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              干货|膜分离过程中出现的浓差极化
              来源:沈阳和升源智能环保科技有限公司 发布时间:2020年08月25日
              浓差极化是指分离过程中,料液中的溶液在压力驱动下透过膜,溶质被截留,引起膜与本体溶液界面或临近膜界面区域的浓度过高的现象。在浓度梯度作用下,溶质又会由膜面向本体溶液扩散,形成边界层,使流体阻力与局部渗透压增加,从而导致溶剂透过通量下降。但在膜分离过程中,无论是反渗透工艺还是正渗透工艺,浓差极化都是常见的现象。

              反渗透中的浓差极化
              反渗透技术是以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。反渗透分离过程中,水分子透过膜后,膜界面中的含盐量增加,形成较高的浓水层,该层与给水水流形成浓度梯度,增加了膜两侧的渗透压,系统的净驱动压减小,从而导致水通量降低。为降低反渗透中的浓差极化,主要的手段是停机进行低压冲洗。在反渗透系统运行一定时间,或开/关机时,采用反渗透产水对系统进行低压冲洗,以确保膜表面的盐浓度与主体浓度一致。在低压冲洗的设计中,应综合考虑浓水的浓度、系统产水量和系统的回收率。

              正渗透中的浓差极化
              正渗透技术是相对与反渗透技术而提出的,是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术,依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程。正渗透工艺中,浓差极化现象包括两种类型:外浓差极化现象和内浓差极化现象。

              外浓差极化现象可分为浓缩型外浓差极化和稀释型外浓差极化。当进料液体流经膜致密层表面,溶质在膜致密层表面富集,这种现象称为浓缩型的外浓差极化。而膜面接触的汲取液被渗透过来的水不断稀释,降低了膜表面的汲取液浓度和渗透压,这称为稀释型的浓差极化。浓缩型的外浓差极化和稀释型的外浓差极化都会降低主体溶液的渗透压差,从而降低渗透过程效率。

              为了降低外浓差极化,可通过增加膜表面流速,增加传质和湍动以减小边界层厚度而减轻外浓差极化的负面作用。此外,也可以通过降低水通量的方法来降低膜表面溶质的浓度变化以减小外浓差极化现象。但一般正渗透通量的水通量较小,靠减小水通量的方法缓解外浓差极化的作用有限。与反渗透相比,正渗透过程的压力较低,因此外浓差极化引起的膜污染也相对较小。

              内浓差极化是正渗透过程中通量降低的主要原因。内浓差极化也可以分为浓缩型内浓差极化和稀释型内浓差极化。如果渗透膜的致密层面向汲取液,当水和溶质在多孔层中扩散,沿着致密皮层的内表面就会生成一层极化层,称为浓缩型内浓差极化。如果渗透膜的致密层面向原溶液,当水渗透过皮层,稀释多孔支撑层中的汲取液,这称为稀释型内浓差极化。内浓差极化会大幅度降低渗透压差,甚至可以降低80%以上的水通量。由于内浓差极化发生在膜的内部,因此改变水利条件无法达到消减内浓差极化的作用。针对内浓差极化现象,减小多孔支撑层的孔径和制备双皮层膜是有效的途径。

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