浸没式中空纤维膜过滤流体力学数学模型建立.pdf

第二届膜法城镇新水源技术研讨会论文集 2015年5月浸没式中空纤维膜过滤流体力学数学模型建立李贤辉1,李建新¨,王虹1,何本桥1,王捷2,张宏伟2 (,天津300387; ,天津300387) 摘要:根据质量和动量守恒原理以及点通量实验数据,,,点通量分布不均匀程度随着纤维膜长度和操作通量增加而增加,,纤维膜内径、长度与产水效率之间的构效关系;并结合文献中实验数据验证了该模型的正确性,为中空纤维膜组件尺寸优化提供了理论依据. 关键词:过滤数学模型;浸没式中空纤维膜;点通量分布;动量守恒;质量守恒中图分类号: 文献标志码:A 浸没式中空纤维膜组件由于其填料密度高、,沿纤维的点通量不均匀分布是导致其污染加速的主要原因. 因此,近些年来,研究学者为了进一步探索浸没式中空膜污染行为与控制方法,,Carroll等[1]在Hagen—,]在Hagen—Poiseuille方程和标准过滤方程基础上建立起了经典的浸没式中空纤维膜通量分布模型,研究了沿膜丝的流量分布,[3]通过引入反向扩散系数D,表征曝气引起的两相流动对膜表面堆积滤饼颗粒的反向扩散作用,进而研究通量及压差沿膜丝分布状况. 虽然研究学者建立起了多个数学模型,但是这些模型仅是单一的理论推导,—Poiseuille方程应用的局限性,忽视了由跨膜流动引起的膜内流动阻力对局部渗透通量影响,,本文以质量和动量守恒定律为基础,通过修正纤维膜径向跨膜流动对流动阻力影响,,以单位能耗产水率作为目标函数,阐释纤维膜尺寸结构与膜性能相互作用规律,为建立高效、低耗的中空纤维膜组件提供理论依据. 1 数学模型的理论推导浸没式中空纤维膜过滤传递示意图,,(2一L)施加负的抽吸压力,由于膜内流动阻力局部渗透从出口端(z—L)到死端(z—o),基本假设条件如下: (1)纤维膜内流体为稳定层流. (2)纤维膜性质相同,并且规则的均匀分布在收稿日期:2015—03—30 基金项目:国家海洋公益性行业科研专项(201105025);教育部长江学者创新团队发展计划(IRTl3084) 第一作者简介:李贤辉(1986一),男,河北邯郸市人,博士研究生,主要从事中空纤维膜污染机理和膜组件流体力学及优化设计方面的研究.*通讯作者,E_mail:jxli0