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错流过滤（cross flow filtration）：在泵的推动下料液平行于膜面流动，与死端过滤（dead-end flow filtration）不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。
错流过滤操作较死端过滤复杂，对固含量高于0.5%的料液通常采用错流过滤。
随着错流过滤操作技术的发展，在许多领域有代替死端过滤的趋势。
过滤是一个流体分离的过程。
当流体通过不同孔径的筛板时，固体物质被截留在筛板上，而被分离的产品则流进预先准备好的容器中。
错流过滤系统与传统的过滤机有很大差别，它可避免固形物在滤膜上沉积，由于滤液在系统内的高速循环运动及滤膜两侧的压力不同，滤清液以切线方向溜进预先准备好的容器中，而由于未滤液的高速循环运动，未滤液可将附着在膜上的固形物带走。
错流过滤技术运行无污染、无废硅藻土等助滤剂排放，属环保型过滤技术。
一、错流过滤的基本原理错流过滤的基本原理，是通过循环泵将要过滤的物质在不同孔径的滤膜孔道中做高速循环运动。
在压力的作用下，滤液以切线通过的方式滤出；未滤液由于高速运动而形成湍流，不断冲洗膜棒的内表面，将少量附着在膜上的固形物带走，从而防止了滤膜的阻塞，保持过滤的正常进行。
未滤液不断循环，固形物浓度愈来愈大，当浓度到达一定程度后自动排出，最终达到固液分离的目的。
二、错流过滤系统常用的几种膜1.错流过滤膜所用材料膜材料一般选用塑料、聚丙烯、聚砜、聚醚砜或陶瓷膜。
通常所用的是聚合膜和陶瓷膜。
2.滤膜的种类滤膜根据孔径不同，可分为微孔过滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
滤膜根据形状不同，可分为中空纤维膜或毛细管膜、管状膜、螺旋卷式膜等。
3.不同种类的膜可滤除的物质三、错流过滤技术在啤酒工业中的应用错流过滤技术不但可以代替传统的硅藻土过滤机过滤啤酒，还可以从废酵母中回收啤酒。
在啤酒酿造过程中，发酵产生酵母泥的量约占啤酒总量的2%—3%，除留作种酵母参与发酵外，大部分成为废酵母。
错流过滤（cross flow filtration）：在泵的推动下料液平行于膜面流动，与死端过滤（dead-end flow filtration）不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。
错流过滤操作较死端过滤复杂，对固含量高于0.5%的料液通常采用错流过滤。
随着错流过滤操作技术的发展，在许多领域有代替死端过滤的趋势。
过滤是一个流体分离的过程。
当流体通过不同孔径的筛板时，固体物质被截留在筛板上，而被分离的产品则流进预先准备好的容器中。
错流过滤系统与传统的过滤机有很大差别，它可避免固形物在滤膜上沉积，由于滤液在系统内的高速循环运动及滤膜两侧的压力不同，滤清液以切线方向溜进预先准备好的容器中，而由于未滤液的高速循环运动，未滤液可将附着在膜上的固形物带走。
错流过滤技术运行无污染、无废硅藻土等助滤剂排放，属环保型过滤技术。
一、错流过滤的基本原理错流过滤的基本原理，是通过循环泵将要过滤的物质在不同孔径的滤膜孔道中做高速循环运动。
在压力的作用下，滤液以切线通过的方式滤出；未滤液由于高速运动而形成湍流，不断冲洗膜棒的内表面，将少量附着在膜上的固形物带走，从而防止了滤膜的阻塞，保持过滤的正常进行。
未滤液不断循环，固形物浓度愈来愈大，当浓度到达一定程度后自动排出，最终达到固液分离的目的。
二、错流过滤系统常用的几种膜1.错流过滤膜所用材料膜材料一般选用塑料、聚丙烯、聚砜、聚醚砜或陶瓷膜。
通常所用的是聚合膜和陶瓷膜。
2.滤膜的种类滤膜根据孔径不同，可分为微孔过滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
滤膜根据形状不同，可分为中空纤维膜或毛细管膜、管状膜、螺旋卷式膜等。
3.不同种类的膜可滤除的物质三、错流过滤技术在啤酒工业中的应用错流过滤技术不但可以代替传统的硅藻土过滤机过滤啤酒，还可以从废酵母中回收啤酒。
在啤酒酿造过程中，发酵产生酵母泥的量约占啤酒总量的2%—3%，除留作种酵母参与发酵外，大部分成为废酵母。
一、实验目的1. 了解错流过滤的原理和操作方法；2. 掌握错流过滤在液体分离中的应用；3. 通过实验验证错流过滤的效率及影响因素。
二、实验原理错流过滤是一种动态过滤方式，其原理是在膜表面形成两个分力：一个是垂直于膜面的法向力，使水分子透过膜面；另一个是平行于膜面的切向力，将膜面上的截留物冲刷掉。
在错流过滤过程中，原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下，含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而实现流体分离、浓缩、纯化。
三、实验仪器与材料1. 错流过滤装置：膜组件、蠕动泵、秒表、压力表、量筒等；2. 原料液：浊度较高的水样；3. 膜材料：微滤膜、超滤膜等；4. 清洗液：去离子水、酸碱溶液等。
四、实验步骤1. 将膜组件安装到错流过滤装置上，确保连接紧密；2. 将浊度较高的水样加入原料液容器中；3. 开启蠕动泵，使水样在膜组件内高速流动；4. 调节压力表，使膜组件两端产生一定压差；5. 观察膜组件进出口的压力变化，记录数据；6. 定时取样，分析透过液和浓缩液的浊度；7. 实验结束后，清洗膜组件，清除污染物。
五、实验结果与分析1. 在错流过滤过程中，透过液的浊度逐渐降低，浓缩液的浊度逐渐升高，说明错流过滤对浊度有较好的去除效果；2. 随着过滤时间的延长，透过液的浊度变化趋于稳定，说明错流过滤的效率相对稳定；3. 在相同条件下，不同孔径的膜材料对浊度的去除效果不同，孔径越小，去除效果越好；4. 膜表面污染是影响错流过滤效率的主要因素，可通过反冲洗等方法清除污染物，提高过滤效率。
六、实验结论1. 错流过滤是一种有效的液体分离方法，适用于浊度较高的水样处理；2. 膜材料的孔径、操作条件等因素对错流过滤效率有显著影响；3. 清洗膜表面是提高错流过滤效率的重要手段。
七、实验建议1. 在实验过程中，注意调节压力，避免膜组件损坏；2. 定期清洗膜组件，清除污染物，提高过滤效率；3. 选择合适的膜材料，根据实际需求进行实验优化。
2021.16科学技术创新1概述电泳涂装技术,目前在我国汽车行业生产的过程中已经成为涂装工艺中至关重要的一环,在很大程度上决定着汽车上漆的质量。
在生产过程中,电泳工艺产生的废水不仅量大,且污染物浓度高,其主要污染物为水溶性树脂、颜料、填料、助溶剂等有害化学物质,必须进行有效处理后方可排放。
经过一段时间的调研,将常见的处理工艺、相应的特点及应用难点作一个简单的归纳,如表1所示。
表1常见工艺归纳对上表中各种工艺进行了对比及筛选,最终选择膜法中的管式微滤膜工艺对某汽车企业涂装废水中的电泳废水进行实验,并结合实验结果做进一步的工程应用实践及有效性验证。
2情况说明该汽车企业涂装车间废水种类为:脱脂废水(液)、电泳废水(液)、喷漆废水、薄膜废水等。
其中脱脂、电泳、喷漆等废水(液)通过“混凝反应A+斜板沉淀A ”混合处理,而薄膜废水通过“混凝反应B+斜板沉淀B ”单独处理,上述两套物化系统出水经过pH 反调后进入生化工艺处理,出水达到《污水综合排放标准》DB31/199-2018中的三级排放要求。
该企业涂装车间曾于2018年将磷化工艺改为锆系薄膜工艺,薄膜废水中已不再含有一类重金属污染物,且所含其它各类污染物也相对较低,故而考虑对B 套物化系统进行改造,用于单独处理其他高浓度的废水。
根据企业最近一年的例行监测数据进行统计,电泳废水(含废液)在涂装废水内的水量占比为30%左右,而COD 污染物占比则高达71%左右,属于相对高浓度的废水,故而考虑对电泳废水(液)进行单独处理,期望能够降低出水COD ,并减少污泥产生量(废弃物产生量)。
3管式微滤膜的应用特点由于电泳废水的污染物浓度较高且波动较大,故而必须选择比较稳定的单独处理工艺,以避免污染物浓度的变化对后续生化工艺的影响,而原先的“混凝沉淀+斜板沉淀”工艺,出水质量基本取决于混凝沉淀的效果,抗冲击能力较弱,再结合表1中各种处理工艺的特点,最终选择了“混凝沉淀+管式微滤膜”工艺来实现稳定效果的处理需求。
管式微滤膜在电厂脱硫废水处理的应用研究管式微滤膜在电厂脱硫废水处理的应用研究一、引言在电力发展的背景下，电厂的脱硫废水处理问题越来越受到重视。
传统的处理方法存在废水处理成本高、处理效果不理想等问题，因此寻找一种更高效、更经济、更环保的处理方法势在必行。
管式微滤膜作为一种新型的废水处理技术，具有过滤效率高、操作简便、节能环保等优点，逐渐引起了广泛关注。
本文旨在探讨管式微滤膜在电厂脱硫废水处理中的应用研究。
二、管式微滤膜的基本原理和特点管式微滤膜是一种薄膜分离技术，其基本原理是通过微孔直径较小的膜壳，将废水中的悬浮固体颗粒、沉淀物等截留下来，而将液体和溶解性物质通过膜壳，实现废水的分离和净化。
相比传统的过滤方法，管式微滤膜具有以下特点：1.高效过滤：管式微滤膜的孔径通常可控制在0.1-10微米之间，能有效去除废水中的微小颗粒；2.简便操作：管式微滤膜的操作相对简单，只需设置好参数，通过外部的压力差实现废水的过滤；3.能源节约：相比传统过滤方法，管式微滤膜不需要大量的能耗，能节约能源；4.环保性好：管式微滤膜不需要添加任何化学药剂，对环境无污染。
三、管式微滤膜在电厂脱硫废水处理中的应用研究1.污水预处理脱硫废水处理前的预处理非常重要，而管式微滤膜在预处理中起到了重要的作用。
由于管式微滤膜能有效截留废水中的悬浮固体颗粒，能够保护后续处理设备的正常运行，提高了整个废水处理系统的稳定性和可靠性。
2.脱盐处理脱硫废水含有一定的盐分，需要进行脱盐处理以满足排放要求。
管式微滤膜能将废水中的无机盐分和有机盐分净化，从而达到脱盐的目的。
通过调节管式微滤膜的操作参数，可以实现对不同盐分废水的处理，具有调节性能强的优点。
3.废水浓缩处理管式微滤膜在电厂脱硫废水处理中的另一个重要应用是浓缩处理。
在脱硫废水处理中，常常需要将其浓缩，以减少处理过程中的废物产出。
通过运用管式微滤膜，可以将脱硫废水中的水分去除，使其浓缩度提高，从而达到减少废物产生的目的。
!试验研究#PE 管式膜错流过滤性能试验研究3刘仁桓1 陈海平1 赵 旭2 王振波1 金有海1(11中国石油大学(华东) 21中国石油抚顺石化公司) 摘要 为了研究PE 管式膜的错流过滤性能,选用PE 管式膜作为过滤元件进行错流过滤试验,测试分析操作参数对错流过滤性能的影响。
试验结果表明:在错流过滤条件下,过滤稳定通量和初始通量都随操作压力的增加而线性增大;悬浮液浓度越大,过滤通量降低速度越快,并且随着浓度的增加,过滤的稳定通量略有下降;随着过滤错流速度的增大,过滤通量下降的速度变慢;过滤稳定通量随错流速度的增大,先迅速增大,在2m /s 左右达到峰值,然后缓慢下降。
关键词 PE 管式膜 操作参数 错流过滤 通量 影响引 言随着近代高科技的发展,膜的开发和研究领域日益拓宽,被认为是20世纪末到21世纪中期最具有发展前途的高技术之一[1-3]。
微孔膜错流过滤能阻止滤饼生成,并控制浓差极化现象,使膜组件有较高的稳定渗透通量和分离效能,是当前应用最为广泛的膜过滤技术。
PE 膜具有过滤精度高、耐腐蚀性能好、再生操作方便等优点,用于硫化氢制氢工艺[4]可从酸性介质中分离硫磺颗粒。
膜过滤的影响因素很多,过滤机理的研究还跟不上工业应用[5]。
为此需要研究各种溶质、溶剂以及各种膜的特性,还要研究它们之间的作用和操作条件的影响。
笔者主要研究PE 管式膜错流过滤、膜错流过滤的性能以及影响因素,为膜组件的优化和过滤机理的分析提供指导。
试 验 装 置试验装置流程如图1所示。
料罐中的悬浮液经搅拌器充分搅拌均匀后,由离心泵吸入,经流量计和管路系统进入过滤器。
由过滤器过滤后,过滤清液经流量计和管路系统返回料罐,浓缩液经管路系统返回料罐,混合后循环试验。
系统压力由014级精密压力表测量,过滤器的进、出口流量分别选用LZ B —25和LZ B —15型转子玻璃流量计测量。
图1 试验装置流程图试验物料采用FCC 平衡催化剂,用CoulterLS230激光粒度仪测得溶质颗粒的平均粒径为1818μm ,颗粒粒度分布见图2。
图2 粒度分布图试验选用PE 管式膜作为过滤元件,膜孔径1—6— 石 油 机 械CH I N A PETROLEUM MACH I N ERY2008年 第36卷 第9期3基金项目:国家科技部“九五”重点科技攻关课题(96-A -17-07-01)的基础研究部分。
μm ,膜管内径20mm ,外径30mm ,长300mm 。
错流过滤器结构如图3所示,原料液从膜管的一端流入,在压力作用下从膜管的孔隙中流出清液,浓缩液从另一端流出,原料液的流动对滤饼有冲刷和剪切作用,从而保证过滤器长周期运行。
图3 过滤器结构示意图试验结果与分析用来表征过滤性能的参数有过滤通量、过滤精度、过滤周期和膜的再生等。
影响过滤器性能的因素[6]主要包括操作参数、过滤物料、过滤环境、过滤介质特性等,任何一个参数的变化都会引起过滤器性能的变化。
笔者主要研究操作压力、错流流速、悬浮液浓度对PE 膜错流过滤性能的影响。
11压力对过滤的影响图4是在错流流速0147m /s,物料浓度为2kg/m 3条件下,得到的不同压力下的时间与通量关系曲线。
图4 不同压力下通量随时间的变化曲线从图中可以看出,微孔膜的错流过滤通量随过滤的进行而逐渐降低;在过滤初期,通量随时间的下降速度较快,随着过滤的进行,通量下降的速度越来越慢。
过滤进行60m in 后,膜过滤通量随时间的变化很小,呈稳定趋势;90m in 后,膜通量基本稳定,不再随过滤的进行而变化。
从图中还可以看出,过滤系统操作压力越大,过滤的初始通量和稳定通量也越大。
在过滤初期,膜过滤的阻力主要是膜本身以及刚性机体的阻力,膜孔堵塞率较小,膜面沉积和浓差极化几乎不存在,因而过滤的阻力相对较小。
在压力较高的条件下具有相对较高的过滤通量,尤其是过滤的初始通量相对较高。
随着过滤时间的延续,一些较小的颗粒在渗透流的作用下,会因惯性冲撞、吸附和扩散等而被捕捉,留在膜内,堵塞通道;粒径比膜孔径大或者差不多的颗粒,在渗流曳力作用下,因吸附被膜截留而沉积在膜面,形成膜面沉积层,使过滤成为滤饼过滤,因此过滤通量迅速下降。
随着过滤的进一步进行,在膜内和膜边界层内,由于悬浮颗粒与溶剂渗透速度的差异,使得膜面边界层的颗粒浓度高于主体流中的浓度,产生浓差极化现象,增大了过滤的阻力,使得过滤通量不断下降。
错流过滤存在沿膜面的切向流,切向流的存在可以带走沉积在膜面上的颗粒,不断地消除膜面的滤饼层和浓差极化现象,减小过滤的阻力。
当切向剪力、扩散力、渗流力以及吸附力等作用力达到平衡时,沉积到膜面的颗粒速率与被切向流带走的颗粒速率达到平衡,膜面滤饼层厚度稳定,颗粒向渗流方向的扩散速率和因浓差极化引起的颗粒向主流体的扩散速率达到平衡,此时过滤通量开始稳定,不再随过滤时间而变化。
因而通量降低的主要原因是截留粒子在膜面上积聚的结果。
错流过滤有助于减缓膜污染但不会消除这种现象,随着过滤进程的进行,膜阻塞严重,通量值会一直减小,直到滤饼层形成后,进入滤饼过滤阶段,这个阶段通量达到稳定值。
若条件理想,错流过滤的稳定通量值能够维持不变。
从图中还可以看出,无论是稳定通量还是过滤的初始通量,都随着操作压力的增加而线性增大。
在操作压力较小(即压差较小)的情况下,初始通量与稳定通量相差不大。
随着操作压力的增大,操作压力对初始通量的影响要大于对稳定通量的影响。
这是由于在过滤开始时,过滤阻力仅由膜本身以及机体阻力(即膜阻力)构成,而在过滤达到稳定状态时,过滤阻力由膜阻力、浓差极化阻力、—7—2008年 第36卷 第9期刘仁桓等:PE 管式膜错流过滤性能试验研究膜污染阻力构成。
由此可见,对于压力推动的膜过滤过程,操作压差将直接影响膜通量,在一般的过滤过程中,通量随压力升高呈线性增大趋势。
21浓度对过滤通量的影响溶液性质的改变会使膜与溶质或颗粒与溶剂的相互作用发生变化从而改变膜面性质,进而对分离性能产生影响。
故而浓度对过滤性能的影响较为复杂,而浓度也只是影响体系性质的原因之一。
图5是当错流流速为0147m /s,操作压力为0112MPa 时,不同浓度条件下得到的时间与通量的关系曲线。
图5 不同浓度条件下通量随时间的变化曲线从图中可以看出,当悬浮液质量浓度为015kg/m 3时,过滤通量缓慢下降,而当浓度为1510kg/m 3时,过滤通量在过滤开始的前10m in 内大幅度降低,之后下降逐渐趋缓。
悬浮液浓度越小,过滤通量下降越缓慢;悬浮液浓度越大,过滤通量下降速率越快。
出现上面情况的原因:过滤的悬浮液浓度较大时,悬浮液中的固体颗粒含量多,小颗粒含量也较多,相同的时间内会有更多的颗粒被膜孔通道捕捉,堵住膜孔通道;浓度较大,沉积到膜面上的固体颗粒也较多,容易在很短的时间内形成膜面沉积层,使得膜过滤变为滤饼过滤。
因此,膜过滤通量在初始阶段会下降较快。
当过滤进行到一定的时间后,浓度较小的悬浮液在时间不断的积累下,膜孔通道因为吸附和截留的原因,小固体颗粒集聚在膜孔通道内,堵塞膜孔通道;膜面上颗粒的沉积也开始形成,过渡到滤饼过滤,膜通量也下降。
只是浓度低的时候沉积的速度较慢,通量下降的速度也较慢。
同时由于剪切流的存在,会带走沉积在膜面上的颗粒,使得膜面沉积层维持在一定的厚度而不再增加,从而使得过滤通量稳定。
因而通量的下降不会持续不断,而是不断地趋向平缓。
浓度高时,颗粒在较短的时间内形成膜面沉积,达到颗粒沉积和被剪切流带走的平衡,因而可以在较短时间内趋近于稳定通量。
在试验浓度范围内,过滤的稳定通量随着悬浮液浓度的增大而减小,减小速度缓慢。
当过滤通量稳定时,进料悬浮液浓度不同,在过滤过程中膜孔通道堵塞的情况以及膜面颗粒沉积厚度也不同。
浓度越大,孔道堵塞的情况越严重,膜面沉积层也会较厚;同时,在膜面边界层和主体流之间产生浓差极化现象更加严重,从而使得过滤阻力加大,膜过滤通量减小。
由于浓度对膜孔道堵塞情况、膜面沉积层和浓差极化的影响较小,因而稳定通量随浓度的变化不明显。
随着浓度的增大,这种趋势愈加平缓。
31错流速度对过滤通量的影响错流速度是影响膜渗透通量的重要因素之一。
其大小主要取决于原料液的性质和膜材料的机械强度,一般为2～8m /s 。
较高的剪切速度有利于带走沉积在膜表面的颗粒、溶质等,减轻膜污染,因而可以有效地提高膜通量,而且提高错流速度还有利于减轻浓差极化的影响,但错流速度过高也会带来一些弊端。
图6是在物料质量浓度为2kg/m 3、操作压力为0112MPa 条件下,不同错流速度下的过滤通量随时间变化的曲线。
图6 不同错流速度下过滤通量随时间的变化曲线从图中可以看出,在试验的错流速度范围内,过滤的初始通量随着错流速度的增大而增加,但是增加的幅度逐渐变缓。
当错流速度低于2m /s 时,初始通量随着流速的增大而增加得较快。
而当错流速度高于2m /s 时,随流速的增大初始通量增加的速度大大减缓。
错流速度大,增加了流体的湍流度,从而加大了流体中颗粒的扰动,颗粒不易沉积于膜表面;并且较大的错流速度可以带走沉积在膜面上的沉积颗粒,从而有利于通量的提高。
但是仅靠提高错流速度来提高通量的效果还是有限的,过滤通量在过滤阻力、膜本身过滤通量等因素下共同决定了膜本身就有一个最大初始通量值。
因而随着错流速度的增大,初始通量的提高只能无限接近最—8— 石 油 机 械2008年 第36卷 第9期大值。
并且在较高错流速度时,提高错流速度对提高膜初始通量的影响越来越小。
在试验条件下,当错流速度在115～215m/s 时,过滤的稳定通量值较高。
在低错流速度下,错流的剪切力相对于过滤渗透力较小,因而颗粒的沉积较严重,膜面的颗粒沉积层较厚,过滤通量就较小。
随着错流速度的增大,流体剪切力增大,被流体带走的膜面沉积颗粒增多,膜面沉积层变薄,过滤的通量增大。
但是,当流速增大到一定程度时,流体内的湍流和扰动加大,使指向膜面的渗流力减小。
虽然膜面沉积层减小,但过滤的推动力很大,一部分被湍流和扰动所消耗,这相当于增大了过滤的阻力。
当该阻力超过由膜面沉积层减少所带来的阻力时,过滤通量就减小。
随着错流速度的增大,过滤通量减小的趋势变慢。
过滤错流速度越大,其剪切力也越大,对膜面沉积层的冲刷作用效果越好,膜面沉积层厚度增加的速度减缓,从而过滤通量减小速度减慢。
结 论(1)在错流过滤条件下,过滤稳定通量和过滤的初始通量都随着操作压力的增加而线性增大。
(2)悬浮液浓度越大,过滤通量降低速率越快,并且随浓度的增加,过滤的稳定通量略有下降。
(3)随着过滤错流速度的增大,过滤通量下降的速度变慢;过滤稳定通量随错流速度的增大,先迅速增大,在2m/s左右达到峰值,然后缓慢下降。
参 考 文 献[1] 国家环境保护局1膜法分离技术及其应用1北京:中国环境科学出版社,19911[2] Suki A,Fane A G,Fell C J D1Flux decline in p r oteinultrafiltrati on1Journal of M e mbrane Science,1984,21(3):269-2831[3] 谭 蔚,石建明,朱企新,等1国外过滤与分离技术的进展1化工机械,2002,29(4):245-2481 [4] 刘 相,李发永,曹作刚,等1炼厂酸性气吸收工艺的试验研究1石油大学学报:自然科学版,2005,29(3):112-1151[5] 白户纹平,村濑敏郎.滤饼过滤的理论和试验研究1过滤与分离,1994,4(3):40-481[6] 盛忠杰,陶 敏,郭长阁1影响过滤过程的诸因素及机理研究1矿冶工程,1996,16(1):33-371第一作者简介:见本刊2008年第8期。
