Ultrafiltrasyon manbràn 'Gel Layer Polarization': Prensip, fòmil, ak siyifikasyon Jeni

Kòm se byen li te ye, yon fenomèn ki rele "polarizasyon konsantrasyon" egziste pandan operasyon an nan nanofiltrasyon ak manbràn osmoz inverse, ki mennen nan fouling manbràn. Depi ultrafiltrasyon pa konsantre solutes, sèlman filtraj, fenomèn nan "polarizasyon konsantrasyon" pa enpòtan pandan operasyon manbràn ultrafiltrasyon. Sepandan, ultrafiltrasyon ka kenbe koloyid, kidonk fenomèn nan "polarizasyon kouch jèl" gen yon enpak siyifikatif sou manbràn ultrafiltrasyon. Atik sa a pataje prensip, fòmil, ak siyifikasyon jeni nan manbràn ultrafiltrasyon "polarizasyon kouch jèl" pou pwofesyonèl tretman dlo.

Pandan ultrafiltrasyon, lè dlo manje a gen yon gwo kantite solute makromolekilè (tankou pwoteyin, polisakarid, patikil koloidal, elatriye), sibstans sa yo akimile sou sifas manbràn, piti piti fòme yon kouch konsantre. Kòm filtraj pwogrese, konsantrasyon nan solute nan kouch konsantre a ogmante, evantyèlman rive nan solubilite saturation nan solute a nan sistèm nan, konsa fòme yon kouch jèl sou sifas la manbràn. Apre kouch jèl la fòme, menm si diferans presyon transmembrane a (TMP) kontinye ap ogmante, flux permeate la pa ogmante anpil ankò. Pwosesis sa a rele kontwòl polarizasyon kouch jèl. Kòm diferans lan presyon manbràn ogmante, pousantaj koule nan pèmeat okòmansman leve ak Lè sa a, estabilize.

1. Transfè ekwasyon nan polarizasyon kouch jèl
Lè konsantrasyon solut la sou sifas manbràn lan rive nan saturation, pwosesis transfè mas solut la tou pre sifas manbràn ka kalkile lè l sèvi avèk fòmil sa a:

Ki kote: cm se konsantrasyon makromolekil sou sifas manbràn la; cp se konsantrasyon makromolekil nan pèmeyatè a; cb se konsantrasyon an mwayèn nan makromolekil nan dlo a manje nan eleman nan manbràn; Jw se flux pèmeyatè a; k se koyefisyan transfè mas sou sifas manbràn la.

Fòmil sa a revele modèl "akimilasyon" makromolekil la sou sifas manbràn la: (1) Ogmante vitès kwazman ak ogmante k ka diminye epesè kouch polarizasyon jèl la; (2) Diminye flux fonksyònman an ka kontwole konsantrasyon makromolekil sou sifas manbràn anba pwen jèl la.

2. Relasyon ant Limiter Flux ak Konsantrasyon Maksimòm
Lè konsantrasyon nan makromolekil cm sou sifas manbràn la rive nan pwen jèl cg, sistèm nan antre nan eta a limite flux. Nan moman sa a, fòmil transfè mas la ka senplifye nan fòmil sa a.

Sa vle di ke yon fwa kondisyon fonksyònman yo lakòz konsantrasyon sifas manbràn yo rive jwenn cg, plis ogmante diferans presyon transmembrane a p ap ogmante flux la ankò.

Siyifikasyon jeni fòmil sa a se: (1) Nan konsepsyon pwosesis, flux limite a se yon paramèt kle ki detèmine zòn manbràn ak konsomasyon enèji; (2) Operasyon ki estab nan sistèm ultrafiltrasyon an ta dwe evite operasyon alontèm nan rejyon limite flux.

3. Presyon sifas manbràn ak rezistans jèl kouch

Prezans kouch jèl la pa sèlman afekte transfè mas, men tou siyifikativman ogmante rezistans filtraj. Ekspresyon matematik li yo montre anba a.

Ki kote: ki,gel se koyefisyan rezistans kouch jèl la nan sibstans makromolekilè i; Δl se epesè kouch jèl la; Di, gel se koyefisyan difizyon nan kouch jèl la.

Sa a endike ke lè kouch jèl la vin pi epè (Δl ogmante) oswa difizyon nan kouch jèl la ralanti (Di,gel diminye), koyefisyan transfè mas ki,gel la ap diminye anpil.

Nan konsepsyon jeni: (1) Ogmantasyon Δl ka kontwole lè w ogmante fòs taye koule kwa -, diminye konsantrasyon solisyon an, oswa ogmante frekans nan backwash; (2) Diminye viskozite enfliyan an ogmante Di, gel; pi wo tanperati dlo a, se pi ba viskozite a. III.

Makromolekil yo gen konsantrasyon relativman ba pi lwen manbràn lan, men konsantrasyon yo ogmante rapidman tou pre manbràn la, ki gen tandans nan direksyon saturation nan kouch jèl la. Yo montre modèl matematik ki koresponn lan nan ekwasyon sa a:

Ki kote: ki se koyefisyan transfè mas manbràn likid la; ε se porosite kouch jèl la.

Fòmil sa a konplè konsidere rezistans transfè mas likid manbràn ak rezistans difizyon kouch jèl la. Lè kontni an polymère nan solisyon an wo oswa kouch jèl la se epè, rezistans nan difizyon ogmante siyifikativman, fè li pi fasil yo rive jwenn eta a flux limite prematireman.

Rezime

Polarizasyon kouch jèl se youn nan kou boutèy operasyon ki pi tipik nan pwosesis ultrafiltrasyon. Atravè analiz la nan papye sa a, nou ka wè ke li se pa senpleman yon pwoblèm "fouling", men pito rezilta a nan efè konbine nan transfè mas, difizyon, ak kondisyon fonksyònman. Fòmil matematik la revele relasyon intrinsèque ant konsantrasyon, flux, ak rezistans transfè mas; konsepsyon pwosesis ak optimize operasyonèl ka kontwole polarizasyon kouch jèl nan yon sèten limit; pou sistèm polymère, seleksyon rasyonèl kondisyon fonksyònman yo se kle pou asire efikasite ultrafiltrasyon. Nan jeni pratik, si fòmil yo ak prensip nan papye sa a yo konbine avèk siveyans dinamik nan paramèt tankou Jw, k, Di, ak jèl, operasyon an ki estab ak efikas nan sistèm nan ultrafiltrasyon ka reyalize.