超声助滤平板膜表面超声强度检测方法研究

摘要

超声波技术引入膜分离工艺能有效抑制浓差极化与膜污染现象，提高膜分离效率。目前，超声助滤膜分离是以固定的工艺参数进行处理，未考虑在循环处理过程中料液性质等因素导致膜表面超声强度变化的问题。膜表面超声强度越大，膜损伤机率越大；膜表面超声强度降低，则会影响助滤效果。因此，既要降低膜损伤机率，延长使用寿命，又要保证超声助滤效果，有必要对膜表面超声强度进行有效控制。但是，现有的超声助滤平板膜分离装置在运行过程中，因装置结构等因素难以直接检测膜表面超声强度，导致膜表面超声强度得不到有效控制。
　　针对超声助滤过程中膜表面超声强度无法直接检测的难点，采用最小二乘支持向量机（LSSVM）软测量方法，在超声波理论分析的基础上，对模型输入变量进行合理选取，建立膜表面超声强度软测量模型，实现对平板膜表面超声强度的检测，真实反映膜表面超声强度的变化趋势。主要工作内容可归纳为以下几个方面：（1）针对现有超声助滤平板膜分离装置膜表面超声强度检测困难的问题，提出一种超声助滤平板膜表面超声强度检测方法；（2）在分析超声波理论与影响超声助滤膜分离效果工艺参数的基础上，选取影响平板膜表面超声强度的主要因素，利用COMSOL Multiphysics（COMSOL）软件对超声场进行仿真分析，验证影响因素选取的合理性；（3）由于贴壁式超声助滤平板膜分离装置的复杂性，无法获取实验数据，设计超声助滤膜分离模拟实验系统，通过增加平板膜移动装置，提高了自动化程度，并减小测量误差；（4）搭建实验平台获取实验数据，建立LSSVM超声助滤平板膜表面超声强度预测模型；（5）通过等效实验，分析了超声助滤膜分离模拟实验系统与平板膜表面超声强度预测模型的可行性。
　　实验结果表明：使用COMSOL软件仿真与超声助滤膜分离模拟实验得出的超声强度变化趋势基本一致；超声助滤过程中，采用LSSVM算法建立的预测模型实现了平板膜表面超声强度的软测量，为控制平板膜表面超声强度提供依据。