反应器浸没高度比5/6、转速4 r·min^-1、DO 1.0 mg·L^-1,进水流量分配比3:1,进水COD、NH₄⁺-N和TN浓度平均值分别为385.0、38.0和38.0 mg·L^-1时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到90.4%、93.7%和80.9%,出水水质可满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准要求。     

中空纤维膜无泡曝气试验

对中空纤维膜无泡曝气进行了试验研究,考察了中空纤维膜的高效曝气性能,探讨了水力条件与无泡曝气泡点的关系,以及水力条件和曝气压强对曝气效果的影响。试验表明,无泡曝气泡点的大小与循环流量的大小呈负相关关系;给出了在曝气压强为0.025 MPa时雷诺数对舍伍德数的影响的估计公式;在泡点以下,液相流速一定时,氧的传质系数随曝气压强的增大而增大。     

微孔曝气器充氧性能的影响因素

基于双膜理论,研究者提出了曝气器充氧过程中氧传质的基本方程dρ/dt=KL a(ρ*∞-ρL),叙述了氧总转移系数KL a和饱和DO质量浓度ρ*∞的主要影响因素,包括几何参数(曝气器浸没深度、曝气器密度、池表面积、曝气器布局)、运行工况(水平流、通气量、污泥龄)和水质条件(表面活性剂、TDS含量)。在一定范围内增大池表面积、通气量或施加水平流均可提高KL a;微孔曝气器采用均匀布置方式或增大曝气器浸没水深有利于氧传质,提高氧转移效率;TDS的质量浓度超过2 g/L,KL a将明显增大;但曝气器浸没深度、曝气器密度和TDS含量对微孔曝气器充氧性能的影响和机理解释仍需进一步研究。温度越低,压力越大或水深越深,ρ*∞越大,这有利于提高曝气器的充氧能力。对微孔曝气器充氧性能影响因素的研究,可为污水处理厂曝气系统的优化运行提供参考。     

过程参数对采用多孔陶瓷超滤膜回收烟气中余热和水性能的影响

将孔径为20 nm的陶瓷膜组装制成膜冷凝器,在水蒸气-空气形成的模拟体系中,采用去离子水作为冷却介质,开展了传递膜冷凝技术在烟气除湿和工业余热综合应用方面的研究。考察了空气流量、冷却水流量、进气温度和冷却水温度对陶瓷内膜和外膜过程通量的影响,并比较了两者水热回收性能。结果表明,过程通量均随进气流量和进气温度的增大而增加。随着冷却水流量的增大,过程通量也不断增加,但是冷却水流量达到一定值后,过程通量基本不再变化。冷却水温度对过程水通量的影响较小,但是热通量对冷却水温度的改变较敏感。冷却水流量的变化对陶瓷外膜的过程通量影响更加显著,表明陶瓷外膜水热回收过程更易受流体边界层的影响。在各实验工况范围内,陶瓷内膜和外膜分别具有更高的热通量和水通量,采用陶瓷膜过程的水通量和热通量最高分别可达到23.1 kg·m^-2·h^-1和47.5 MJ·m^-2·h^-1。随着传递膜冷凝技术开发和研究的不断深入,该技术在除湿和工业余热综合应用领域有着广阔的发展空间,将为我国节水、节能以及环境保护等领域的发展提供新的解决思路。     

气升式环流生物反应器微孔气体分布器结构优化与性能

目前,气升式环流生物反应器普遍使用管式气体分布器,管式气体分布器易堵塞,动力效率低。气泡粒径小,动力效率高的微孔气体分布器应用于气升式环流生物反应器的研究少有报道。本文为研究微孔气体分布器应用于气升式环流生物反应器的实际效果,对微孔气体分布器进行结构优化研究,考察分布器形式、直径和安装位置等因素对氧传质系数的影响,进而考察优化后的微孔气体分布器的充氧能力、氧利用率、动力效率等性能参数及其变化规律。指导微孔气体分布器的工业化应用。实验结果表明：盘式微孔气体分布器传质效果优于管式,且盘式微孔气体分布器直径为0.4R时,传质效果最佳;膜盘到导流筒底部距离为1R时,分布器的氧传质系数最大,R为导流筒半径;微孔气体分布器适宜的气体流量为1.5m³/h,充氧能力0.14kg/h,氧利用率为34.63%,动力效率为3.35kg/(kW·h)。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m²真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m²多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明：料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m²·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m²·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

膜曝气生物膜反应器处理餐饮废水的研究

采用自然挂膜法进行培养微生物,研究了以疏水性中空纤维膜作为膜组件膜曝气生物膜反应器(MABR)好氧、厌氧、先好氧后厌氧以及先厌氧后好氧等不同曝气方式、不同膜丝种类和曝气压力对系统序批式去除餐饮废水COD、NH3-N的影响。结果表明,好氧方式不仅对餐饮废水处理效果较好,而且还可以降低经济成本;当进水COD和NH3-N的质量浓度分别为1.8~6.0 g/L、30~60 mg/L,曝气压力为60 kPa,膜丝为聚四氟乙烯中空纤维,好氧曝气处理12 h时,MABR能够较容易的使餐饮废水出水的COD保持在0.4 g/L以下,NH3-N的质量浓度保持在4 mg/L以下,达到CJ 343-2010排放标准。     

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。     

聚四氟乙烯中空纤维膜的亲水改性及稳定性能

针对聚四氟乙烯(PTFE)的疏水问题,采用两亲性聚合物亲水剂对PTFE中空纤维膜进行亲水改性。两亲性聚合物可能通过疏水链与聚四氟乙烯的原纤及节点发生缠结进而固定在PTFE膜上。研究发现,两亲性聚合物在不影响PTFE中空纤维膜结构的基础上成功地覆盖在PTFE中空纤维膜表面。亲水改性聚四氟乙烯膜(M-PTFE)的水通量随压力的增加而增加,在高压(100 kPa)和负压(-20 kPa)长时间的运行条件下也能保持4 674 L/(m²·h)和1 960 L/(m²·h)的数值。两亲性聚合物改性剂在PTFE膜表面的稳定性为改性PTFE膜稳定的大水通量提拱了理论基础,也为PTFE中空纤维膜在水处理领域的应用提供了有利的技术支撑。