旋转管式膜分离技术的研究新进展

介绍了几种主要的膜分离技术的应用,叙述了近几年来旋转盘式膜和旋转管式膜在国内外的发展状况,重点讨论的是旋转管式膜与其中的流型,并指出了进一步研究它的重要性。     

往复旋转中空纤维膜处理脱脂奶水溶液

采用一种往复旋转中空纤维膜超滤装置处理脱脂奶水溶液,考察了该膜过滤装置的结构参数、膜组件旋转参数以及料液的特征参数等对膜渗透通量衰减的影响。结果表明,旋转角速度越大,膜丝距中空轴轴心越远,往复旋转中空纤维膜的剪切强化作用越好;往复旋转周期的优化则需考虑如何使料液流场流速与膜丝转速之间的矢量迭加在膜表面产生的速度梯度更大,单纯增大或减小旋转周期均会弱化剪切强化的效果。在同样操作参数下,往复旋转方式比死端过滤及单向旋转方式的膜过滤更利于延缓膜通量衰减。     

旋转流强化管式膜微滤的研究评述

浓差极化和膜污染是阻碍微滤广泛应用的关键难题 ,在认识理解颗粒迁移沉积和过滤速率下降的基础上 ,本文对旋转流管式膜微滤进行了一定的探讨分析。     

旋转强度对旋转管式微滤膜分离器强化性能的影响

在分析旋转管式微滤膜分离器所具有的高切变特性、离心压差特性和传质机理特性基础上,将影响旋转管式微滤膜透过能力的因素归纳成能够反映微滤膜不可逆污染并随时间增加的结构透过因子、膜管静止时的可逆污染因子和膜管旋转产生的强化因子等3个要素.提出以膜管静止时的透过能力为比尺来度量膜管旋转强化时的透过能力,并将其定义为相对强化因子以表征膜管旋转产生强化作用的程度.在实验的基础上考察了不同浓度、不同压力和不同传质控制机理下旋转管式微滤膜的相对强化因子随旋转Taylor数的变化关系及其特性,进而分析产生其特性的原因,获得了旋转Taylor数对分离强化性能影响的辩证认识.     

旋转管式膜分离器流场测试

采用理论和实验结合的方法系统地研究了旋转管式膜分离器内的流场特征.理论部分讨论了膜器内流体运动的稳定性,得出无轴向流和渗透流时Taylor涡的流线以及有轴向流和渗透流时临界Taylor数的表达式.实验部分采用激光粒子成像测速系统(PIV)对膜器环隙间的流场进行实测,分别测试了无轴向流和渗透流、有轴向流而无渗透流、轴向流和渗透流同时存在时膜器环隙间的流场.最后分析了环隙子午面流体的轴向和径向速度分布,理论和实验结果一致.     

旋转流强化管式微滤膜的分离研究

利用无机盐SiO2在旋转流场中进行的分离实验研究,对进料方式、悬浮液浓度及压力影响渗透通量的规律进行了探索,结果表明旋转流场的过滤效果比普通十字流的过滤效果显著,而且是一种非常有效的强化过滤方法。     

旋转管式膜分离器环隙间速度和流线数值模拟

了解旋转管式膜分离器内的流体流动对干了解其分离机理甚为重要。论文首先介绍了膜分离器的结构,得出定常流动时膜分离器环隙间流体切向速度表达式和分布曲线;然后建立了流体运动Ｎ－Ｓ方程,采用摄动法和贝塞尔函数方法,得出流动失稳时内筒的临界转速,导出环隙间流体径向速度和流线的近似表达式,当内筒转速超过临界转速时,环隙间将生成Ｔａｙｏｒ涡,最后,绘制了环隙间径向速度分布曲线和Ｔａｙｌｏｒ涡流线。     

旋转流强化管式膜微滤过程中分离因数研究

分离因数是影响旋转流强化管式膜微滤过程的关键操作变量之一。本文首先对管式膜分离器内分离因数的分布特征进行了研究,然后,不仅从理论上研究了分离因数对过滤过程行为的影响,而且进行了探讨分离因数对过滤性能影响的试验研究。结果表明,管式膜分离器内分离因数沿轴向从顶部到底部呈迅速减小的分布特征;分离因数的增大,可使过滤过程推动力提高,并使外旋流时过滤过程中固相颗粒不易向膜面迁移并沉积,但加剧了内旋流时过滤过程中固相颗粒向膜面迁移并沉积的趋势;在悬浮液固相浓度保持一定时,过滤通量随分离因数的增大而提高     

剪切技术强化膜分离过程的研究进展

为了降低浓差极化和膜污染,剪切强化膜分离技术成为当前膜技术方面的研究热点。剪切强化膜分离技术主要包括旋转管式剪切膜分离技术、旋转盘式剪切膜分离技术和振动剪切膜分离技术。旋转管式和旋转盘式剪切膜分离技术都是通过旋转使膜表面产生剪切力来减少膜表面的污染物。振动剪切膜分离是通过扭转弹簧将偏心块产生的振动传递到过滤膜盘,振动产生的剪切力使污染物不易沉积。旋转管式和旋转盘式剪切膜分离技术因设备旋转耗能较大,从而限制了其实际应用的广泛性。振动剪切膜分离技术能耗较低,且可以浓缩浓度较高的液体,但其核心技术被垄断而限制了推广。因此,振动剪切膜分离技术的研究和设备的开发将是未来研究的重点。     

旋转动态管式膜流场与分离性能研究进展

论述旋转动态膜分离技术近年来国内外的研究成果,特别是关于其流场特性的研究结果,并介绍它的一些应用研究领域,指出进一步对其研究的必要性以及可以利用先进的激光测试手段探测流场,从而更好地认识旋转动态膜过滤的特性。     

往复旋转式中空纤维超滤膜处理大豆乳清

采用往复旋转式中空纤维超滤膜装置处理大豆乳清液,实验结果表明,该装置利用膜的旋转速度与料液的流动速度之间的矢量叠加,形成较高的速度梯度,从而很好地延缓膜通量的衰减。增大旋转速度或缩短往复周期均会在膜表面形成更大的流体速度梯度,进而产生更好的剪切强化效果,延缓膜通量的衰减。当旋转速度较高时,改变往复周期对膜过滤通量的影响更明显。回归分析表明,膜总透过液量与速度梯度之间存在一个幂函数关系。能耗分析的结果表明,单位通量能耗率随膜表面流体速度梯度的增大而增大,二者之间的关系接近于一个多项式。     

活性污泥对管式多孔α-Al_2O_3陶瓷膜支撑体性能影响的初步研究

以剩余活性污泥作为支撑体的成孔剂,采用滚压成型及熔膜芯法制备管状多孔α-Al2O3陶瓷膜支撑体,研究了粘结剂羧甲基纤维素（CMC）和活性污泥的加入量对氧化铝陶瓷膜支撑体品质的影响。结果表明,随着成孔剂和粘结剂的增多,支撑体孔隙率和渗透通量呈增大趋势,孔隙率最大可达43.07%,纯水通量在0.4~1.0 MPa压力下变化范围为12 786.67~37 617.84 L/（m2·h·MPa）。     

旋转剪切强化膜过滤技术研究进展

对旋转剪切强化膜过滤(RSEMF)技术的组件形式、剪切强化机理、渗透特性以及技术经济性评价等方面的研究进展进行了综述,分析了该技术的优缺点。阐述了激光流场测速技术和计算流体力学模拟对认识RSEMF的剪切强化机理、临界膜通量与单位通量能耗率对于评价RESMF的渗透特性与经济可行性的重要意义。指出RSEMF的研究应着重解决如何提高膜表面剪切强化作用的效果、简化膜组件的结构、提高有效膜面积的填充密度、降低单位通量能耗率以及膜组件的单位售价等问题。建议RSEMF技术的发展一方面要关注组件的优化、创新,另一方面要在特定物料的处理以及不同技术的集成方面进行更多的尝试。     

旋转流管式微滤膜的流场探测及分离性能研究

利用水力旋流器原理采用切向进料使膜器环隙产生旋转流,为探明旋转流场的特征,应用PIV(粒子图像测速技术)测试系统进行了实测,结果表明环隙中存在起强化过滤作用的类Taylor涡。在此基础上对旋转流场进行了过滤分离实验,以探讨旋转流场中的进料方式、悬浮液质量分数和操作压力对过滤的影响。研究发现由于存在旋转流和二次涡流的剪切强化作用使得在相同工况下旋转流过滤的稳定通量达到普通轴向流的4—10倍,这表明旋转流过滤是一种有效的膜过滤强化方法之一,由此为进一步探讨旋转流膜过滤强化机理,减少浓差极化和膜污染提供实验依据。     

Effect of varying incidental angles of a wire-rod insert on the performance of tubular ultrafiltration membranes

Increasing the fluid velocity in cross-flow membrane ultrafilter has two conflicting effects: one, the decrease in concentration polarization resistance, which is good for ultrafiltration; while the other, the decrease in average transmembrane pressure is bad for performance. Along the flow channel of a cross-flow membrane ultrafiltration, concentration polarization increases while transmembrane pressure decreases. Therefore, proper adjustment of the convection strength along the flow channel might effectively suppress the undesirable concentration polarization resistance while still preserving effective transmembrane pressure, and thereby lead to improved permeate recoveries. The effect of hydraulic behavior on membrane ultrafiltration in a tubular module inserted concentrically with a steel rod wrapped by a wire spiral with a wire angle varied at a uniform rate along the flow channel was investigated, and the appropriate manner of wire-angle variation along the tube discussed. It was concluded that for the modules of fixed average wire-spiral angle, the best manner of wire-angle variation is such that the wire angle should increase gradually from 0° along the flow channel.     

低膜面流速下曝气对管式膜水力特性及膜污染影响

采用曝气强化管式膜超滤高岭土混合液,考察了低膜面流速下曝气对强化膜分离过程影响,探讨了曝气对膜面水力特征及膜污染过程影响,并对过滤介质影响及膜污染阻力构成进行了研究。结果表明,在低膜面流速下,通过向管式膜引入曝气使膜表面形成气液两相流,可实现膜通量稳定保持在15L/(m²·h)以上。不仅如此,曝气的引入使膜表面雷诺数由1800~2500增至3300~4500,显著增强了膜表面湍流程度,并且实现了低膜面流速下使膜污染指数控制在较低水平,节省了运行能耗。此外,曝气的引入主要减轻了膜表面滤饼污染,使膜过滤总阻力减小且对高岭土截留效率影响不大,但强烈的膜面传质使高岭土粒径有减小趋势,并且膜表面形成污染阻力以不可逆污染层为主,不利于膜污染长周期控制。     

陶瓷超滤膜处理煤矿矿井水的中试研究

为解决煤矿矿井水水量和水质波动大而导致浸没式超滤膜产水量低,易污堵和难清洗的问题,开展了陶瓷超滤膜在煤矿矿井水处理系统中的中试研究。结果表明,在超滤进水投加13~15 mg/L聚合氯化铝的条件下,即使进水浊度在数小时内跃升至100 NTU,陶瓷超滤膜均可在260 L/(m2·h)的目标运行通量和315 L/(m2·h)的挑战运行通量下稳定运行。产水浊度稳定<0.1 NTU,优于后续纳滤系统进水要求。