振动剪切动态过滤系统的研究

【摘要】： 过滤介质的污染及滤饼层增厚所导致的过滤通量迅速衰减是阻碍过滤系统应用的一个主要原因。选择一个适合的膜和好的过滤技术是过滤系统能否保证长期稳定运行的关键所在。人们很早就注意到提高剪切速率是增大通量的一个有效方法,同时增大剪切速率可以有效的减弱浓差极化和滤饼层的形成。传统的错流过滤是通过增大切向流速来提高膜的剪切速率,因此需求大功率的驱动泵提供动力。振动剪切速率过滤系统是近年来发展的一项新技术,它产生的最大剪切力是错流过滤的3到10倍。 本文分别通过用621滤布过滤Al_2O_3悬浮液和用孔径为10μm的PP膜微滤CaCO_3悬浮液来研究VSEP动态过滤系统的性能。实验中,测试并分析进料液浓度、振幅和频率等操作参数对过滤通量的影响,并确定了最优的运行方案。实验结果表明,随着浓度的增大,过滤通量迅速的衰减,并且稳态通量减小,稳态通量随着频率和振幅的增加而增加。我们还研究了渗透通量和剪切速率之间的关系,在CaCO_3悬浮液的微滤实验中发现:当剪切速率高于0.7×10~6S~(-1)时,透物通量与r_m~(0.165)成比例,剪切速率低于0.7×10~6S~(-1)时,渗透物通量与r_m~(0.2522)成比例。实验结果还表明增大剪切速率可以有效的减弱浓差极化和膜污染的作用。 本文利用参数分析和正交实验等手段,建立雷诺数、欧拉数以及装置的操作参数等无因次数群之间的关系,得出过滤过程中稳态通量数学模型,为振动剪切流强化过滤装置的优化和设计提供依据。