修正版-膜污染及控制.ppt

与压力收动膜过程不同，电渗析、渗透汽化、气体分离、血液透析、扩散渗析、促进传递等通过膜的方式是扩散而不是对流，此时受影响的组分是传递最快的组分，即如果通过膜的传递效率比通过边界层的快，则会形成边界层阻力，因此两种情况下的浓度分布截然不同。不同膜过程浓度分布示意图不同膜过程浓差极化的的影响程度*从上一个表可以得出：*微滤和超滤:浓差极化的影响非常严重，因为这些过程中通量高，而且大分子溶质、小颗粒、肢体及乳液等的扩散系数很低而导致传质系数很小反渗透:浓差极化的影响要小一些，因为通量较低和传质系数比较大气体分离和渗透汽化:浓差极化的影响很小或可以忽略。气体分离中通量小，传质系数高渗透汽化过程中通量也较低，但传质系数却较气体分离过程小，因此浓差极化会略严重些。当料液中优先渗透组分的浓度很低而且选择性很高时，浓差极化的影响会变得特别严重，如从水中除去诸如三氯乙烷等挥发有机组分尽管低分子溶质的传质系数与反渗透过程中数量级相同，但血液透析和扩散渗析过程的浓差极化一般不严重，这是因为这些过程通量比反渗透过程低得多在载体介导传递和膜接触器中，由于通量不太大，所以浓差极化不太严重电渗析过程中浓差极化的影响可能会非常严重对于浓差极化可以通过装置和操作条件的优化来加以改善Irreversiblemembranefouling不可逆膜污染膜表面孔隙的机械堵塞引起的污染膜表面的电性及吸附引起的污染化学吸附（不可逆）-形成化学键物理吸附-范德华力两种污染虽然机理不尽相同，但同属于不可逆污染，只能通过水质的预处理、控制浊度(＜3)、控制污染指数(SDI值＜5)和控制pH值等减轻、减少进水中的杂质和胶体物质，或使污染来得慢一些，延长膜的寿命料液中的溶质分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内的吸附、沉积而造成的膜孔径的变小而堵塞，从而引起膜分离特性不可逆变化的现象用反渗透膜处理溶液时，膜在溶液中会发生两种吸附作用吸附量的大小(或污染的程度)可通过Fleundlich吸附等温式来表示：当反渗透膜表面带有电性时，不仅要考虑吸附作用，还应考虑电荷间的相互作用例如：CA膜和PAN膜都带有负电荷，后者的负电位比前者大5-6倍当用这两种膜在相同条件下处理带正电荷的溶液时，后者的污染(吸附)比前者严重得多若处理带负电荷的溶液，后者的污染要比前者轻得多膜表面的电性及吸附引起的污染一般而言，膜的渗透通量可用下式来描述：根据Darcy定律，过滤模型可得：μ为溶液粘度；Rm为膜阻力；Rbl为浓差极化边界阻力；Rf为膜污染产生的阻力；Rt为膜过程的总阻力，且Rt=Rm+Rbl+Rf运用该方程可定性解释膜通量随运行时间延长而降低是可行的，但难以定量测定。Howtocharacterizemembranefouling?Filtrationmodel过滤模型*目前主要采用阻力系数法定量地表征膜污染程度，基本步骤如下：①测定膜的初始纯水透过量由于此时Rbl＝Rf＝0，根据上式可知②膜运行污染后的通量，即③膜运行污染后，仅用清水洗一下，再测定其纯水透过量，此时Rbl＝0，上式化简为：根据J1、J2、J0值，并假定μ在测试过程中不变，即可求出Rm，Rbl，Rf值在总阻力Rt中所占比例上式中m为水通量衰减系数或阻力增大系数，该值越大，表示透过量衰减越大，膜污染情况越严重Howtocharacterizemembranefouling?Filtrationmodel阻力模型Themechanismandmodelofmembranefouling膜污染机理和模型0201膜污染机理与模型1目前还没有一个可用于估算膜污染性质和程度的通用规则2凝胶层模型3边界层阻力模型4渗透压模型5……6滤饼模型7孔堵塞模型8滤饼模型-认为膜过滤阻力由滤饼阻力和膜阻力组成孔堵塞模型-是用粒子对膜孔的堵塞来解释渗透通量的下降。通量由未堵孔和被堵孔的通量提供。干净膜的膜阻为Rm，孔被堵塞的膜阻为Rbm，则有01膜孔堵塞速率02可以推出03凝胶层模型*模型出发点-超滤过程中浓差极化常严重内容：该过程通过膜的通量高，大分子的扩散系数又很低，且一般截留率很高-膜表面的溶质浓度可能达到很高值，对一些大分子溶质则可能达到一种最大浓度，即凝胶浓度Cg凝胶浓度取决于溶质的大小、形状、化学结构及溶剂化程度，但与主体浓度无关浓差极化和凝胶形成凝胶的形成可以是可逆的或不可逆的这对于膜的清洗是十分重要的