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在水资源日益短缺的今天,膜分离技术由于具有分离效率高、能耗比较低、操作简单、出水水质好且稳定、运行管理费用较低、工作温度在室温附近等优点而广泛应用于水处理行业。目前在制约超滤膜分离技术普及应用的众多因素中,膜污染和膜堵塞仍然是关键因素。膜污染可以认为主要与两方面有关系,一方面是膜本身的性质,包括:膜孔大小、膜孔密度、膜表面积、粗糙度、电荷性质;另一方面是原水本身的性状,包括:原水的污染物浓度、分子量分布、疏水性与亲水性以及离子强度、pH值等。还与过滤方式(死端过滤,错流过滤,旋转切向流过滤)等有关。在以往对超滤的研究中,对超滤污染机理的描述多建立在管式膜或平板膜的基础之上,杨大春建立了竖立式U型中空纤维膜出水量及内压的数学模型,藤田贤二建立了外压式中空纤维膜过滤过程的数学模型。但尚没有见到内压式中空纤维超滤膜污染机理的报道。本文借鉴藤田贤二建立外压式中空纤维膜过滤过程的数学模型时的理论,以流体力学和过滤理论为基础,建立了一个描述内压式中空纤维超滤膜超滤过程的数学模型。并以造纸黑液稀释水为原水,主要考察了回收率、反冲洗周期、清洗方式等操作条件、膜材料、离子强度及恒压和恒流运行模式对模型参数的影响,对模型进行了修正、验证。研究结论如下:(1)以流体力学和过滤理论为基础,建立了内压式中空纤维超滤膜超滤过程的数学模型。由于初期透过系数k0可以由(3)式根据初期的跨膜压差和透过流速求得,故将(1)式代入(2)式可求得尼,再将k代入(3)就可得跨膜压差或透膜流速与时间的关系。(2)该模型将影响膜污染的各种因素(包括原水性质、膜的性质,清洗方式等)对超滤的影响用一个未知参数——膜堵塞系数来表示,简化了计算过程,应用比较简单。经验证,试验所得数据与模拟数据比较吻合。(3)考察不同操作条件、膜材料以及运行模式对模型参数的影响,发现能引起膜污染加重的条件,都会使膜堵塞系数加大,说明膜堵塞系数的大小,可在一定程度上说明膜的污染状况。(4)考察不同离子强度对膜堵塞系数的影响,发现在一定的离子强度范围内,膜堵塞系数的值与离子强度大小呈线性相关。线性回归系数达到0.99以上。根据这种关系将模型参数膜堵塞系数进行修正,并将修正后的模型参数代入模型中去,经验证,试验所测得的数据与模型拟和数据比较吻合,说明修正后的模型与实际相符,有较强的实用性。