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操作因素对反渗透膜分离性能的影响及模型参数分析

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致谢

1 引言

2 反渗透基本原理和传质模型分析

2.1 基于化学势理论基础的反渗透基本原理

2.2 反渗透传质模型分析

2.2.1 Kedem—Katchalsky模型

2.2.2 Spiegler—Kedem模型

2.2.3 带电离子的现象学模型

2.2.4 溶解—扩散模型

2.2.5 不完全的溶解—扩散模型

2.2.6 优先吸附—毛细孔流模型

2.2.7 表面力—孔流动模型(SFPF)

2.2.8 摩擦模型

2.2.9 孔道模型

2.2.10 氢键理论及结合水—空穴有序扩散模型

3 操作因素对反渗透膜分离性能的影响

3.1 压力因素的影响

3.2 温度因素的影响

3.3 浓度因素的影响

3.4 流速因素的影响

4 反渗透传质模型参数分析的关联因素介绍及计算

4.1 流量和溶质衡算

4.2 浓水和产品水浓度估算

4.3 渗透压的计算

4.4 浓差极化和膜污染

5 试验系统及方案

5.1 试验系统

5.1.1 膜组件

5.1.2 试验装置

5.1.3 测试仪器

5.2 试验方案

5.2.1 纯水透过系数的测定

5.2.2 正交试验法

5.2.3 膜污染试验

6 试验结果与讨论

6.1 纯水透过系数的测定

6.2 操作因素的正交试验结果与讨论

6.2.1 正交试验的方差分析与显著性检验

6.2.2 压力因素对膜分离性能的影响

6.2.3 温度因素对对膜分离性能的影响

6.2.4 浓度因素对膜分离性能的影响

6.2.5 流速因素对膜分离性能的影响

6.3 膜污染与清洗

6.3.1 膜污染试验结果

6.3.2 清洗效果比较

6.4 小结

7 反渗透定性传质模型的参数分析

7.1 因次分析法求纯水透过系数的经验数学模型

7.2 纯水透过系数经验数学模型的验证

7.3 基于非平衡热力学的反渗透定性传质模型参数分析

7.3.1 参数ψ的提出

7.3.2 溶液透过系数ψ近似值的求法

7.3.3 模型的验证及实用性分析

7.3.4 模型的拓展应用

7.4 小结

8 反渗透定量传质模型的建立及验证

8.1 模型的建立过程

8.2 模型的验证

9 结论与建议

9.1 结论

9.1.1 操作因素对反渗透膜分离性能的影响

9.1.2 反渗透定性传质模型的参数分析

9.1.3 反渗透定量传质模型

9.2 建议

参考文献

附录 A :符号表

作者简历

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摘要

本文考察了操作因素对反渗透膜通量及脱盐率(Mg2+)的影响,以给水水质特性为分界点,以非平衡热力学模型为基础进行了反渗透定性传质模型的参数分析,并采用线性归元法建立了反渗透定量传质模型。 影响反渗透膜分离性能的操作因素主要为操作压力、料液温度、料液浓度以及料液流速等四种。本研究采用正交试验法,考察了十六组不同操作的工况。结果表明,对膜通量而言,操作压力和温度是两个最显著的影响因素,F值分别为21.55和21.17;料液流速对膜通量也有影响,F值为5.09;料液浓度的改变对膜通量基本没什么影响,F值仅为1.28。对脱盐率来说,温度是最显著的影响因素,F=7.44;其它因素表现均不显著,压力、流速以及浓度的F值分别为4.33、3.74和1.81。 对各种反渗透传质模型进行分析总结,并结合非平衡热力学模型,提出一个新参数:溶质透过系数Ψ从而得到一个反渗透定性传质模型。用正交试验的16组数据对其进行验证,通过其中一组数据算出模型常数,再运用模型的迁移方程对其余15个实验的膜通量进行预测,并与实测的膜通量相比较。结果比较吻合,最小的偏差仅为0.42%,均方根误差为7.98%。 以自来水为原水进行反渗透试验,在给水水质特性近似不变的情况下,采用线性归元法对试验得到的25组数据进行处理,并进行一系列的显著性检验,从而得到一个反渗透定量传质模型。在用该模型进行通量的预测时,结果十分精确,最小的偏差仅为0.107%,均方根误差为2.50%。

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