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超声波清洗膜污染技术研究

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-04-25 09:56【
近年来,膜分离技术取得了巨大的发展,应用越来越广泛。其主要应用于化工、电子、轻工、医药、环保、农业、食品等行业,膜分离技术正在成为解决能源、资源和环境问题的重要技术和可持续发展的技术基础。然而,由于膜的选择性作用,在膜分离过程中形成的膜污染是制约膜技术广泛应用的主要因素,膜清洗是延长膜寿命的有效方式。目前,工程上常用的膜清洗方法主要有物理清洗、化学清洗和生物清洗技术。物理清洗技术指利用高流速的水或空气和水的混合流体冲洗膜表面,化学清洗指在水流
中加入某种合适的化学试剂,生物清洗指借助微生物、酶等生物活性剂的生物活动去除膜污染物质。利用超声波清洗膜污染技术是新发展起来的膜清洗方法,超声波清洗能作用到其他的清洗方法不能清洗到的死角、空隙,对膜清洗技术的发展具有一定的意义。

1 超声波技术
超声波是一种频率超出人类听觉范围,20kHz以上的声波,依靠弹性介质传播。超声波在介质中传播时,能够引起一系列的超声效应,主要包括以下几种效应:
( 1) 能够引起质点交替压缩与伸张,构成压力变化的振动,并且质点振动的加速度与超声频率的平方成正比的机械效应;
( 2) 超声能量入射物质后,部分超声能量转换成热能的热效应;
( 3) 功率超声在液体介质中引起微小气泡振动、膨胀、闭合、崩溃等一系列动力学过程的空化效应;
( 4) 空化效应引发的热解和自由基效应;
( 5) 超声入射两种不同声阻抗的介质界面时,动量发生变化,引起介质粒子移动或转动的声流效应;
( 6) 超声波作用可加速质量传递作用,从而提高生化反应速度的传质效应;
( 7) 超声波作用会引起生物组织结合状态改变的触变效应。

2 超声波清洗膜污染技术
2. 1 清洗机理
将超声波用于清洗的研究和应用已有几十年的历史。超声波清洗技术属于物理力清洗技术,其装置一般主要由清洗缸、换能器、超声波发生器三部分组成。超声波发生器将交流电源转换成(16~68)kHZ甚至高达1000kHZ的超声波频率电源,通过电缆将电源输送给换能器,换能器将电能转换为同频机械振动能,并传递到清洗缸中,使清洗液中形成来回振动的超声波声场。研究证明,超声波清洗技术与其它清洗技术相比,具有洗净率高、残留物少,清洗时间短,清洗效果好的优点。

2. 2 技术应用研究
由于超声波清洗技术的优势,国内外学者对其应用在清洗膜污染过程中进行了研究,主要包括超声波与物理清洗相结合,超声波与化学清洗相结合,超声波与物理、化学清洗相结合的方式,均表明超声波清洗膜污染技术可以提高膜清洗效率,对膜污染的去除效果更好,具有一定的可行性。

3 展望
虽然已经证明超声波结合其他清洗方式清洗膜污染是一种高效的膜清洗方法,但是国内外学者对于超声波清洗膜污染技术的研究大多还处于实验室阶段,如何将其应用于工程化规模的膜清洗中仍然需要大量的研究工作,其主要方向包括:(1)由于超声波清洗机理较为复杂,其对膜本身性能的影响还不是十分明确,因此需要进一步详细验证超声波对不同膜材料与结构的影响,进而确定适宜的超声波声场参数作为超声波清洗条件;(2)如今膜分离技术在线控制过滤清洗等已经十分成熟,如何将超声波清洗与其他清洗技术相结合,并实现在线自动清洗成为研究的重点。