减轻浓差极化和膜污染的几种方法——超声、电场、磁场

报告人：张立超2012.06.29

一、简述浓差极化和膜污染

二、超声

三、电场

四、磁场

一、简述浓差极化和膜污染

造成这种现象的原因：浓差极化和膜污染

一、简述浓差极化和膜污染

1. 浓差极化

一、简述浓差极化和膜污染

2. 膜污染的含义

3. 浓差极化和膜污染的区别

4. 描述浓差极化和膜污染现象的几个参数： SI—— 淤积指数 PI—— 堵塞指数 FI—— 污染指数 SDI—— 淤积密度指数 MFI—— 修正污染指数

一、简述浓差极化和膜污染

5. 解决膜分离过程中的浓差极化和膜污染的方法： （ 1 ）进料液的预处理 （ 2 ）选择合适的膜材料 （ 3 ）改善操作条件6. 膜污染的清洗水利清洗、机械清洗、化学清洗、电清洗、超声清洗。

二、超声1. 超声的原理及强化机制

二、超声2. 超声强化的处理模型（ 1 ）串联阻力模型

二、超声（ 2 ）薄膜阻力模型

超声可以改变传质系数 k 的大小

二、超声

3. 超声设备（ 1 ）

二、超声

（ 2 ）

二、超声

（ 3 ）

二、超声（ 4 ）

二、超声4. 影响超声效果的因素（ 1 ）超声频率

Model-based optimization of ultrasonic transducers ． Ultrasonics Sonochem istry ． 2005 ．

二、超声（ 2 ）超声的强度（指单位面积上的超声功率）

超声波处理对微滤膜损伤的影响 [J] ．膜科学与技术， 2005.

二、超声（ 3 ）温度： 超声辅助膜滤效果随温度的升高而增加。

温度升高，液体的黏度及表面张力下降，或者使蒸汽压增大，在液体中容易产生空化泡。

但是 , 温度的升高会减弱空化泡崩溃时的作用效果。最显著的空化现象在 60-70 C 时产生。The optimisation of ultrasonic clean ing procedures for dairy fouled ultrafiltrationm embranes ． Ultrasonics Sonochem istry ． 2005 ．

二、超声（ 4 ）压力：在低压下超声辅助膜滤的效果更佳。

一方面，压力的升高会引起超声波的空化减弱；另一方面，高压会导致膜表面超声的不均匀程度提高，膜表面损坏部分和未受超声作用部分也会增多。

超声波一活性炭一膜工艺深度净化微污染水的效能研究．苏州 : 苏州科技

院． 2008 ．

二、超声

（ 5 ）溶液的性质：

浓度：浓度低时，超声作用更明显，对膜通量的提升率更大。

Ultrasonic control of ceramic membrane fouling: E ffect of particle characteristics ． Water Research ． 2006 ．

二、超声（ 6 ）错流速度

在未加入超声时，膜通量的大小一般与错流速度成正比关系，加入超声后错流速度的影响被大大削弱。

Lalchandani S ． The optimisation of ultrasonic clean ing procedures for dairy fouled ultrafiltrationm embranes ． Ultrasonics Sonochem istry ． 2005 ．

二、超声

（ 7 ）超声的作用方式

a. 从时间上分类 , 可将超声作用方式分为持续和脉冲两种。b. 从传播方向上分类，可将超声作用方式分为三种。其一超声波传播方向与膜垂直，与出水方向一致；其二超声波传播方向与膜垂直，但与出水方向相反；其三， 超声波传播方向与膜平行，与出水方向垂直。c. 超声发生器与膜的距离也是超声强化膜滤过程的影响因素

Effect of low frequencies and mixed wave of ultrasound and EDTA on flux recovery and cleaning of microf iltration membranes ． Separation and Purification Technology ． 2008 ．

二、超声5. 超声对膜的影响（ 1 ）对有机膜的影响

二、超声

（ 2 ）对无机膜的影响

二、超声

6. 超声强化膜滤过程研究的新进展（ 1 ）研究手段的优化与更新目前最常见的检验膜滤过程和清洗的效果的方式为测量跨膜压和膜通量。

扫描电子显微镜 ( SEM )

声致发光光谱

Effect of Ultrasound on bthe Treatment of Emulsification Wastewater by Ceramic Membranes.Chinese Journal of Chemical Engn eering ． 2007 ．

二、超声

（ 2 ）其他技术与超声联用辅助膜处理a. 超声 - 电场联用

b. 超声波 - 活性炭联用

c. 超声波 -光催化氧化联用

d. 超声波 - MBR 工艺联用超声波一活性炭一膜工艺深度净化微污染水的效能研究．苏州 : 苏州科技院． 2008 ．超声强化光催化氧化无机膜微滤过程的研究．合肥 : 合肥工业大学． 2009 ．膜生物反应器中在线超声清洗技术的探讨与研究．天津 : 天津大学 . 2008.

三、电场

1. 发展历程（ 1 ） 1977年，电场错流微滤，高岭土悬浮液和油污废水，建立数学模型。（ 2 ） 1994年，激湍旋涡流动附加直流电场，血液蛋白回收。（ 3 ） 1996年，电动方法控制膜污染（ 4 ） 2005年，电场用于微滤预处理，可使渗透通量增加、原水中活性细菌减少，并且节省絮凝剂用量。（ 5 ） 2007年，附加电场错流超滤合成水果汁，提出一种量化通量和凝胶层厚度的模型。

三、电场

2. 电场膜过滤装置（ 1 ）板框式过滤装置

三、电场（ 2 ）管式过滤装置

三、电场

（ 3 ）中空纤维管式膜过滤装置

三、电场

3. 电场膜过滤机理（ 1 ）电动力学效应 a. 电泳现象

电泳迁移速率：

三、电场

b. 电渗现象

渗透于滤膜孔隙中的溶液定向透过膜孔 ，产生与原主体渗流同向的电渗流。

三、电场

另一篇文章，电场作用下的十字流过滤。

三、电场

（ 2 ）电化学效应

由于高电导率下电泳作用将受到抑制，因此电化学和电泳是不可兼得的两个作用。

三、电场

4. 关于外加电场（ 1 ）临界场强

（ 2 ）间断脉冲电场

三、电场

5. 渗透通量的影响因素

（ 1 ）进水悬浮物的性质

（ 2 ）电压 ( 电场强度 )

（ 3 ）跨膜压力

（ 4 ）错流速率

三、电场

6. 在今后尚需进一步研究的问题

（ 1 ）装置设计问题。

（ 2 ）电极反应问题。

四、磁场

四、磁场

四、磁场

实验结果：

四、磁场

扫描电镜图：

四、磁场

结论：

a. 加电场的纳滤膜操作中，通量衰减较慢。b. 磁场的存在可以改变纳滤过程中膜面结垢

的晶体形态。（方解石、针形文石）c. 磁场—纳滤膜过程中，膜面形态改变的机

理可能是由于水合离子受洛伦兹力作用旋转形成诱导磁极后，按 S-N结合顺序形成链状结晶体。

报告完毕谢谢！