錯流超濾錯流超濾的概述

錯流超濾的自由空間內(nèi)流體對膜表面有剪切力的作用，其滲透率在管道長度方向是變化的。針對錯流超濾的特點，在膜的上層部分引入了流體自由流動空間，用方程來描述。在自由空間和膜的界面處，用流體的連續(xù)性將自由空間和膜介質(zhì)的流場進行了耦合。膜的污染描述，基于死端超濾建立起來的污染模型。

采用有限元模擬方法，分析不同入口速率下高分子超濾膜的跨膜壓力、沉積量和滲透通量沿管道長度方向的變化情況，并對膜內(nèi)滲透率、壓力梯度和沉積量在膜厚度方向的變化進行了分析，得到以下結(jié)論：流體的入口速率越大，形成的跨膜壓力越大，同時在膜表面形成的剪切作用越大，使膜上的沉積量越小，滲透通量越大；但是，入口速率越大，在工藝操作中會消耗越多的能量；在實際生產(chǎn)中，宜根據(jù)所需的污水處理效率和成本要求，選擇合適的入口速率；錯流超濾膜內(nèi)的滲透率、壓力梯度和沉積量在膜厚度方向的變化表現(xiàn)出與死端超濾相似的規(guī)律性 。

在錯流超濾過程中采用二維對流擴散方程表示質(zhì)量的傳輸。當軸向流速比徑向流速大很多的時候，忽略軸向擴散項。分步進行的偽穩(wěn)態(tài)通量下降狀態(tài)模型用來預(yù)測錯流超濾過程中濃差極化引起的通量下降，運用死端過濾阻力模型定義濾餅比阻，同時利用分子擴散系數(shù)和剪切誘導(dǎo)應(yīng)力擴散系數(shù)的加和來確定有效擴散系數(shù)，最后利用迭代算法預(yù)測有限時間內(nèi)滲透通量的下降量，直到達到恒定值。模型預(yù)測結(jié)果與膠體懸浮液錯流超濾過程的通量下降的實驗結(jié)果實現(xiàn)了很好的吻合。

Madsen等人從流體力學(xué)計算中發(fā)現(xiàn)，在錯流超濾體系中慣性提升速率小于滲透通量。在膜表面就會形成溶質(zhì)濃度比較高的沉積粒子層，濾餅層將無限制增加，最后堵塞管道，但在實際中沒有出現(xiàn)這種情況。Blatt等人假設(shè)由料液引起的剪切力使濾餅層以一定的速率沿膜面作切向運動，該速率可以與粒子的沉積速率相平衡。

Romero和Davis在二維粒子質(zhì)量守恒微分方程中引入時間變化項。Pearson和Sherwood等人提出了錯流超濾中濾餅層形成過程的連續(xù)方程，對懸浮液和濾餅層的特性做了假設(shè)。將該模型的計算結(jié)果和Ladva的實驗結(jié)果相比較發(fā)現(xiàn)對準穩(wěn)態(tài)過程該模型可以和實驗結(jié)果很好的符合，但是對穩(wěn)態(tài)過程實驗結(jié)果和模型計算結(jié)果相差較大。Davis和Sherwood針對濾餅層為超濾過程主要阻力的情況，在二維濃度擴散方程，連續(xù)方程以及描述粒子濃差極化邊界層的動量方程的基礎(chǔ)上推出了和Shen等人非常類似的解，綜合考慮了Davis和Leighton所提出的對剪切粘度和由剪切引起的流動擴散的經(jīng)驗修正。論證了Davis和Leighton等人的近似解對無限稀溶液和少數(shù)的懸浮液成立。

Fane等人針對大粒子錯流超濾過程，提出了描述沖刷和侵蝕機理的模型。前面所提到的側(cè)向遷移并不是主要影響因素。該模型認為粒子沉積到膜表面速率與沖刷速率相平衡，在此平衡的基礎(chǔ)上建立了模型方程。該模型證明了通量與濃度之間的對數(shù)關(guān)系，可以應(yīng)用于一些包含有剛性粒子的超濾體系。但是該模型建立基礎(chǔ)較簡單，需要必要的理論基礎(chǔ)。另外在模型中沒有考慮粒子體積對超濾和沖刷速率的影響 。

Bowen在過濾理論的基礎(chǔ)上，將膠體之間的存在的范德華力、靜電力以及渦旋力以比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式考慮到模型中。通過該模型利用一些物化參數(shù)就可以計算得到滲透通量。這是第一個考慮到膠體相互作用的模型，但是該模型只適用于終端超濾過程。通過與實測數(shù)據(jù)比較，該模型可以很好的預(yù)測實驗結(jié)果。為了將該模型應(yīng)用于錯流過程，Bacchin等人將膠體之間作用力轉(zhuǎn)變?yōu)閷U散系數(shù)的影響，在管式膜器的基礎(chǔ)上推出了一個適用于錯流超濾情況的模型，計算結(jié)果表明可以和實驗數(shù)據(jù)符合很好。在該模型推導(dǎo)過程中提出了一個判斷在膜表面形成凝膠層和濃差極化層的標準。2100433B

陶瓷膜錯流過濾除菌裝置，包括：料液輸送機構(gòu)、循環(huán)過濾回路、排放回路和主控裝置。

陶瓷膜錯流過濾除菌裝置，該裝置包括：料液輸送機構(gòu)、循環(huán)過濾回路、排放回路和主控裝置，主控裝置控制料液輸送機構(gòu)將料液輸送到循環(huán)過濾回路進行過濾，同時控制料液過濾后的殘留物經(jīng)排放回路排出；其中，所述循環(huán)過濾回路中設(shè)置有過濾膜殼，該過濾膜殼上安裝有若干陶瓷膜。本實用新型采用陶瓷膜錯流過濾結(jié)構(gòu)，可在常溫狀態(tài)下對牛奶、果汁、飲料等粘質(zhì)流體進行過濾除菌與澄清，確保其風味和營養(yǎng)不受破壞；采用反沖洗裝置，還起到了防止顆粒物質(zhì)或大分子膠體物質(zhì)對膜孔的堵塞，可最大限度地恢復(fù)膜通量，此外，本實用新型通過PC單板機可對操作參數(shù)進行實時調(diào)整，從而實現(xiàn)了程序的控制。2100433B

超濾膜被大量用于水處理工程。超濾技術(shù)在反滲透預(yù)處理、飲用水處理、中水回用等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。超濾技術(shù)在酒類和飲料的除菌與除濁，藥品的除熱原以及食品及制藥物濃縮過程中均起到關(guān)鍵作用。

超濾過濾孔徑和截留分子量的范圍一直以來定義較為模糊，一般認為超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.1微米，截留分子量(Molecular weigh cut-off, MWCO)為1,000-1,000,000 Dalton。嚴格意義上來說超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.01微米，截留分子量為1,000-300,000 Dalton。若過濾孔徑大于0.01微米，或截留分子量大于300,000 Dalton的微孔膜就應(yīng)該定義為微濾膜或精濾膜。

一般用于水處理的超濾膜標稱截留分子量為30,000-300,000 Dalton，而截留分子量為6,000-30,000 Dalton 的超濾膜大多用于物料的分離、濃縮、除菌和除熱源等領(lǐng)域。

超濾膜的形式可以分為板式和管式兩種。管式超濾膜根據(jù)其管徑的不同又分為中空纖維、毛細管和管式。市場上用于水處理的超濾膜基本上以毛細管式為主，個別工程中使用的中空纖維(內(nèi)徑0.1-0.5mm)聚乙烯或聚丙烯微孔膜實際上應(yīng)屬于微濾膜。

將超濾膜絲組合成可與超濾系統(tǒng)連接的組件稱為超濾膜組件。超濾膜組件分為內(nèi)壓式、外壓式和浸沒式三種。其中浸沒式超濾膜過濾的推動力是膜管內(nèi)部的真空與大氣壓之間的壓力差。對于過濾精度要求較高的超濾膜，這一壓力差通常不易滿足所需過濾推動力的要求，因此浸沒式的組件形式比較適合于過濾精度較低的超濾膜或微濾膜。外壓式超濾在正沖與反沖時，膜表面液體的流速極不均勻，影響膜表面的沖洗效果，因此常用于水處理的超濾膜還是內(nèi)壓式組件結(jié)構(gòu)較具有優(yōu)勢。