【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜，具体涉及一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法。
技术介绍
1、在减少废水排放的目标下，压力延迟渗透技术是一种能一种平衡压力和渗透压，提高废水浓缩倍率的新兴膜法水处理技术，得到广泛关注。通过压力延迟渗透可进一步提高废水浓缩倍率，降低后续化学元素提取和结晶制盐能量消耗。压力延迟渗透由汲取液、进料液和半透膜组成，在汲取液侧施加小于两溶液间渗透压差δπ的压力δp来延缓渗透过程，通过能量回收装置将汲取液侧增加的溶液体积势能转化为电能。
2、浓差极化和较低的水通量是压力延迟渗透工业化应用的主要瓶颈。由于膜活性层表面水分子的透过，汲取液侧边界层浓度低于溶液主体浓度，从而减缓了水分子的透过，此过程为汲取液侧稀释外浓差极化。由于进料液侧水分子被汲取液抽离，在膜的多孔支撑层外形成浓缩型外浓差极化，在膜支撑层内形成浓缩型内浓差极化，上述浓差极化导致膜活性层两侧的有效渗透压差显著降低，水通量大幅度降低，因此，减小膜两侧的浓差极化程度和提高水通量是其工业化应用的重中之重。
3、微纳米气泡由直径为200nm-50μm的微气泡和直径小于200nm的纳米气泡组成。微纳米气泡具有比表面积大、寿命长、高内压、高表面负电荷、高zeta(ζ)电位和强氧化性等优点。本专利技术在压力延迟渗透组件的汲取液中通入一定流量的微纳米气泡，在膜表面形成高剪切力，减小膜两侧的浓差极化程度，降低由于浓差极化导致的传质阻力，有效提高水通量。构建压力延迟渗透过程模型，预测过程水通量，分析传质阻力，解明微纳米气泡强化膜过程机理。本专利
技术实现思路
1、本专利技术针对压力延迟渗透严重浓差极化导致的水通量急剧下降的技术瓶颈问题，采用微纳米气泡强化膜过程，利用微纳米气泡其小尺寸效应带来的寿命长、气泡内压高、溃灭能量大等优点，有效减弱浓差极化，提高水通量，无需添加化学试剂，具有绿色无污染等优点。构建压力延迟渗透过程模型，预测过程水通量，分析传质阻力，有助于解明微纳米气泡强化膜过程机理。
2、本专利技术的技术方案为：
3、1)在压力延迟渗透组件的汲取液中通入一定流量的微纳米气泡，在膜表面形成高剪切力，减弱浓差极化，提高水通量；
4、2)构建压力延迟渗透过程模型，水从进料液侧渗透到汲取液侧，被截留的溶质在支撑层内浓缩，导致浓缩型内浓差极化和浓缩型外浓差极化，渗透压采用范特霍夫理论模型计算，压力延迟渗透水通量由公式(1)计算
5、
6、其中jw为水通量(mol/(m2s))，a为纯水透过常数(lmh/bar)，π为渗透压(bar)，δp为压力(bar)，b为盐透过常数(lmh)，s为结构参数(μm)，k为传质系数，d为扩散系数(m2s)，下标f和d分别为进料液和汲取液，b为主体溶液；
7、当膜两侧有温差时，由公式(2)和(3)计算膜两侧表面温度
8、
9、
10、其中t为温度(k)，h为传热系数(w/m2k)，ρw为水的密度(kg/m3)，cp为水的热容(j/kgk)，下标b为溶液主体，m为膜；
11、当进料液温度升高时，膜的活性层和支撑层的界面温度ti表示为
12、ti＝td，m+δtm (4)
13、其中ti为界面温度(k)，δtm和td，m分别为活性层温度差和汲取液侧膜表面温度(k)，
14、跨膜热通量q(w/m2))表示为
15、
16、其中δsupport和δm分别为支撑层和膜的厚度(m)，λsupport和λm分别为支撑层和膜的导热系数(w/mk)，λsupport和由δtm下列公式计算，
17、λspport＝ελ+(1-ε)λm (6)
18、
19、其中ε为膜支撑层的孔隙率，λ为盐溶液的导热系数(w/mk)；
20、传质系数k表示为，
21、
22、
23、
24、
25、d＝6.725×10-6exp(0.1546×10-3×58.5c-2513/t) (12)
26、其中sh、re和sc分别为舍伍德数、雷诺数和施密特数，u为流速(m/s)，dh为流道水力直径(m)，c为盐度(mol/l)，v为盐溶液的运动粘度(m2/s)，l为流道长度(m)，参数a和b由最小二乘法回归实验数据确定，拟合得到汲取液和进料液的传质系数kd和kf；
27、盐溶液的运动粘度表示为，
28、
29、
30、其中vw为水的运动粘度(m2/s)；
31、传热系数h表示为，
32、nu＝c redpre (15)
33、
34、
35、cp＝4206.8-6.6197c+1.2288×10-2c2+(-1.1262+5.4178×10-2c+2.2719×10-4c2(t-273.15)+(1.2026×10-2-5.3566×10-4c+1.8906×10-6c2)(t-273.15)2+(6.8777×10-7+1.517e-6c-4.4268×10-9c2)(t-273.15)3 (18)
36、
37、
38、其中nu和pr分别为努塞尔和普兰特数，λw为水的导热系数(w/mk)，ρ为盐溶液的密度(kg/m3)，参数c、d和e由最小二乘法回归实验数据确定，拟合得到汲取液和进料液的传热系数hd和hf；
39、膜的传热系数由下式计算
40、
41、当溶液中通入微纳米气泡时，盐溶液的粘度表示为，
42、
43、
44、其中β为持气量，μ为动力粘度(kg/ms)，μ＝ρv，下标mix和g分别为含有微纳米气泡的盐溶液和空气，当持气量为0时，即为未通入微纳米气泡的操作条件；
45、3)以方程(24)为目标函数，约束条件为公式(1)-(23)，采用最小二乘法拟合模型参数a、b、c、d和e，得到预测水通量的过程模型，由公式(25)-(29)计算浓缩外浓差极化cecp、内浓差极化icp、稀释外浓差极化decp和有效渗透压δπeff；
46、
47、cecp＝(πf，m-πf，b)/m (25)
48、icp＝(πi-πf，m)/m (26)
49、decp＝(πd，b-πd，m)/m (27)
50、δπeff＝(πd，m-πi)/m (28)
51、
52、其中error为模型预测误差，i为第i个实验数据，n为实验数据总数，exp和cal分别为实验值和模型预测值，m为传质阻力修正项本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征主要在于：包括以下具体步骤，
2.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征在于：进料液的盐浓度在0.0342mol/L～0.171mol/L，汲取液的盐浓度为0.5mol/L～1mol/L，进料液和汲取液的温度范围在25℃～40℃，进料液和汲取液的流量范围为10L/h～25L/h，汲取液侧压力为4bar～6bar。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征在于：微纳米气泡的平均半径为100nm～1000μm，进气流量为15L/h～45L/h。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征在于：在压力延迟渗透渗透装置的汲取液中通入微纳米气泡，进行连续流处理，从而实现连续强化压力延迟渗透的目的。
【技术特征摘要】
1.一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征主要在于：包括以下具体步骤，
2.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡强化压力延迟渗透及过程传质阻力分析方法，其特征在于：进料液的盐浓度在0.0342mol/l～0.171mol/l，汲取液的盐浓度为0.5mol/l～1mol/l，进料液和汲取液的温度范围在25℃～40℃，进料液和汲取液的流量范围为10l/h～25l/h，汲取液侧压力为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜亚威，戴江波，马立津，李敬德，邓会宁，张少峰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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