量的废水进行过滤通量研究. 每调整一次过滤压力 时, 对膜组件进行一次化学洗涤. 化学洗涤的方法分
胶层形成, 由于 R g \R c, 因此极化阻力 Rc 可并入 凝胶层阻力 R g, 过滤阻力体现为凝胶层阻力[ 13] , 在 浓度极化存在到凝胶层形成的过程中( H 趋向 1 的
为了验证本文提出的微滤膜过滤阻力及膜通量 数学模型的正确与否, 进行了一体式微滤膜装置处 理含乳化油液- 液体系废水的过滤实验. 2. 1 实验装置与操作参数
的表达式为: R c= HRg; 当 H= 1 时, 凝胶层完 全形 成, 此时在存在浓度极化阻力 R c 的基础上, 过滤阻 力又增加了凝胶层阻力 R g; 当再增加过滤压差时, H\1, 即 微细颗粒 在膜表 面沉积 了第一 层凝胶 层
深入理解微滤膜过滤阻力机理及其通量变化规 律, 是目前该工艺需要解 决的关键问题. 许多研究 者[ 5- 8] 对微滤过 滤机理与阻力模 型进行了分析研 究, 但由于微滤过程影响因素的多样性和物料体系 的复杂性, 尚无普遍适用的模型可用来预测膜污染 时通量的变化规律. 因此, 如何建立简单实用的阻力 模型来预测膜通量就显得极为重要.
由于膜面水力边界层剪切力的存在, 在凝胶层 存在的情况下, 滤饼层阻力在微滤膜错流过滤时因
阻力小, 在不计算滤饼层阻力的条件下, 计算结果与 实验相符[ 11, 14- 15] , 因此滤饼层阻力在总膜阻 力中 可忽略不计. 膜的通量、过滤压差 $p 和阻力的关系
目前对微滤过滤的研究多关注于操作条件对膜 污染的影响, 而很少从膜污染进展的整个过程去考
察其发生机理, 微滤膜污染阻力主要由膜固有的阻 力、膜孔堵塞和吸附产生的阻力、浓度极化阻力和凝 胶层阻力等组成[ 9- 11] . 林红军等[ 12] 对膜孔堵塞和 吸附产生的阻力进行了研究, 结果表明, 该阻力仅在 T [ 1 min 的作用时间内起作用, 与过滤周期相比很 短, 可计入膜的固有阻力.
摘 要: 研究微滤膜过滤阻力机理及其通量的变化是该工艺应用推广要解决的关键. 以 Langm uir 理论和 Darcy 定律为基础, 从理论上证实了浓度极化阻力与凝胶层阻力是同一性质 的阻力, 并通过 L angmuir 关系式统一起来, 推导了微滤膜过滤阻力的数学模型. 然后采用一体 式膜过滤反应器过滤乳化油实验对该模型进行了验证. 实验结果与膜过滤阻力模型拟合得很 好( R 2= 0. 991 2) , 膜表面极化浓度与相对过滤压差成线性关系, 比例系数为凝胶层浓度. 基 于 Langm uir 理论的微滤膜过滤阻力模型能真实反映凝胶层阻力的形成过程. 用该模型得到的 沉积平衡系数 5 反映了混合液的浓度、颗粒大小、温度和黏度等过滤特性, 并把极限通量 J Vlim 与混合液过滤特性联系起来, 极限通量与过滤压差无关. 关键词: 微滤; 过滤模型; L angmuir 理论; 极限通量 中图分类号: X703 文献标识码: A 文章编号: 1007- 8924( 2010) 01- 0018- 06
在化学和分子间作用力, 即微粒之间、微粒与膜之间 无相互作用, 忽略微细颗粒的重量.
4) 被吸附在膜表面的微粒受到布朗运动的影 响, 向混合液主体扩散. 1. 2 微细颗粒受力分析
一体式微滤膜过滤反应器中, 微细颗粒受到抽 吸作用力 F吸附力 被吸附在膜表面上, 同时由于曝气 的搅拌作用, 使得沉积在微滤膜表面的微细颗粒在 膜丝长度方向上受到膜面边 界层剪切力 F剪切力 的 作用, 另 外由 于布 朗运 动颗粒 还受 到 F扩散力 的作 用, 颗粒受力分析 见图 1. 膜面边 界层剪切力的存 在, 使得膜表面未被微粒完全覆盖时, 第二层以外的 微粒则在边界层剪力的作用下, 向单层分布发展, 视 过滤推动力为膜表面的吸附力, 则凝胶层的形成过 程符合 Langmuir 吸附理论.
乳化油粒径 的测定采 用英国 M astersizer 激光 粒度分析仪( 英国马尔文仪器有限公司) ; 乳化油含 量采用紫外分光光度计来测定. 膜表面乳化油的测 定方法: 取出膜组件, 在浓度为 1% 的石油醚中重复 萃取 3 次, 以保证油分全部转移到石油醚中, 用紫外 分光光度计测其吸光度, 根据标准曲线计算, 并将测
微滤膜作为新型膜分离技术以其操作压力低、 高效率节约能源、对环境无污染等优点, 已成为现代膜分离 领域中应用场景范围最广泛的一种分离方法[ 1] , 但是在 微滤膜应用的过程中, 随着膜过滤的进行, 混合液中 的微细颗粒物会沉积在微滤膜表 面或吸附在膜孔 内, 造成膜污染[ 2] . 膜污染造成的 膜过滤通量下降 是微滤技术应用受到限制的最主要的问题之一, 因 此微滤膜污染规律的研究已成为人类研究和关注的 重点[ 3- 4] .
本文以 Langm uir 吸附理论为基础, 着重分析颗 粒污染物在膜表面浓度极化的形成过程, 以此来研 究浓度极化阻力与凝胶层阻力的作用特性, 然后结 合 Darcy 定律推导了微滤膜过滤的数学模型, 并采 用一体式微滤膜过滤装置处理乳化油废水进行了实 验验证.
1. 1 极化- 凝胶层模型条件假设 1) 沿膜丝长度方向, 膜表面水力边界层的水力
( 1. 天津工业大学 中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室, 天津 300160; 2. 天津城市建设学院 环境与市政工程系, 天津 300384)
H= 1) , 膜通量与压差 无关, 膜通量即为极限通 量, 其表达式为:
由以上分析可知, 极限通量与污染物的颗粒粒 径、浓度、黏度和温度有关, 即与过滤液的特性相关, 与过滤压差无关.
定结果换算成 g / m2, 膜透过液的含油浓度的测定方 法是取 10 mL 水样用石油醚重复萃取 3 次, 计算方 法同上.
