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动态膜的形成机理与应用研究

孔祥东  
【摘要】:动态膜技术是一种新型膜技术,动态膜过滤拥有高抗膜污染能力、低能耗、高通量和高截留率等优点。预涂动态膜涂膜的工艺条件对动态膜的形成与特性起到至关重要的影响,为了系统地阐释动态膜的结构特征与污染物去除机理,有必要对动态膜形成机理进行深入、系统的研究。本文采用具有中试规模的微滤实验装置,进行了以硅藻土为原料的预涂动态膜涂膜实验,并对形成的动态膜特性进行了研究。通过对膜组件中颗粒的力和力矩平衡分析建立了动态膜的形成模型,得出了沉积颗粒粒径随动态膜厚度的变化关系并通过实验加以验证。最后将动态膜技术应用于化铣槽液回用流程中的固液分离环节,使经过处理后的化铣槽液满足回用标准。(1)利用中试实验平台,以孔径1μm的聚酯纤维管式膜为基膜,硅藻土为原料,进行了预涂动态膜的涂膜实验。考察了涂膜原料液流量、涂膜压差和涂膜液浓度等工艺参数对预涂动态膜涂膜效果的影响,确定了最佳的工艺操作参数。综合考虑涂膜效率、涂膜均匀程度以及处理酵母菌悬浊液的浊度去除率与通量恢复率等因素,当涂膜液流量为4m3.h-1,涂膜压差为0.10MPa,涂膜液浓度为1.0g·L-1时,得到的动态膜性能最优。(2)分别以体积加权平均径为46.71μm和38.32μm的硅藻土为涂膜原料,对预涂动态膜涂膜过程的颗粒进行力和力矩平衡分析:在径向方向上建立颗粒沉积模型;轴向方向上建立颗粒滚动模型。对不同粒度分布的硅藻土颗粒进行模拟与实验研究,得出预涂膜颗粒的粒度分布随动态膜厚度的变化关系。结果表明,随着动态膜厚度的增加,可沉积颗粒的体积加权平均径减小,同时粒径分布范围变窄。涂膜颗粒的体积加权平均径越大,所对应的标准膜污染指数越小,可形成的动态膜厚度越大。理论分析结果与实验结果相吻合,证明了动态膜形成模型是准确可信的。(3)利用动态膜处理含A1(OH)3颗粒的悬浊液,考察了不同操作条件对处理效果的影响,确定跨膜压差为影响动态膜效率的最主要因素。用动态膜技术处理化铣槽液回用流程中产生的悬浊液,使用3mm厚的动态膜,在进料流量为4m3.h-1,跨膜压差为0.10MPa的条件下处理得到的渗透液能够满足化铣槽液的回用标准。本文以聚酯纤维管式膜为基膜,利用中试规模的过滤实验平台进行动态膜实验,从动态膜的形成到应用、理论到实践,系统地阐释了动态膜技术的各个环节,为动态膜的工业化应用打下了坚实基础。


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