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当前膜污染是限制膜技术在水处理领域中大量应用的主要原因之一,国内外针对膜污染做了大量细致的研究。在以往研究的基础上,本研究从微观颗粒受力情况入手,结合理想沉淀池理论及浅池理论,建立了基于水力平衡调节膜微观流场进而优化平板膜组件设计的模型,对比CFD软件模拟与理论试验,探讨了在一定操作条件下的膜组件设计方法,明确了膜组件尺寸比例方程。主要研究结果如下所示:(1)基于水力平衡优化膜组件模型的建立与模拟:依据相关方程及合理假设,建立了基于水力平衡调节膜微观流场进而优化平板膜组件设计模型。对Fluent中各模型及求解方式的优劣进行系统的对比分析,优选得到适合本研究的设置参数。(2)基于水力平衡优化膜组件模型的验证:在进水流量分别为15 L/h、20L/h、25 L/h,跨膜压差分别为0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa时,采用DOW NF90聚酰胺复合纳滤膜,以高锰酸钾为染色剂,在室温下进行试验,考察膜面污染物累积特征,所得试验情况与模拟数据具有较高的一致性,且试验显示在进水流量为20 L/h,跨膜压差为0.4 MPa时,试验情况与模拟数据之间的误差数据最小,仅为0.7%。(3)基于水力平衡优化膜组件模型的应用:结合膜组件设计模型及操作参数,计算出基于水力平衡优化膜组件的尺寸比为:长:宽:高为40:30:1,并优化了膜组件的入流方式,通过Fluent模拟模型优化膜组件及其他5种不同尺寸膜组件的膜面速度云图和颗粒过膜图,结果表明了基于水力平衡优化膜组件进行性能优化方式的合理性。(4)基于水力平衡优化膜组件性能评价:分别通过停留时间分布测定试验和特征污染物膜通量衰减试验评价膜组件优化性能。结果表明基于水力平衡优化膜组件内的死区、涡流区域减少,整体的流场条件要优于原组件,更接近于平推流这一流动方式,验证了基于水力平衡优化膜组件对组件内微流场优化的效果。(5)通量衰减试验结果表明:当特征污染物为腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA)、牛血清蛋白(BSA)时,基于水力平衡优化的膜组件比通量衰减率均低于未优化膜组件的测试结果,且分别减小了14%、9.3%、7.9%。膜污染阻力对比分析,结果显示基于水力平衡优化膜组件污染膜阻力要小于未优化膜组件的污染阻力,侧面彰显了膜组件对流场优化及膜污染控制的效果。