周期反洗对膜过滤性能的影响及膜有效孔径的研究

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近年来,微滤(MF)作为高效的膜分离单元被广泛应用在水处理、反渗透(RO)预处理等领域。然而,膜污染制约了MF技术在工业中的广泛应用。研究膜清洗对控制膜污染以及实际膜工业过程具有重要指导作用,从而促进膜过滤效率的提升和膜技术的广泛应用。本文采用孔径为0.2μm聚偏氟乙烯(PVDF)平板MF膜对酵母悬浮液进行恒压错流过滤与恒压反洗,采用正交实验设计的方法研究了周期反洗对膜过滤性能的影响,以及采用公式理论计算研究膜有效孔径的变化规律,主要内容如下:(1)研究恒压错流过滤与恒压反洗过程中的5个参数(过滤TMP、进料浓度、流速、通量下降率、反洗时间和反洗强度)对膜污染阻力(Rf)、反洗效率(P)和比能耗(E)的影响以及贡献率,并对比有无反洗情况下的Rf、P和E。结果表明:在相同的操作时间下,与不进行反洗相比,周期性反洗可降低39.0%的Rf,提高37.9%的P,节省25.0%的E。各操作条件对不可逆污染阻力(Rirr)的贡献率为39.17%(进料浓度)、31.98%(反洗强度)、27.16%(通量下降率)、1.58%(过滤TMP)和0.1%(反洗时间);对P的贡献率为38.97%(进料浓度),26.37%(反洗强度),23.76%(反洗时间),10.24%(过滤TMP)和0.66%(通量下降率);对E的贡献率为76.03%(过滤TMP)、12.79%(进料浓度)、10.67%(通量下降率)、0.31%(反洗时间)和0.20%(反洗强度)。其次,流速的增加能有效地降低Rirr,提高反洗效率。然而,过大的流速会导致较高的能量消耗,因此,流速为0.71m/s(Re=4200)是最佳选择。此外,在工业操作过程中,必须慎重选择进料浓度、过滤TMP、错流速度、反洗强度和反洗时间,以“权衡”P和E。(2)研究在反洗过程中膜有效平均孔径(de)、膜孔内剪切力(τ)和可逆污染阻力(Rr)的变化规律,并对比有无反洗情况下的de。结果表明:de、τ和Rr均随着周期的增加而减小。de随着过滤压力(TMP)、流速、反洗时间和反洗强度的增加而增大,随着进料浓度的增加而减小。当17004200时,增加流速de并未明显改善。τ随着TMP、流速、反洗时间和强度的增加而增大,随着进料浓度的增加而减小。Rr随着TMP、进料浓度、反洗时间和反洗强度的增加而增大,随着流速的增加而减小。周期反洗能有效的提升de,且2~10个周期的de均大于未反洗的de。
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