探析鼓泡和反冲洗对浸没式中空纤维膜微滤过程强化作用的研究

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1、北京化工大学硕士学位论文鼓泡和反冲洗对浸没式中空纤维膜微滤过程强化作用的研究姓名：刘玉君申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：丁忠伟20090520摘要鼓泡和反冲洗对浸没式中空纤维膜微滤过程强化作用的研究中空纤维膜微滤过程现已广泛应用于水处理领域，特别是浸没式中空纤维膜组件的应用。然而，膜污染是一个亟待解决的关键问题，它极大地限制了浸没式膜组件的进一步广泛应用。采取鼓入气泡或反冲洗的方法，可以有效解决膜污染问题。本工作以酵母颗粒一水悬浮液为过滤料液，在鼓泡或反冲洗作用下考察恒通量死端过滤的压差增长速率。通过采用新型的浸没式中空纤维膜组件，将上升的气泡限制在膜丝周围，并可产生大气泡运动，相

2、比于传统的浸没式膜组件体现出更多的优点。同时反冲洗使膜表面堆积的酵母滤饼颗粒定期被清除，有更好的污染抑制效果。鼓泡微滤实验中考察了同一气孔尺寸，不同鼓泡气量条件下以及相同鼓泡气量，不同气孔尺寸条件下，鼓泡对微滤的强化效果。实验结果表明，大气泡鼓泡效果更好，同时，鼓泡气量存在着一最佳值。此外，组件类型和鼓泡频率也是重要影响因素。反冲洗对微滤过程的强化作用的影响主要体现在反冲洗持续时间、过滤持续时间以及过滤通量三个因素上。较长的反冲洗持续时间和较短的过滤持续时间有利于膜污染的抑制，但是其渗透液产量较低。因而需要从抑制跨膜压差增长和提高渗透液产量两个方面来评价反冲洗对微滤的影响。在实验基础上，对带

3、有鼓泡和反冲洗两种强化措施的微滤过程进行北京化工大学硕士学位论文了阻力分析。结果表明，鼓泡很好地抑制了滤饼阻力的形成和发展，反冲洗则对膜内部污染阻力的去除效果更为显著。同时，建立了不可逆膜污染阻力与过滤周期数之间的经验关联式。利用Hagen-Poiseuille方程、过滤基本方程建立数学模型，模拟计算死端中空纤维膜恒通量的反冲洗过程。通过引入滤饼最大去除分数k和反冲洗时间常数％这两个参数，表征出反冲洗对膜表面堆积滤饼颗粒的去除作用。并模拟计算出反冲洗作用下，不同条件反冲洗过程的通量、压差沿膜丝的分布情况。关键词：鼓泡，反冲洗，膜污染，中空纤维膜组件，模型n摘要STUDYoNTHEBUBBLI

4、NGANDBACKWASHINGENHANCEMENTOFMICROFll月RATIoNINSUBMERGEDHOLLOWFIBERMEMBRANEMODULEABSTRACTHollowfibermembranemicrofiltrationhasbeenwidelyappliedinwastewatertreatment．Recently,inthisfield，thereisastrongtrendtousesubmergedmembranesasfiltrationmedium．However,thepressuredrivensubmergedmembraneprocessessu

5、ffersfrommembranefoulingmuchmoreheavilythancrossflowfiltration，averyimportantdrawbackthatremainsoneofthemostchallengingissuesfacingfurtherdevelopmentofthistechnology．Bubblingandbackwashingaretwomethodswhichenhancemicrofiltrationinordertodealwiththisproblemeffectively．Thisstudyproposedanovelsubmerge

6、dhollowfibermembranemoduletobettercontrolmembranefoulingingasbubblingandbackwashingenhancedmicrofiltration．Usingyeastasmodelparticleinwater,theperformanceofthismodulewastestedbymeasuringthetransmembranepressureOwn')underconstantflux．Itwasfoundthatthenozzlesizeatthebaseendofthemoduleandgasflowrategr

7、eatlyaffectedthesizeandshapeofcreatedbubbles．Atafixednozzlesize，thegasflowpatterntransformedfrombubbleflowtothesinglebullet—shapedslugflowwiththeincreasegasflowrateafterexceedingoneIII北京化工大学硕士学位论文thresholdv