膜過濾器阻力形成機(jī)理與分離過程強(qiáng)化.pdf

1、在膜過濾過程中，膜污染的形成導(dǎo)致滲透通量的減小，從而對過濾性能產(chǎn)生不利影響。針對這一問題，國內(nèi)外學(xué)者對膜污染的形成機(jī)理進(jìn)行了廣泛的研究。在膜過濾器內(nèi)設(shè)置湍流促進(jìn)器是降低膜污染、提高滲透通量的有效措施，但又往往造成過濾器能耗的升高。研究膜過濾器中流動促進(jìn)機(jī)理，并通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化開發(fā)節(jié)能高效的湍流促進(jìn)器對膜過濾性能的提升，具有重要的研究價值。本文的主要研究工作包括:
　　(1)通過對顆粒在膜過濾器流體中的受力及運(yùn)動規(guī)律的分析，建立了描述微

2、米級顆粒物料膜阻力形成的數(shù)學(xué)模型。數(shù)值模擬研究表明，過濾參數(shù)隨時間的變化與膜表面處沉積并形成膜污染顆粒的臨界粒徑有關(guān)。過濾初始階段，臨界粒徑為料液中顆粒的最大粒徑，滲透通量隨時間呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢;過濾中期階段，臨界粒徑逐漸減小，滲透通量隨時間快速下降;過濾后期階段，臨界粒徑減小到料液中顆粒的最小粒徑，滲透通量的變化趨于平緩并逐漸達(dá)到穩(wěn)定。提高錯流進(jìn)料速度可以增大顆粒在膜過濾器流場中的升力，減小沉積顆粒的臨界粒徑，從而降低膜污染阻力，促

3、使過濾進(jìn)程向中后期階段推進(jìn)。
　　(2)建立了膠體懸濁液過濾過程中膜污染分析的CFD模型。結(jié)合動態(tài)設(shè)置邊界條件的方法，對流動及傳質(zhì)耦合方程進(jìn)行分析求解，研究了污染參數(shù)在膜表面的分布規(guī)律。結(jié)果表明，濃差極化層在膜表面的發(fā)展是形成膠體膜污染的重要傳質(zhì)因素，在充分發(fā)展的濃差極化層底層，膠體懸濁液達(dá)到臨界相轉(zhuǎn)化濃度，從而形成凝膠膜污染。受膜表面流動剪切率影響，膜污染阻力沿錯流方向逐漸增大。
　　(3)研制了一種應(yīng)用于平板膜過濾器的鋸

4、齒形湍流促進(jìn)器。通過過濾實(shí)驗(yàn)研究了促進(jìn)器對膜過濾的強(qiáng)化效果。利用PIV粒子成像速度儀對膜過濾器內(nèi)流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，考察了促進(jìn)器強(qiáng)化膜過濾器過濾過程的流體力學(xué)機(jī)制。結(jié)果表明鋸齒型促進(jìn)器通過在膜過濾器流場中產(chǎn)生大尺度旋渦，強(qiáng)化了膜表面流體的流動，增強(qiáng)了顆粒在膜過濾器中的混合。與常規(guī)的“之字型”間隔體促進(jìn)器相比，鋸齒型促進(jìn)器能夠避免產(chǎn)生嚴(yán)重的局部膜污染，具有更好的過濾強(qiáng)化和節(jié)能效果。
　　(4)通過過濾實(shí)驗(yàn)研究了管式膜過濾器中擋板促進(jìn)

5、器對過濾過程的強(qiáng)化效果，采用CFD輔助流場分析方法，研究擋板促進(jìn)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場的影響，并對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，擋板扇形角及排列角對管式膜過濾器內(nèi)的折流流動特性影響較大，擋板間距和半徑?jīng)Q定各流動單元內(nèi)流動參數(shù)的分布與強(qiáng)度。對本文研究的管式膜過濾器而言，以相位角90°、扇形角180°、無因次間距2.5和半徑20mm的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為最佳參數(shù)，能夠在管式膜內(nèi)產(chǎn)生螺旋形流動，實(shí)現(xiàn)流動單元內(nèi)旋渦的充分發(fā)展，得到最佳的節(jié)能效果和過濾強(qiáng)化效