Kif inhu magħruf sew, fenomenu msejjaħ "polarizzazzjoni tal-konċentrazzjoni" jeżisti waqt it-tħaddim tan-nanofiltrazzjoni u l-membrani tar-reverse osmosis, li jwassal għal fouling tal-membrana. Peress li l-ultrafiltrazzjoni ma tikkonċentrax is-soluti, l-iffiltrar biss, il-fenomenu ta '"polarizzazzjoni tal-konċentrazzjoni" mhuwiex sinifikanti waqt it-tħaddim tal-membrana tal-ultrafiltrazzjoni. Madankollu, l-ultrafiltrazzjoni tista 'żżomm kollojdi, għalhekk il-fenomenu ta' "polarizzazzjoni tas-saff tal-ġel" għandu impatt sinifikanti fuq il-membrani tal-ultrafiltrazzjoni. Dan l-artikolu jaqsam il-prinċipji, il-formuli, u s-sinifikat ta 'l-inġinerija tal-membrana ta' ultrafiltrazzjoni "polarizzazzjoni tas-saff tal-ġel" għall-professjonisti tat-trattament tal-ilma.
I. Kunċett tal-Polarizzazzjoni tas-Saff tal-Ġell
Waqt l-ultrafiltrazzjoni, meta l-ilma tal-għalf ikun fih ammont kbir ta 'soluti makromolekulari (bħal proteini, polisakkaridi, partiċelli kollojdali, eċċ.), Dawn is-sustanzi jakkumulaw fuq il-wiċċ tal-membrana, u gradwalment jiffurmaw saff ikkonċentrat. Hekk kif il-filtrazzjoni timxi 'l quddiem, il-konċentrazzjoni tas-solut fis-saff ikkonċentrat tiżdied, eventwalment tilħaq is-solubilità tas-saturazzjoni tas-solut fis-sistema, u b'hekk tifforma saff ta' ġel fuq il-wiċċ tal-membrana. Wara li jifforma s-saff tal-ġel, anke jekk id-differenza fil-pressjoni transmembrana (TMP) tkompli tiżdied, il-fluss tal-permeat ma jibqax jiżdied b'mod sinifikanti. Dan il-proċess jissejjaħ kontroll tal-polarizzazzjoni tas-saff tal-ġel. Hekk kif id-differenza fil-pressjoni tal-membrana tiżdied, ir-rata tal-fluss tal-permeat inizjalment togħla u mbagħad tistabbilizza.
II. Mudell Matematiku u Analiżi tal-Formula
1. Trasferiment Ekwazzjoni tal-Polarizzazzjoni tas-Saff tal-Ġell
Meta l-konċentrazzjoni tas-solut fuq il-wiċċ tal-membrana tilħaq is-saturazzjoni, il-proċess tat-trasferiment tal-massa tas-solut ħdejn il-wiċċ tal-membrana jista 'jiġi kkalkulat bl-użu tal-formula li ġejja:
Fejn: ċm hija l-konċentrazzjoni tal-makromolekuli fuq il-wiċċ tal-membrana; cp hija l-konċentrazzjoni ta 'makromolekuli fil-permeat; cb hija l-konċentrazzjoni medja tal-makromolekuli fl-ilma tal-għalf fi ħdan l-element tal-membrana; Jw huwa l-fluss permeat; k huwa l-koeffiċjent tat-trasferiment tal-massa fuq il-wiċċ tal-membrana.
Din il-formula tiżvela l-mudell ta '"akkumulazzjoni" tal-makromolekula fuq il-wiċċ tal-membrana: (1) Iż-żieda tal-veloċità tal-crossflow u ż-żieda ta' k jistgħu jnaqqsu l-ħxuna tas-saff tal-polarizzazzjoni tal-ġel; (2) It-tnaqqis tal-fluss operattiv jista 'jikkontrolla l-konċentrazzjoni tal-makromolekuli fuq il-wiċċ tal-membrana taħt il-punt tal-ġell.
2. Relazzjoni bejn Fluss Limitu u Konċentrazzjoni Massima
Meta l-konċentrazzjoni tal-makromolekuli ċm fuq il-wiċċ tal-membrana tilħaq il-punt tal-ġell cg, is-sistema tidħol fl-istat tal-fluss li jillimita. F'dan iż-żmien, il-formula tat-trasferiment tal-massa tista 'tiġi ssimplifikata għall-formula li ġejja.
Dan ifisser li ladarba l-kundizzjonijiet operattivi jikkawżaw li l-konċentrazzjoni tal-wiċċ tal-membrana tilħaq cg, iż-żieda ulterjuri tad-differenza tal-pressjoni transmembrana mhux se tkompli żżid il-fluss.
Is-sinifikat tal-inġinerija ta 'din il-formula huwa: (1) Fid-disinn tal-proċess, il-fluss li jillimita huwa parametru ewlieni li jiddetermina l-erja tal-membrana u l-konsum tal-enerġija; (2) Operazzjoni stabbli tas-sistema ta 'ultrafiltrazzjoni għandha tevita tħaddim fit-tul - fir-reġjun tal-fluss li jillimita.
3. Pressjoni tal-wiċċ tal-membrana u reżistenza tas-saff tal-ġel
Il-preżenza tas-saff tal-ġel mhux biss taffettwa t-trasferiment tal-massa iżda żżid ukoll b'mod sinifikanti r-reżistenza tal-filtrazzjoni. L-espressjoni matematika tagħha tidher hawn taħt.
Fejn: ki,gel huwa l-koeffiċjent tar-reżistenza tas-saff tal-ġel għas-sustanza makromolekulari i; Δl hija l-ħxuna tas-saff tal-ġel; Di, ġel huwa l-koeffiċjent tad-diffużjoni fis-saff tal-ġel.
Dan jindika li meta s-saff tal-ġell isir eħxen (Δl jiżdied) jew id-diffużjoni fi ħdan is-saff tal-ġel jonqos (Di,gel jonqos), il-koeffiċjent tat-trasferiment tal-massa ki,gel jonqos b'mod sinifikanti.
Fid-disinn ta 'l-inġinerija: (1) Iż-żieda ta' Δl tista 'tiġi kkontrollata billi tiżdied il-forza ta' shear tal-fluss cross-, titnaqqas il-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni, jew tiżdied il-frekwenza tal-backwash; (2) It-tnaqqis tal-viskożità influwenti żżid Di, ġel; iktar ma tkun għolja t-temperatura tal-ilma, inqas tkun il-viskożità. III.
III. Distribuzzjoni tal-Konċentrazzjoni tal-wiċċ tal-membrana u Sinifikat tad-Disinn
Il-makromolekuli għandhom konċentrazzjonijiet relattivament baxxi aktar 'il bogħod mill-membrana, iżda l-konċentrazzjonijiet tagħhom jiżdiedu malajr ħdejn il-membrana, u għandhom tendenza lejn saturazzjoni fis-saff tal-ġel. Il-mudell matematiku korrispondenti jidher fl-ekwazzjoni li ġejja:
Fejn: ki huwa l-koeffiċjent tat-trasferiment tal-massa tal-membrana likwida; ε hija l-porożità tas-saff tal-ġel.
Din il-formula tikkunsidra b'mod komprensiv ir-reżistenza għat-trasferiment tal-massa tal-membrana likwida u r-reżistenza għad-diffużjoni tas-saff tal-ġel. Meta l-kontenut tal-polimeru fis-soluzzjoni jkun għoli jew is-saff tal-ġell ikun ħoxnin, ir-reżistenza tad-diffużjoni tiżdied b'mod sinifikanti, u tagħmilha aktar faċli biex jintlaħaq l-istat tal-fluss li jillimita qabel iż-żmien.
Sommarju
Il-polarizzazzjoni tas-saff tal-ġell hija waħda mill-konġestjonijiet operattivi l-aktar tipiċi fil-proċessi ta 'ultrafiltrazzjoni. Permezz tal-analiżi f'dan id-dokument, nistgħu naraw li mhix sempliċement problema ta '"fouling", iżda pjuttost ir-riżultat tal-effetti magħquda ta' trasferiment tal-massa, diffużjoni u kundizzjonijiet operattivi. Il-formula matematika tiżvela r-relazzjoni intrinsika bejn il-konċentrazzjoni, il-fluss, u r-reżistenza għat-trasferiment tal-massa; Id-disinn tal-proċess u l-ottimizzazzjoni operattiva jistgħu jikkontrollaw il-polarizzazzjoni tas-saff tal-ġel sa ċertu punt; għas-sistemi tal-polimeru, l-għażla razzjonali tal-kundizzjonijiet operattivi hija essenzjali biex tiġi żgurata l-effiċjenza tal-ultrafiltrazzjoni. Fl-inġinerija prattika, jekk il-formuli u l-prinċipji f'dan id-dokument huma kkombinati ma 'monitoraġġ dinamiku ta' parametri bħal Jw, k, Di, u ġel, jista 'jinkiseb it-tħaddim stabbli u effiċjenti tas-sistema ta' ultrafiltrazzjoni.