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1、介電電泳(Dielectrophoresis, DEP):

    指位于非勻稱電場的中性微粒,由于介電極化的作用而產生位移運動的現象。因任何物質都有一定的介電特性,即使本身不帶電、在外加電場作用下也會不同程度地電(偶)極化,產生在微粒上的偶極矩可以用兩個相同帶電量但極性相反的電荷來表示,當它們在微粒界面上不對稱分布時,產生一個宏觀的偶極矩。當這個偶極矩位于不勻稱電場中,在微粒兩邊的局部電場強度的不同使得一個凈力產生,這個凈力被稱為介電電泳力。

    介電電泳力的大小取決于懸浮微粒的大小、懸浮微粒介電能力和懸浮媒介的電特性(介電常數和電導率)、電場強度和頻率等參數,與電泳或其他現代分離方法相比較,介電電泳除了具備高選擇性的精細識別分離能力外,還可用來對粒子進行捕獲、富集、及搭建處理。

    介電電泳與分離膜的結合應用是這一領域的重大突破,將介電電泳技術與膜過濾技術結合應用,可以克服膜分離技術的不足,充分發揮介電電泳和膜分離技術的雙重優勢。

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DEP鏈效應

    微納米粒子在不勻稱的電場介質中被表面極化,因介電常數、電導率或體積、密度接近,形成鏈狀排列。

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微納米粒子在不勻稱的電場介質中被表面極化成鏈,體積增大。

DEP電滲效應


    DEP在介質中可以產生電滲效應帶電表面和反離子構成雙電層。當電場加在流體上時,雙電荷的凈電荷被庫侖力驅動而移動。這種流動即電滲流。

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DEP介質中施加電場產生的電滲流而的微混合

DEP熱效應

    DEP在介質中施加電場時,電極表面涂層會因介質電導率和電源參數設置的不同而產生不等的熱效應。

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DEP電極在電場介質中的熱效應

DEP紊流效應

    DEP在電介質中,由電極結構、極化、熱效應、而產生更多的紊流。

blob.pngDEP電極在電場介質中形成的紊流

DEP高頻效應

    DEP在對電介質施加的極化電場中,輸出400KHZ以上的高頻,在電極表面涂層作用下進一步放大高頻的覆、蓋梯度。

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DEP電極在電場介質中的頻率梯度

介電電泳與分離膜的結合

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分離膜應用中的主要問題

1、膜表面的堵塞污染

2、膜表面的濃差極化

3、曝氣沖刷能耗和工藝限制

4、污染物濃度適應范圍小,預處理工藝長

5、膜表面的微生物附著污染

介電電泳與分離膜結合的作用

1、膜表面的堵塞污染

    分離膜在使用中會因各種不同性質和大小的顆粒物堵塞膜孔,造成膜通量下降,縮短清洗周期和膜的使用壽命。

    借助DEP電場極化的鏈效應,可以使堵塞膜孔的微納米顆粒物極化成鏈,使體積增大為無法堵塞膜孔,體積的增大使表面增大,在電泳力的作用下可以迅速推離膜表面。從而大幅度降低膜污染,提高了膜的恒定通量,使清洗周期和膜使用壽命延長。

2、膜表面的濃差極化

    由于分離膜在過濾過程中的攔截作用,會導致未能通過膜孔的物質聚集,在膜表面形成濃差極化,阻擋了水分子的運動,使膜通量下降,嚴重時高濃度離子會結垢,導致膜的報廢。

    在DEP的電滲效應、熱效應和紊流效應的作用下,會極大降低膜表面的濃差極化,三種效應的更多的紊流產生的剪切力,在增加膜的水分子透過量的同時,紊流擾動降低了濃差極化現象。

3、曝氣沖刷能耗和工藝限制

    為防止膜表面的堵塞和濃差極化,水處理分離膜均使用曝氣沖刷和擾動膜表面,這不但限制了抹在厭氧工藝中的應用,也大大增加了膜系統的運行能耗,即使在好氧工藝中使用也會因過大的氧氣量影響工藝。

    在DEP的多重效應作用下,膜元件具備一定的自清潔能力,在交流電場的覆蓋下的膜表面可以不使用曝氣沖刷,不但大幅度降低了運行成本,還可以在厭氧工藝中使用。

4、污染物濃度適應范圍小,預處理工藝長

    常規條件下膜系統需要進行一系列的預處理工藝,占地和投資及能耗增加,一定程度的增加了投資和運行成本。

    DEP膜過濾具備較強的自清潔能力,污染物適應濃度增強,避免分置化布置的設施投資,大大簡化了預處理工藝的使用,從而減少了投資成本和運行成本。

5、膜表面的微生物附著污染

    分離膜在污水中長期使用,會產生微生物的附著和繁衍,造成膜的表面污染,需要定期的化學清洗和殺菌,化學清洗會對膜表面產生一定程度的損傷,既影響了膜的使用效率,增加了使用成本,也大大縮短了膜的使用壽命。

    DEP的高頻效應可以殺死附著在膜表面的微生物,可以防止微生物附著在膜表面,這一作用可以使膜的清洗周期延長數倍,大幅度減少了清洗次數,和降低清洗藥劑成本,提高膜的使用壽命。

DEP與分離膜技術的結合意義

    通過DEP技術與膜分離技術的結合,提高了膜元件的過濾效率;膜的產水量;膜的抗污染能力。膜的工藝占地減小;投資成本下降;運行能耗降低60%。清洗周期延長數倍甚至數十倍;產水質量提高。可以實現好氧、厭氧工藝中一體化使用,可以使用虹吸產水方式,進一步減低運行成本。

    DEP原理的結合應用,使膜分離元件的各項性能得到大幅度提高,使得以往很多困擾膜應用的問題得到解決,必將成為替代曝氣清潔的主流技術。


解決方案

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