【摘 要】
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膜分离技术具有环境友好、耐高温、耐腐蚀和能耗低等优点,广泛应用于浓缩分离、化学提纯、生物除菌和废水处理等领域。然而,膜污染是制约膜分离技术高效应用的主要问题。通过提高膜表面的水力剪切或降低跨膜压差（TMP）等措施可有效应膜污染。然而对于管式陶瓷膜,提高膜面流速必然引起TPM的增大,进而造成膜污染严重。而较低的TMP又会造成过滤效率的下降。此外,传统陶瓷膜对于高固含量、高粘度、高附加值和粒度分布广的
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膜分离技术具有环境友好、耐高温、耐腐蚀和能耗低等优点,广泛应用于浓缩分离、化学提纯、生物除菌和废水处理等领域。然而,膜污染是制约膜分离技术高效应用的主要问题。通过提高膜表面的水力剪切或降低跨膜压差（TMP）等措施可有效应膜污染。然而对于管式陶瓷膜,提高膜面流速必然引起TPM的增大,进而造成膜污染严重。而较低的TMP又会造成过滤效率的下降。此外,传统陶瓷膜对于高固含量、高粘度、高附加值和粒度分布广的物料体系的快速分离、深度浓缩和选择性筛分仍然存在一定的局限。因此,如何解决高膜面流速与高TMP之间的矛盾,实现膜表面的剪切强化,有效减少膜污染,高效处理不同的料液体系,是当前亟需解决的关键问题。碟式陶瓷膜具有碟盘式的外形,内部设计有多个螺旋的通道供渗透液汇集和流出。分离层涂覆在陶瓷膜的外表面,小分子料液透过陶瓷膜的分离层进入螺旋通道,渗透液在中空的中心轴汇集并流出。通过碟式陶瓷膜的高速旋转,在膜表面产生高的流体速度进而产生强剪切作用,形成动态膜过滤。在过滤过程中,膜片转速与TMP分别控制,可实现高膜面流速与低TMP过滤,能够有效促进料液的同质化而削弱浓差极化层,抑制膜表面污染层的快速增长,实现高效过滤。为进一步明确碟式陶瓷膜对不同体系料液的分离性能,实验选取三种具有代表性的料液（高固含量陶瓷悬浮料液、高粘度油水乳化液及多组分脱脂牛奶）,采用碟式陶瓷膜进行过滤、分离和浓缩等处理。研究碟式陶瓷膜在动态膜过滤方式下对不同体系料液的过滤特性、膜分离的过程、膜污染类型和膜清洗方式,探究碟式陶瓷膜在不同体系料液过滤的最佳操作参数、膜污染机制及清洗方式,从而优化碟式陶瓷膜的分离过程,提升其分离性能。得到主要结论如下:（1）使用100 nm碟式陶瓷膜分离固含量为14 wt%的陶瓷悬浮液,在进料液温度20℃、膜转度292 r/min、TMP 0.04 MPa以及气体反冲条件下,稳定膜通量为1200 L/（m~2·h·bar）,截留率可达99.3%。在此基础上进行浓缩,可将悬浮陶瓷料液浓缩至42 wt%,固含量提升2倍。线水力清洗可有效清除滤饼污染,使膜的纯水通量恢复至93%。通过增加碟式陶瓷膜的旋转速度,能够有效降低膜面滤饼层的厚度,提升渗透通量,对高固含量的悬浮料液体系具有很好的适用性,可实现高通量、低污染和持续性分离浓缩。（2）使用100 nm的碟式陶瓷膜处理1500 mg/L的油水乳化液,在进料液温度为30℃、膜转速365 r/min、TMP 0.02 MPa、反冲压力0.6 MPa、反冲周期6 min及反冲时间1.2 s的操作条件下,碟式陶瓷膜的稳定通量达460 L/（m~2·h·bar）,截留率为99%。膜污染类型主要为凝胶层污染和膜孔内污染。通过化学清洗和高温煅烧可有效清除膜污染,使纯水通量恢复至98%。碟式陶瓷膜在高转速和低TMP下,可有效应对液-液分离过程中液滴破裂和变形的特性,降低膜污染系数,提高稳定通量。（3）使用孔径为1.5μm的碟式陶瓷膜对脱脂牛奶进行分离除菌,当进料温度30℃、TMP 0.04 MPa及转速365 r/min时,能够对细菌进行有效截留,稳定膜通量可达350 L/（m~2·h·bar）,蛋白质整体透过率大于95%。高转速产生的膜面剪切可以减小浓差极化层和凝胶层污染,提高初始通量,促进选择性筛分的有效进行,保证小分子溶质通过而大颗粒的细菌被截留。（4）碟式陶瓷膜及动态膜过滤方式具有膜面流速大、TMP小、能耗低、设备结构简单和易于拆装等优点,可对固-液体系、液-液体系和胶体体系进行有效分离处理。
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