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6.1两朝向膜片的水通量差异
卷式膜元件的给浓水流道与淡水流道均呈卷式结构,给水从元件给水端径直流向浓水端,淡水沿卷式流道进入淡水中心管,给浓水与淡水两股径流的流向呈十字正交,膜元件截面流道示意如图5所示。
由图5可见,对于某层给浓水径流而言,背向膜的淡水进入内侧淡水流道后的流程较短,淡水背压Pp较小;面向膜的淡水进入外侧淡水流道后的流程较长,淡水背压Pp较大。根据膜过程中产水通量FD与纯驱动压的关系fD=A•{(Pf-Pp)-(πf-πD)}〔1〕,由于给水流道两侧淡水侧渗透压πD相等,给水压力Pf及渗透压πf为特定值,面向膜侧淡水背压较高将导致该侧产水通量较小,背向膜侧淡水背压较低将导致该侧产水通量较大。据此,系统长期运行的效果是面向膜污染较轻及污染物质量较小。
6.2朝向膜片的受压形变差异
系统在线运行时给浓水的工作压力使膜片产生形变。在工作压力作用下,面向膜片呈凹形,承受拉力而使膜面积增大;背向膜呈凸形,承受压力而使膜面积缩小。系统运行时,设形变后膜面积上的污染速度一致,污染物相对质量无异;但离线检测时工作压力消失,两向膜片恢复原有面积,因污染物绝对质量保持不变,面向膜片上污染物相对质量自然增加,而背向膜片上的污染物相对质量必然减少。
如果认为膜片在工作压力作用之下,面向膜的厚度变小,背向膜的厚度变大。由于通量与膜厚度相关,面向膜的相对通量较大,污染速度相对较快,运行积累的污染物质量也就相对较大。
6.3两朝向膜片的表面流态差异
若从元件径向截面观察单层给浓水流道,可近似将其视为一个同心环形通道。给浓水流道的外侧面向膜的湿周大于内侧背向膜,即面向膜表面的阻力大于背向膜,则面向膜表面切向流速小于内侧。如设给浓水流道内外侧的膜通量相等即面向膜与背向膜表面的法向流速相等,则面向膜表面的错流比较低,从而造成面向膜表面的污染重于背向膜。
由于上述三项因素中后两项的作用大于前一项,从而形成了面向膜片的污染重于背向膜片。
7依曲率半径的膜片污染物质量分布
上述不同朝向膜片的污染物质量影响因素中,受压形变与表面流态两因素只影响相向两膜片的污染差异。而产水通量差异的因素不仅影响相向膜片的污染差异,也使与中心管距离不等即曲率半径不等的膜片产生了不同的污染程度。沿膜元件径向位置的膜片污染物质量具体分布如图6所示。
由图6可见,由于靠近中心管相向膜片的产水背压均小于远离中心管相向膜片的产水背压,故前者的产水通量、污染速度及污染程度均大于后者。
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