膜的特性和定义

最后更新2023年2月19日星期日|废水处理

膜是一种扁平的半透性结构，至少对一种成分是可透的，而对其他成分是不可透的。根据膜技术的命名法，有多种膜发生进程S根据被运输组分的摩尔质量或直径、膜两侧的聚集状态以及分离原理来表征。输送可以由浓度梯度或压力梯度引起。压力驱动的膜工艺，如微、超、纳过滤以及反渗透被用于废水处理。

图12.1显示了基于平均值的膜过程分类颗粒直径或者摩尔质量，有一些废水的例子组件。的范围分离过程相对于粒子直径和驱动压力的重叠。

用于废水处理的膜工艺的功能原理是过滤或吸附和扩散，其中废水进料分为清洁部分，即滤液或渗透液，和浓缩部分，即浓缩或渗透液滞留物(图12.2)。

2912生物膜技术污水处理膜过程

的表演膜过滤机组由以下主要参数确定:

•膜的选择性是指分离油和水或盐和水等成分的能力。低选择性只能用昂贵的多级工艺来补偿。对于溶剂和溶质的水溶液体系，保留系数或保留R是选择性的量度。当溶剂(通常是水)通过膜时，溶质被保留;留存率R为:

r_ co c2 _ I c2 co co

其中c0为进料中污染物的浓度，c2为渗透液中污染物的浓度。

与膜实现的真正保留是更高的，因为保留成分的浓度增加在膜表面c3作为结果浓差极化(12.3节)。

在废水生物处理领域，往往需要去除一种主要成分;进料浓度和渗透浓度以g L-1 MLSS中的悬浮固体为例给出。

相对体积通量Jp0表征水动力渗透率Qp

ApTM An m3 m 2 h 1 bar 1

其中Qp为渗透体积流速，ApTM为跨膜压力，Am为膜面积。

跨膜压力梯度，即驱动力，由

其中考虑了沿膜截面p0 - p1的压降。

•机械稳定性和抗污垢和结垢性必须作为其他重要因素考虑。

给定膜的低渗透性可以通过增加膜的表面积来弥补。渗透通量Jp或渗透速度wp由:

|p = wp =- m3 m 2 h

通量和保留系数R和Rt沿膜的表面积不是恒定的，即使膜材料的质量没有变化。滞留组分的浓度不断增加，影响通量和滞留系数。

在废水处理中，跨膜压力ApTM从0.1 bar到120 bar不等。膜的特征截断要么与颗粒直径(微米)相对应，要么与最大残留物质的摩尔质量(道尔顿测量)相对应。

膜的截留量是大分子和溶解物质的摩尔质量，截留系数为90%或95%。它是由含有不同物质的超滤膜的分数分离曲线在实验上确定的(Rautenbach 1997)，通常用于膜过程的表征，但微过滤除外。

在研究不同膜的选择性及其传输机制时，采用了各种传输模型(Rautenbach 1997):

•一个黑箱模型，从处理过的流体和膜的组合的真实系统的大量实验结果中得出。

•半实证模型对于实际系统的物理和化学参数(溶解-扩散和孔隙模型)。

•基础研究中的结构模型。

在这里，我们使用半经验模型，因为利用对物理性质的理解以及研究过程参数的结果是常见的工程实践。溶液-扩散模型(反渗透和部分纳滤)和孔隙模型(超滤和微滤)可以与物理和化学背景信息一起使用，以减少研究所需的实验次数，并定量优化膜过滤在废水处理领域的操作。

采用膜生物反应器(MBR)技术的生物污水处理厂的设计和布局必须以活性污泥工艺的要求为重点。第一个指南是由ATV-DVWK (2000b)制定的，特别考虑到反应器体积，氧转移速率，预处理污水、污泥处理，当然还有膜的性能和清洗(第12.3节)。

首先，我们将集中在最常见的机械模型的质量运输通过膜。它们是基于扩散和对流的。然后我们将考虑传质阻力，如浓度极化以及传输机制和阻力的结合。当使用具有活性深层、多孔载体层或形成凝胶层的膜时，必须进一步组合模型，例如溶液扩散模型和孔隙模型。

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