【摘要】：超濾膜的完整性將會對出水水質(zhì)造成較大影響,及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測出超濾膜的破損,是保障飲水、用水健康的迫切需求。為了保障出水水質(zhì),必須先保證行而有效的完整性識別方法,然而,目前運(yùn)用的部分完整性識別方法均存在或多或少的缺陷,例如靈敏度不高,無法直接、準(zhǔn)確進(jìn)行完整性判斷,操作復(fù)雜等問題。針對此類問題,本文根據(jù)完整性識別的壓力衰減測試提出了兩種新型的超濾膜完整性識別方法的模型,并探討了不同條件下實(shí)測值與模型預(yù)測值的擬合情況。主要結(jié)論如下:(一)在氣泡形成過程中,其氣室壓力不斷衰減,由氣室壓力的變化情況可以對超濾膜的完整性進(jìn)行識別。本文提出了一種適用于平板膜的可以預(yù)測氣室壓力變化的模型,依據(jù)氣泡在形成過程中的各形態(tài)變化,利用空氣動力學(xué)的方法建立起單個(gè)氣泡形成模型。當(dāng)氣泡不斷連續(xù)生成,就是連續(xù)氣泡形成的模型。并針對不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù),如破損尺寸、氣室體積,施加壓力以及膜上液體高度等參數(shù),根據(jù)控制變量法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及模型計(jì)算,并利用模型評價(jià)指標(biāo)平均絕對百分誤差(MAPE)、均方根誤差(RMSE)及希爾不等系數(shù)(TIC)對模型的預(yù)測情況進(jìn)行了衡量。結(jié)果表明,壓力和壓力衰減率可以作為時(shí)間的函數(shù)發(fā)生變化。壓力及壓力衰減率受施加壓力、氣室體積及破損尺寸的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測數(shù)據(jù)的相似趨勢吻合較好,且在所做實(shí)驗(yàn)組中,當(dāng)施加壓力為60kPa時(shí),模型擬合效果最好。(二)根據(jù)所建立的氣泡形成模型,建立適用于平板超濾膜的破損半徑獲取公式,以初始壓強(qiáng)60kPa,膜上滯止液體高度30mm,氣室體積365.59mL以及實(shí)際破損尺寸為0.358mm為例,擬合的平均半徑為0.376mm,略大于實(shí)際破損孔徑0.358mm,破損尺寸的修正系數(shù)為0.975。并對該破損半徑反算公式進(jìn)行檢測限分析,膜破損孔徑的檢測限為0.0118~11.171μm。檢測限的置信區(qū)間為1.179~7.642μm,檢測限的平均數(shù)為4.155μm,眾數(shù)為3.266μm、中位數(shù)為3.991μm。所以運(yùn)用該模型計(jì)算超濾膜破損半徑時(shí),有31.48%的幾率檢測到3μm大小的超濾膜破損孔。(三)根據(jù)壓力衰減測試,建立起了一種適用于中空纖維膜的膜完整性測試模型,該模型能夠比較容易的預(yù)測膜組件的破損尺寸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在確定的膜破損尺寸下,實(shí)測的通過破損處的氮?dú)饬髁考皦毫λp率與模型預(yù)測數(shù)值的趨勢相似。在膜保持完整的前提下,其流量以及壓力衰減率可以作為時(shí)間的函數(shù)并用公式表達(dá)。在相同的水溫下,在一定的施加壓力范圍內(nèi),氮?dú)饬髁考皦毫λp率與體積相關(guān),而與膜的種類和膜的面積無關(guān),且氮?dú)饬髁颗c破損面積成正比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明,破損尺寸可以作為施加壓力及壓力衰減率的函數(shù)并通過所建立的數(shù)學(xué)模型估算出來,預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果接近。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU991.21;X703
【圖文】：

1 引言氣泡的產(chǎn)生以及生長在諸如污水處理等諸多工業(yè)中均有所涉及，然而以往的研主要將產(chǎn)生氣泡的孔徑集中在 0.3mm 以上，對小孔徑的研究相對較少。Vafaei 等43]研究了微毛細(xì)管管口的氣泡動力學(xué)特性，其實(shí)驗(yàn)中采用內(nèi)徑為 0.11mm 的毛細(xì)，然而，氣泡在管口形成與氣泡在孔平板表面形成的情況不同[52,53]。所以在微孔件下，氣泡形成過程氣室內(nèi)壓力變化及壓力衰減情況需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。本章提出了可用于平板膜，描述微孔孔口氣泡形成及生長過程中氣室內(nèi)壓力變及壓力衰減情況的模型以及用于中空纖維膜，可以超濾膜破損孔徑量化的模型，建立了可視化實(shí)驗(yàn)研究了氣泡生長過程中氣室壓力變化情況。2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法2.1 微孔孔口氣泡形成實(shí)驗(yàn)裝置及方法

壓強(qiáng)時(shí)快速開啟，此時(shí)膜下體積較小的氣室可以迅速達(dá)在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)式（2-1）及式（2-2），由設(shè)計(jì)的壓強(qiáng)值，打開球閥 a 是超濾杯內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到該值后關(guān)閉閥 a強(qiáng)為設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。(P V P V (2V1表示超濾杯內(nèi)壓強(qiáng)（kPa）及超濾杯和連接用軟管體積驗(yàn)設(shè)計(jì)壓強(qiáng)（kPa）及超濾杯、膜下方有機(jī)玻璃氣室及所條件下，使用 Caikon DMM-400D 連接倒置金相顯微鏡對情況下的超濾膜破損尺寸進(jìn)行圖像截取。圖像則采用 im進(jìn)行處理計(jì)算，比例尺則采用的是血球計(jì)數(shù)板在顯微鏡格代表 0.05mm，如圖 2-2 所示，經(jīng)過 image-j 全局比例為 1760pixels/mm。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1.65m2），外殼采用不銹鋼制造。安裝裝置圖如圖 2-3 所示，中空纖維膜用去離子水濕潤 30 分鐘，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中保持溫度在 20±0.5℃。當(dāng)施加壓力大約 0.02MPa 時(shí)，滲透段液體也可能會短暫被排干。壓力的測定采用壓力傳感器。流量的確定則用倒置的滴定管或氣體流量計(jì)。每類實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2749136