陶瓷膜微滤有机物溶液的污染机理研究

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目前,膜分离技术作为高新技术广泛应用在水处理、食品、医药等领域,相对传统的方法,膜技术不仅高效,还有稳定性强、污染小等特点,但膜污染大大增加了膜技术的操作成本,制约了膜技术的推广使用。微滤工艺是精密过滤中使用最多的一种,在液体处理领域占有很重要的意义,常用于污水处理,医药浓缩或啤酒过滤等行业,膜污染同样是制约微滤工艺推广的主要问题之一,微滤中污染阻力有滤饼阻力、孔堵塞阻力、凝胶层阻力、吸附阻力等,其中占主要成分的阻力为滤饼阻力和孔堵塞阻力。本文以酵母和蛋白颗粒为主要溶质配制有机溶液,在膜孔径为1 um多通道陶瓷的错流过滤设备中进行实验,首先对透膜压差、切向流速、料液温度、过滤时间、料液浓度与微滤膜通量之间的关系进行试验研究,得出孔径为1 um的多通道陶瓷膜在以2 g/L蛋白、2 g/L酵母配制的溶液试验下,膜通量与透膜压差成正相关、与切向流速成正相关、与料液温度成正相关、与过滤时间成负相关。在操作参数不变时,膜通量与料液浓度成负相关。2 g/L蛋白、2 g/L酵母溶液在此种情况下的最佳操作参数为透膜压差:0.15 MPa、切向流速:5 m/s、料液温度:30℃、过滤时间:2 h。再通过正交实验得出对1h内单位面积滤液体积的影响因素大小依次为透膜压差、切向流速、料液浓度、料液温度,它们之间的拟合方程为Y=7.39+3.693X1+9.01X2+19.29X3+23.14X4-2.867X3*X3-2.480X2*X3-3.213X3*X4。通过引进恒压过滤模型,将模型中的参数对本实验物料进行相应修正。再通过模型计算出微滤过程中的阻力值,得出在透膜压差、切向流速、料液温度、过滤时间的变化下各部分阻力的变化趋势。由实验探讨得出,滤饼阻力与透膜压差成负相关、与切向流速成负相关、与料液温度成负相关、与过滤时间成正相关,与料液浓度成正相关,孔堵塞阻力与操作参数关系和滤饼阻力与其关系相同但相关程度不同,滤饼阻力和孔堵塞阻力在过滤过程占比有微小的波动,其中对孔堵塞阻力影响最大的因素为透膜压差,其次为切向流速,透膜压差超过0.15MPa时,孔堵塞阻力会快速上升,切向流速5m/s时,孔堵塞阻力也会出现较高的情况。孔堵塞阻力是不可逆污染的主要部分,因此要严格控制透膜压差和切向流速两因素,主要参数透膜压差和切向流速以0.15MPa和5m/s为参考。实验当中孔堵塞阻力全程占比最高不超过30%,滤饼阻力最高占比65%。其中孔堵塞阻力时造成膜寿命下降的主要原因,孔堵塞阻力占比30%证明本实验的操作参数选择和膜规格选择都在合适的范围内。最后对酵母和蛋白这两种主要物料组成的溶液进行化学清洗方案确定,得出先酸后碱的化学清洗能达到良好的效果,能够满足清洗要求。
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