电场强化错流膜过滤的研究

电场强化错流膜过滤技术可有效改善膜污染和浓差极化对错流过滤带来的不利影响。就电场膜过滤装置、机理、外加电场及影响渗透通量的因素这4个方面进行综述。目前研制的新型附加电场中空纤维膜组件克服了传统膜过滤组件的缺点,显示出很大的工程应用前景。电场强化错流膜过滤中会发生电泳和电渗等电动力学效应以及电化学效应。电泳是减缓膜污染一个主要因素,电泳和电渗两者共同作用,可以大幅提高过滤通量。采用脉冲电场可以减缓过滤速率的衰减幅度,节省单位体积滤液的电功率比耗。当颗粒具有较高Zeta电位、外加场强及跨膜压力接近临界值、错流速率较高时,过滤通量极限值将会得到提高。     

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。     

硫化氢制氢工艺中脱硫技术的对比实验研究

针对硫化氢制氢工艺中的脱硫技术,比较研究了死端过滤、错流过滤和旋流强化错流的过滤通量和过滤压力的变化以及反冲效果,分析比较了不同过滤方式以及操作参数对脱硫效果的影响。得出采用旋流过滤方式脱硫能够获得较好的分离效果,符合工艺要求,具有较好的应用前景。     

α-Al2O3微滤膜的改性研究

采用共沉淀法,对α-Al2O3微滤膜进行纳米ZnO和TiO2改性.结果表明:改性后微滤膜的过滤效率与未改性膜相比得到了显著地提高.在死端过滤的条件下,改性膜水通量增幅为19.4～49.6%.同时,还对纳米ZnO改性α-Al2O3微滤膜应用进行了初步研究,结果表明:在错流过滤的条件下,改性膜稳定的过滤通量为0.708 m3·m-2·h-1·bar-1,与未改性膜稳定的过滤通量相比,膜过滤通量提高180.95%.     

弹状流对陶瓷膜超滤葡聚糖水溶液的影响

为降低膜污染和浓差极化需维持较高膜面流速,能耗较高。将气升式外循环引入膜过程,可有效降低浓差极化和能耗。实验考察了曝气量对渗透通量的影响,当曝气量为400 L·h^-1时,与相同液速条件下单相流错流过滤相比较,膜通量提升87%;进一步增大曝气量,膜通量增加趋势变缓。对气升式膜过滤过程的水力学特性进行了研究,在弹状流条件下,气液两相流可有效提高膜面剪切力,增强膜面传质。在较低流速下,曝气可有效降低膜污染阻力,提高膜通量。结合气液两相流理论和膜过滤阻力模型,分析了弹状流提升膜通量的机理。     

锯齿形湍流促进膜过滤器处理SiC废水性能研究

为提高平板膜过滤器的过滤性能,设计了一种新型的锯齿形湍流促进膜过滤器。以含有不同浓度的Si C颗粒废水为研究对象,通过错流微滤实验对促进器强化过滤性能进行了研究,分析了促进器作用下膜组件的流动阻力和能量利用率。结果表明,锯齿形促进器可使常规过滤渗透通量提高3.46倍,尤其是在低进料流量、低雷诺数下能有效地强化膜通道内的湍动能,提高能量利用率。锯齿形促进器的强化作用与锯齿的疏密有关,当锯齿的疏密程度增加50%时,单齿强化过滤效率可提高3.7倍。     

过滤方式及压力对速率影响的研究

介绍了相关过滤方式的优缺点,自主建立了过滤实验流程,设计出相应的膜滤器,通过实验,研究了横向终端过滤、竖向终端过滤、横向错流过滤和竖向错流过滤及过滤压力对过滤速率的影响等。结果表明:采用竖向流动错流过滤方式膜过滤速率大于其它方式的过滤速率,衰减最为缓慢,且一段时间后,速率趋于一定值;压力增大可以提高竖向流动错流过滤速率,但也加快了膜污染,使膜速率衰减加快。     

陶瓷膜构型对错流微滤酵母悬浮液性能的影响

采用3种构型的陶瓷微滤膜元件对酵母悬浮液进行错流过滤实验,考察陶瓷膜元件的构型对于其错流过滤性能的影响。结果表明:减小陶瓷膜元件的通道直径可以提高料液在膜表面的剪切力,有助于提高过滤稳定通量和临界压力,在3 m/s膜面流速、0.1 MPa跨膜压差条件下,单管、19通道、55通道的稳定通量分别为96、128、196 L/(m2.h);在3 m/s膜面流速条件下,3种陶瓷膜元件的临界压力分别约为0.15、0.2、0.2 MPa。另外,减小通道直径还可以减小滤饼层的比阻,有利于降低过滤阻力;与提高膜面流速来增大过滤通量的方法相比,减小陶瓷膜的通道直径具有能耗较小的优点。     

高频振动膜处理含油污水实验研究

使用机械振动和超滤组件结合的高频振动剪切超滤膜过滤系统,来考察振动频率、进口压力、料液流量等因素对膜系统渗透通量和分离性能的影响。利用清水、含油污水和0．1％NaOH溶液来研究高频振动剪切超滤膜过滤系统的性能,对比了常规静态错流膜过滤与高频振动剪切膜过滤,验证振动剪切膜过滤方式的可行性和有效性。     

操作条件对γ-Al2O3膜分离性能的影响

通过正交实验探讨了酸性条件下,温度、压力、PH值、流速、浓度对γ-Al2O3管式多孔膜渗透通量和Mg2+的截留率的影响。实验采用溶胶–凝胶法自制管式纳米孔膜和错流循环过滤方式。结果表明,操作压力和温度对膜通量的影响显著,同时压力及pH对截留率影响显著,而酸性环境下有利于γ-Al2O3多孔膜对阳离子的脱除。     

不同过滤方式下过滤速率衰减模型研究

对真空死端过滤、气压死端过滤、轴向流十字流过滤、旋转流十字流过滤等不同过滤方式下的过滤速率衰减行为进行了系统的研究,建立了相应的过滤速率衰减模型、以及相应模型系数与悬池液浓度、操作压力、雷诺数和欧拉数等影响因素的关系式。结果表明,死端过滤速率衰减模型中过滤速率与时间呈幂函数关系、而十字流过滤速率衰减模型中过滤速率与时间则呈一次函数关系,死端过滤时悬浮液浓度和气压过滤压力对其过滤速率衰减模型系数的影响均呈三次函数关系,在十字流过滤时悬浮液浓度、操作压力以及雷诺数对模型系数ｂ的影响均呈线性关系,轴向流十字流过滤速率衰减模型系数ｂ与欧拉数呈反比,而旋转流十字流过滤时则模型系数ａ与欧拉数呈反比关系。十字流过滤中,旋转流方式同轴向流方式相比,过滤速率衰减趋势较陡,但其初始通量高,在较长时间内都能以高于轴向流过滤通量的状态运行。     

陶瓷膜处理地表水的工艺

采用混凝沉降与陶瓷膜超滤的组合工艺处理地表水,考察操作模式、膜孔径、膜构型以及膜通量等对膜过滤性能的影响。结果表明:在恒压操作下,终端过滤的操作压差应小于0.075 MPa,对于孔径大于50 nm的陶瓷膜而言,膜通量随孔径变化不大;错流过滤的膜通量随孔径增大而增大;错流过滤的渗透通量是终端过滤的1.5～2.2倍。恒通量操作下,蜂窝陶瓷膜过滤性能优于19通道陶瓷膜,并在恒通量150 L/(m2.h)下稳定运行。混凝沉降-陶瓷膜组合工艺对浊度的去除率大于99%,对吸收254 nm波长紫外线有机物(UV254)的去除率大于47.7%,产品水的部分指标优于GB 5749—2006中的指标。     

不同运行条件对超滤膜通量阻力的影响研究

在分析膜污染和膜通量阻力的基础上,在不同条件下,研究对超滤膜分离处理生活污水过程中,通量阻力的变化规律。得出结论:在水回收率同样情况下,水压对膜通量有显著的影响,运行初期较高的水压使得膜表面物理污染增加较快,后期部分通量阻力被高水压抵消一部分,使得膜过滤效率增加;水回收率在70%左右能够使通量阻力维持在低水平;定期反冲洗可以降低通量阻力。     

往复旋转管式陶瓷膜超滤脱脂奶水溶液的研究

往复旋转管式陶瓷膜过滤系统通过膜组件往复旋转在膜表面反复产生高剪切率,达到减缓膜污染的效果。在相同操作条件下,与单向旋转过滤和死端过滤相比较,往复旋转过滤具有更好的减缓膜污染的作用。本实验利用往复旋转膜过滤装置超滤脱脂奶水溶液,考察了各种参数对该膜系统过滤特性的影响。实验结果表明,料液浓度增大,膜通量减小;过高的操作压差将会抑制膜通量增加;旋转速度增大,膜表面剪切强化作用增强,膜通量相应增大;膜稳态通量随往复旋转周期增大呈现先增大后减小的趋势。当料液速度达到膜组件转速时,瞬时反方向旋转膜组件,膜表面产生最大的剪切率,膜稳态通量也达到最大值。能耗分析表明,往复旋转过滤较单向旋转过滤单位通量能耗低。     

操作条件对动态膜过滤含天然有机物废水的影响

对动态膜过滤含天然有机物废水性能进行了研究,考察了过滤方式、跨膜压差及错流速度对膜通量、污染物去除率的影响,结果表明:动态膜过滤的稳态膜通量及对溶液中UV254及UV436的截留率均高于基膜,分别达89.51%和98.61%;跨膜压差越高,稳态膜通量越高,低压力范围内增加跨膜压差的稳态膜通量增幅较高,跨膜压差从0.16MPa增至0.25MPa的稳态膜通量增幅不大,对污染物UV254及UV436的截留率随跨膜压差增高小幅降低。错流速度越高,稳态膜通量越高,动态膜对污染物UV254及色度物UV436的截留率越高。动态膜对UV254和UV436的截留率都在89%及98%以上。     

膜振动过滤通量的实验研究

针对膜过滤过程中,因污染造成膜渗透通量下降等问题,提出了全新的将膜过滤与机械振动结合的膜振动过滤方式;用粘土悬浮液做正交实验,对比了在相同操作条件下,膜振动过滤及无振动膜过滤的膜过滤通量随时间的变化情况,表明膜振动过滤通量比无振动膜过滤通量大,并验证膜振动过滤方式的可行性;通过对影响因素的分析明确了振动频率适中、振动振幅较大时,膜过滤通量越大的原因。     

连续微滤用于海水净化的运行条件优化

采用连续微滤技术进行反渗透海水淡化预处理中试,通过正交实验考察连续微滤前处理工艺、过滤模式及膜通量、运行时间、反洗通量、反洗时间等运行条件对产水水质、单位净产水量跨膜压差增长量及产水率的影响,并对运行条件进行优化。结果表明,前处理工艺、膜通量和运行时间是影响单位净产水量跨膜压差增长量的显著因素,而过滤模式是影响产水率的主要因素。"混凝-沉淀-砂滤"作为前处理工艺可有效减少连续微滤进水的悬浮物含量;对外压式中空纤维膜而言,错流过滤减轻膜污染的效果不明显,宜采用死端过滤模式;其他优化运行参数为:通量40L/(m~2·h),运行时间30 min,反洗通量60 L/(m~2·h),反洗时间60 s。     

旋转流三管微滤膜强化分离过程

利用聚乙烯三管微滤膜在不同浓度、不同操作压力下,分别以切向进料和径向错流进料进行了分离实验对比研究,结果表明:在浓度为0.25%时三管膜切向进料具有通量大、能耗低的特征;切向进料的渗透通量是径向错流进料的2倍,且在浓度为0.5%时切向进料有一最佳操作压力,为深入研究多管膜过滤提供了依据。     

圆管内超临界CO_2的阻力特性

对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10mm。该实验压力范围为8～16MPa,质量流量范围为1000～1525kg·m~(-2)·s-1,内壁热通量范围为96.5～283.2kW·m~(-2)。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热通量对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显著增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热通量对摩擦压降的影响较小。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO_2的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差范围内占83.31%。     

动态膜在错流微滤系统中的应用

利用6000目的高岭土作为动态膜涂膜材料,在相同的条件下过滤活性污泥和二级出水.实验结果显示,动态膜过滤在出水水质和通量方面明显优于直接过滤,而处理二级出水在膜通量方面没有优势.清洗实验结果表明动态膜能有效降低膜内部污染,并能恢复到新膜通量的90%.污泥浓度越大,通量越小.提高膜面流速和增加压力都能有效的提高膜通量,但提高膜面流速更经济.