電阻抗成像原位在線監(jiān)測(cè)超濾膜污染行為研究

孫敏，賈輝，秦卿雯，王琦，郭子楠，羅艷茹，王捷

（1 天津工業(yè)大學(xué)分離膜與膜過(guò)程省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387； 2 天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387； 3 天津市水質(zhì)安全評(píng)價(jià)與保障技術(shù)工程中心，天津 300387； 4 天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387； 5 天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津 300387）

引 言

膜分離工藝在水處理中的應(yīng)用受到膜污染的限制，膜污染會(huì)導(dǎo)致膜滲透性降低[1]，因?yàn)椴牧蠒?huì)隨著時(shí)間的推移在膜表面和孔內(nèi)積累。膜污染導(dǎo)致更高的跨膜壓力、頻繁化學(xué)清洗以及縮短膜使用壽命相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本增加[2?3]。因此，快速、直觀獲取膜污染的相關(guān)信息十分必要。

當(dāng)前在膜污染監(jiān)測(cè)方面，可視化觀測(cè)技術(shù)由于其直觀、快捷的特點(diǎn)被應(yīng)用于膜污染成因分析、膜系統(tǒng)問題診斷以及運(yùn)行與決策等領(lǐng)域。掃描電子顯微鏡(SEM)[4?5]、原子力顯微鏡(AFM)[6?7]和共聚焦掃描激光顯微鏡(CSLM)[8?9]已廣泛用于研究膜面污垢形態(tài)，但以上方法需要中斷膜過(guò)濾將膜取出再進(jìn)行檢測(cè)，且會(huì)對(duì)膜面原位形貌產(chǎn)生一定程度的破壞。Li 等[10]通過(guò)直接觀察(DOTM)技術(shù)可視化錯(cuò)流模塊中平板膜上的結(jié)垢，觀察反沖洗沉淀和酵母菌結(jié)垢；Gao 等[11]將光學(xué)相干斷層掃描(OCT)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的膜過(guò)濾系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)結(jié)構(gòu)成像觀察污垢層的生長(zhǎng)情況；Hammer等[12]將核磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于原位監(jiān)測(cè)中空纖維膜的污染過(guò)程，實(shí)時(shí)觀測(cè)到膜過(guò)濾過(guò)程中的濃差極化、濾餅層的形成等動(dòng)態(tài)過(guò)程。Azizighannad 等[13]提出了拉曼化學(xué)成像技術(shù)在識(shí)別和區(qū)分膜表面污染的無(wú)機(jī)鹽中的應(yīng)用，研究了膜蒸餾法對(duì)脫鹽過(guò)程中聚四氟乙烯膜的污染，并通過(guò)拉曼成像技術(shù)繪制了膜表面CaSO4、BaSO4和CaCO3的分布圖。但由于SEM、AFM、CLSM 等方法需要將膜取出進(jìn)行檢測(cè)，僅在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后才能進(jìn)行，無(wú)法獲取膜過(guò)濾期間的污染變化過(guò)程。在線的DOTM 和OCT 技術(shù)需要透明的觀察窗，對(duì)操作壓力有要求，核磁共振成像技術(shù)成本較高，拉曼成像主要用于監(jiān)測(cè)無(wú)機(jī)鹽離子，需要開發(fā)一種原位、在線、應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉的可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)。

電阻抗成像(EIT)是一種視覺測(cè)量技術(shù)，可以直觀顯示被測(cè)區(qū)域的電導(dǎo)率分布，而不會(huì)破壞被測(cè)區(qū)域[14]。近年來(lái)，EIT得到了廣泛的應(yīng)用。在臨床醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域，包括乳腺癌檢測(cè)和成像[15]，大腦[16]和腹部器官的功能成像[17]等；在工業(yè)領(lǐng)域，監(jiān)測(cè)水泥基材料的含水情況[18]；該技術(shù)還應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，孫國(guó)中等[19]基于EIT 的土壤電阻抗成像(SEIT)系統(tǒng)，檢測(cè)土壤水分鹽分的空間分布。且隨著EIT 技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者將其應(yīng)用于水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，劉宗毓[20]將卡爾曼濾波算法加入水質(zhì)監(jiān)測(cè)的EIT 動(dòng)態(tài)成像方法中，并根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)空間狀態(tài)模型對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)；竇唱[21]設(shè)計(jì)了用于膜完整性檢測(cè)的傳感器陣列，分別對(duì)湖水和生活污水實(shí)驗(yàn)中的滲透液進(jìn)行邊界電壓采集并完成數(shù)據(jù)集劃分，初次奠定EIT 在膜領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)。與其他斷層掃描技術(shù)相比，EIT 具有多種優(yōu)勢(shì)，例如便攜性、安全性、低成本、非侵入性和快速響應(yīng)[22]。因此，它可以提供一種新穎的成像解決方案[23]。

盡管有一些關(guān)于不同種類樣品的電阻抗成像的報(bào)道，但該技術(shù)尚未應(yīng)用于膜污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。本研究將EIT 設(shè)備與膜過(guò)濾系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)掃描過(guò)濾過(guò)程中形成的污垢層，并獲得一系列EIT 圖像。通過(guò)施加激勵(lì)電流，分析響應(yīng)電壓，重構(gòu)被測(cè)物內(nèi)部截面電導(dǎo)率分布圖，可以實(shí)現(xiàn)污垢層生長(zhǎng)的可視化。然后在不同的污染時(shí)間條件下獲得了一系列污染層EIT 圖像作為過(guò)濾時(shí)間的函數(shù)，對(duì)采集的平均電壓進(jìn)行分析得到不同過(guò)濾條件、不同過(guò)濾時(shí)間下污染情況的半定量化信息，并且通過(guò)三維曲面圖可獲取當(dāng)前過(guò)濾環(huán)境下信號(hào)采集特點(diǎn)。根據(jù)距離膜不同截面的三維曲面圖可以得到膜污染層生長(zhǎng)情況方面的信息，為進(jìn)一步半定量化污染層厚度奠定基礎(chǔ)。采用EIT 對(duì)沉積在膜面的污染層進(jìn)行成像分析，以研究EIT 在研究膜污染形成的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及材料

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。在過(guò)濾實(shí)驗(yàn)中，將一定量高活性酵母(安琪酵母股份有限公司)或高嶺土(阿拉丁股份有限公司)溶于10 mmol/L 的NaCl(天津市風(fēng)船試劑科技有限公司)溶液中，配制成濃度為2 g/L的過(guò)濾溶液，混合溶液中酵母與高嶺土濃度也均為2 g/L。采用的超濾（UF）膜為聚偏氟乙烯膜(PVDF，中科瑞陽(yáng)膜技術(shù)有限公司)，型號(hào)為UF100，標(biāo)稱截留分子質(zhì)量100 kDa。使用壓力傳感器(MIK?PX300，杭州美控自動(dòng)化科技有限公司)傳輸跨膜壓差(TMP)的變化值，記錄在無(wú)紙記錄儀(MIK?R9600，杭州美控自動(dòng)化科技有限公司)上，通過(guò)蠕動(dòng)泵(BT100?2J，蘭格恒流泵有限公司)來(lái)調(diào)節(jié)錯(cuò)流速度。所有過(guò)濾實(shí)驗(yàn)均在自行開發(fā)的錯(cuò)流過(guò)濾池中進(jìn)行。過(guò)濾池有兩個(gè)小室，進(jìn)水側(cè)小室側(cè)面布有16個(gè)電極陣列(材料為銅)，電極均勻分布在半徑為2 cm 的圓上，電極半徑為0.1 cm，長(zhǎng)4.0 cm，有效膜面積為28.26 cm2，過(guò)濾池連接有進(jìn)料罐和壓力傳感器。連續(xù)滲透通量數(shù)據(jù)使用連接到計(jì)算機(jī)的電子天平(UX2200H，日本島津公司)每60 s 記錄一次。所有過(guò)濾實(shí)驗(yàn)在室溫(25℃±1℃)下進(jìn)行。在每次過(guò)濾測(cè)試中均使用原始膜，新膜在使用之前在超純水中浸泡4 h。在污染物結(jié)垢過(guò)濾之前，用超純水進(jìn)行過(guò)濾，直至達(dá)到穩(wěn)定的通量。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖(a)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖;(b)EIT評(píng)價(jià)池分解圖;(c)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物連接圖1—計(jì)算機(jī);2—滲透液罐;3—電子天平;4—圖像處理系統(tǒng);5—蠕動(dòng)泵;6—壓力傳感器;7—無(wú)紙記錄儀;8—評(píng)價(jià)池;9—數(shù)據(jù)采集與處理單元;10—蠕動(dòng)泵;11—進(jìn)料液罐Fig.1 Schematic diagram of experimental device(a)Schematic diagram of experimental device;(b)Exploded diagram of EIT evaluation pool;(c)The experimental device1—computer;2—permeate tank;3—electronic balance;4—image processing system;5—peristaltic pump;6—pressure sensor;7—paperless recorder;8—evaluation pool;9—data acquisition and processing unit;10—peristaltic pump;11—feed solution tank

在運(yùn)行初始階段，開展3次電阻抗成像的測(cè)量，在圖像處理系統(tǒng)(圖像分辨率512×512)上發(fā)布信號(hào)采集指令，隨后數(shù)據(jù)采集與處理單元開始發(fā)出激勵(lì)電流(設(shè)置系統(tǒng)的電流激勵(lì)頻率為10 kHz，強(qiáng)度為5 mA)，采集響應(yīng)電壓，重復(fù)進(jìn)行3次。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與理論

1.2.1 膜滲透通量性能測(cè)試 膜滲透通量和截留性能測(cè)試采用錯(cuò)流平板膜裝置，水溫校正為25℃，膜有效過(guò)濾面積28.26 cm2。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，穩(wěn)定狀態(tài)下的任意時(shí)刻滲透通量用式(1)表達(dá)[24]。

膜污染一般用膜過(guò)濾過(guò)程中污染阻力來(lái)表征，根據(jù)達(dá)西定律[25?26]

1.2.2 EIT 原理 EIT 技術(shù)基本原理是在被測(cè)物體表面施加一個(gè)激勵(lì)電流(信號(hào))，同時(shí)測(cè)量被測(cè)物體表面的電壓(信號(hào))，然后利用特定的成像算法重新組織被測(cè)物體表面的電壓(信號(hào))。本文在測(cè)量階段采用“相鄰激勵(lì)?相鄰測(cè)量”的數(shù)據(jù)采集模式[27]，陣列阻抗測(cè)量以電學(xué)測(cè)量理論為基礎(chǔ)，同一頻率的激勵(lì)電流下測(cè)得的邊界電壓信息由敏感場(chǎng)內(nèi)部電導(dǎo)率σ分布唯一確定[28]：

在局部點(diǎn)σ0處進(jìn)行泰勒展開并進(jìn)行局部線性化后，對(duì)其離散化處理得到靈敏度矩陣[H(σ)]，稱為場(chǎng)靈敏度函數(shù)。

電導(dǎo)G、電導(dǎo)率σ及電阻抗Z關(guān)系為

將式(7)代入式(4)可得

因此，傳感器陣列采集的邊界電壓信息可以有效反映被測(cè)物體場(chǎng)區(qū)界面的電導(dǎo)特性[29]，故能體現(xiàn)膜面阻抗及污染分布。

EIT 具體測(cè)量原理如圖2 所示。將低強(qiáng)度交變電流從相鄰電極對(duì)注入敏感場(chǎng)，并在其他相鄰電極對(duì)上測(cè)量邊界電壓[30]，然后切換到下一個(gè)相鄰的電極對(duì)進(jìn)行激勵(lì)，測(cè)量其他相鄰的非激勵(lì)電極對(duì)上的電壓。一周期結(jié)束，可得到16×(16?3)=208 個(gè)電壓數(shù)據(jù)[31]；膜過(guò)濾初期T0測(cè)得的電壓值為空?qǐng)鰯?shù)據(jù)U0，過(guò)濾一定時(shí)間T1時(shí)測(cè)得的電壓值為物場(chǎng)數(shù)據(jù)U1，將兩組邊界電壓值相減（ΔU=U1?U0），根據(jù)式(3)的場(chǎng)靈敏度函數(shù)，通過(guò)共軛梯度算法重建圖像[32]，得到T0～T1期間膜污染變化圖像。

圖2 EIT膜污染檢測(cè)原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of the principle of EIT to monitor membrane fouling

在膜過(guò)濾過(guò)程中，隨著過(guò)濾時(shí)間的增長(zhǎng)，膜表面會(huì)形成濾餅層，導(dǎo)致測(cè)得的滲透液中的電導(dǎo)率發(fā)生變化，由式(4)可知采集的邊界電壓也會(huì)相應(yīng)變化，由于電極陣列是在線測(cè)量，為了避免單次測(cè)量隨機(jī)誤差對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響，本研究使用循環(huán)測(cè)量一周期的電壓值計(jì)算得到的平均電壓來(lái)確定不同厚度濾餅層條件下的電導(dǎo)率變化。

Wang 等[33]使用電學(xué)傳感器陣列采集滲透液的邊界電壓信息，對(duì)膜組件完整性進(jìn)行檢測(cè)，本實(shí)驗(yàn)在成像程序中采用差值成像可得到此時(shí)間段內(nèi)由于膜面發(fā)生污染導(dǎo)致的邊界電壓變化，從而判斷濾餅層生長(zhǎng)情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 膜污染的雙變量相關(guān)性分析

在UF 膜污染原位監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)滲透通量J與測(cè)得的平均電壓Uˉ之間存在著較強(qiáng)的相關(guān)性，將固定時(shí)間結(jié)點(diǎn)測(cè)得的J及Uˉ作為雙變量，探究UF 膜污染過(guò)程中的膜阻力與平均電壓間的線性相關(guān)性。對(duì)于皮爾森相關(guān)(Pearson correlation)，兩變量間的差異為顯著，常記為p≤0.05；如果p≤0.01，則認(rèn)為兩變量間的差異為非常顯著[34]。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：J及Uˉ滿足較強(qiáng)的相關(guān)性(R=0.805，p＜0.01)，且效果非常顯著（圖3）。

圖3 滲透通量與平均電壓相關(guān)性Fig.3 Correlation between flux and average voltage

2.2 污染物對(duì)濾餅層結(jié)構(gòu)的影響

在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的UF 膜過(guò)濾裝置中開展無(wú)錯(cuò)流實(shí)驗(yàn)，以兩種典型污染物酵母及高嶺土為過(guò)濾溶液來(lái)研究單一及復(fù)合污染物對(duì)超濾膜污染的影響。圖4 為180 min 內(nèi)不同過(guò)濾溶液比通量、平均電壓、EIT 圖像隨過(guò)濾時(shí)間的變化，圖5 為180 min 內(nèi)酵母溶液、高嶺土溶液、酵母及高嶺土混合溶液在膜表面上方不同距離三個(gè)截面的三維曲面圖。

圖4 180 min內(nèi)酵母溶液(a)、高嶺土溶液(b)、酵母和高嶺土混合溶液(c)比通量、平均電壓、EIT圖隨過(guò)濾時(shí)間的變化Fig.4 Specific flux,average voltage,EIT image chart changes of yeast solution(a),kaolin solution(b),yeast and kaolin mixture solution(c)with filtration time within 180 min

由圖4 可知，過(guò)濾溶液為酵母時(shí)，60 min 比通量下降了83%，180 min 后下降了93%；過(guò)濾溶液為高嶺土?xí)r，60 min 比通量下降了44%，180 min 后下降了64%；過(guò)濾溶液為酵母與高嶺土混合溶液時(shí)，60 min比通量下降了64%，180 min后下降了85%，混合溶液比通量居于酵母與高嶺土單一溶液之間。膜過(guò)濾過(guò)程可分為3個(gè)階段：(1)膜孔堵塞；(2)濾餅層形成；(3)濾餅層堵塞/濾餅層壓實(shí)過(guò)程[35]。膜污染會(huì)導(dǎo)致滲透通量和傳質(zhì)效率隨時(shí)間降低。酵母分子的長(zhǎng)度通常達(dá)到幾到幾十微米，高嶺土膠體粒徑不到2 μm，而UF 膜的孔徑僅約為50 nm，故在過(guò)濾過(guò)程中，污染物在膜面發(fā)生堆積，形成濾餅層；隨著過(guò)濾時(shí)間增長(zhǎng)，濾餅層開始發(fā)生壓實(shí)。整體來(lái)說(shuō)，酵母分子大于高嶺土膠體，在相同時(shí)間內(nèi)，酵母在膜面的堆積多于高嶺土，酵母溶液產(chǎn)生的膜污染最為嚴(yán)重，酵母與高嶺土混合溶液次之，高嶺土溶液最輕微。不同過(guò)濾溶液中平均電壓變化趨勢(shì)與通量幾乎一致，通量下降快時(shí)，平均電壓下降幅度也增大，故在進(jìn)行EIT 測(cè)試時(shí)可以對(duì)膜污染進(jìn)程采取半定量化的判定。由不同階段的EIT 圖可得：酵母溶液在10～60 min階段膜污染增長(zhǎng)嚴(yán)重，酵母與高嶺土混合溶液也類似，但高嶺土溶液在60～180 min 階段膜污染增長(zhǎng)嚴(yán)重。通過(guò)EIT 圖可直觀顯示不同時(shí)間段膜污染分布特征及污染程度。

對(duì)比圖5(a)～(c)，0～10 min 時(shí)，酵母及酵母與高嶺土混合溶液在10 μm 處產(chǎn)生的信號(hào)較強(qiáng)，而高嶺土溶液較弱，說(shuō)明此時(shí)間段內(nèi)高嶺土溶液產(chǎn)生的污染較輕微；10～60 min 時(shí)，酵母及酵母與高嶺土混合溶液在30 μm 處產(chǎn)生的信號(hào)仍能觀察到，酵母溶液的更強(qiáng)一些，說(shuō)明其濾餅層生長(zhǎng)在20～30 μm 之間，但高嶺土溶液僅在20 μm 處觀察到，說(shuō)明此時(shí)高嶺土溶液生長(zhǎng)的污染層較其他兩種更薄，約10～20 μm；60～180 min 時(shí)，酵母及高嶺土溶液在30 μm處產(chǎn)生的信號(hào)仍較強(qiáng)，但混合溶液僅能在20 μm處觀察到，說(shuō)明混合溶液濾餅層生長(zhǎng)在10～20 μm之間，而酵母、高嶺土溶液濾餅層生長(zhǎng)在20～30 μm之間。

圖5 180 min內(nèi)酵母溶液、高嶺土溶液、酵母及高嶺土混合溶液在不同成像截面的三維曲面圖Fig.5 Three?dimensional surface diagrams of yeast solution,kaolin solution,yeast and kaolin mixture solution in different imaging sections within 180 min

2.3 錯(cuò)流沖洗速度對(duì)膜污染的影響

以兩種典型污染物酵母及高嶺土為過(guò)濾溶液，來(lái)研究不同錯(cuò)流速度下單一及混合污染物對(duì)UF 膜污染的影響。圖6～圖8 是過(guò)濾溶液分別為酵母、高嶺土、酵母與高嶺土混合溶液時(shí)，錯(cuò)流速度為0.1 及0.2 m/s，180 min內(nèi)的比通量、平均電壓及EIT圖。

由圖6～圖8同溶液不同錯(cuò)流速度下通量變化可知：過(guò)濾溶液為酵母時(shí)，0～180 min 內(nèi)，錯(cuò)流速度從0.1 增加至0.2 m/s，膜通量下降幅度變化較小，但從EIT 圖可以看出隨著錯(cuò)流速度增大，污染有減輕的趨勢(shì)，可能是由于當(dāng)膜面被酵母污染物覆蓋之后，錯(cuò)流對(duì)膜表面進(jìn)行了沖刷，但膜近表面仍附著污染層，故通量變化不大，但EIT 圖上顯示錯(cuò)流對(duì)膜面污染有明顯的沖洗作用，但對(duì)于膜通量的緩解作用很微小；過(guò)濾溶液為高嶺土?xí)r，前60 min 內(nèi)隨著錯(cuò)流速度增大，比通量下降緩慢，但60 min 后錯(cuò)流速度為0.1 與0.2 m/s 時(shí)比通量變化趨勢(shì)相當(dāng)，可能是由于過(guò)濾初期高嶺土形成的濾餅層較為薄且松散，被沖刷部分后對(duì)膜通量下降有緩解作用，但后期膜表面累積的污染層變厚變實(shí)，錯(cuò)流沖洗掉的外層部分對(duì)于膜通量幾乎沒有緩解作用；過(guò)濾溶液為高嶺土與酵母混合物時(shí)，膜污染情況與高嶺土為過(guò)濾溶液時(shí)相似。由于大體積的酵母形成的污染層較厚，故在經(jīng)過(guò)錯(cuò)流沖洗后，從EIT 圖可看出酵母溶液造成的膜污染分布不均勻，而高嶺土溶液造成的膜污染最為均勻，混合溶液形成的污染分布居于兩者之間。

由圖6～圖8同溶液不同錯(cuò)流速度下平均電壓變化可知：總體而言平均電壓呈下降趨勢(shì)，因?yàn)殡S著膜面濾餅層厚度增加，造成膜面電導(dǎo)率升高，使測(cè)得的平均電壓下降，且通量下降快的時(shí)間段平均電壓也下降得快；由電壓數(shù)據(jù)重構(gòu)的EIT 圖像可以進(jìn)一步區(qū)分膜污染分布的變化。綜合比通量、平均電壓及EIT 圖像，可知在溶液濃度為2 g/L 條件下，錯(cuò)流速度為0.1 或0.2 m/s 對(duì)于比通量的變化幾乎沒有影響，但從EIT 圖中能看出錯(cuò)流速度增大，膜面污染分布減小，說(shuō)明EIT 圖結(jié)合通量能更準(zhǔn)確判斷膜面污染分布情況。

圖6 酵母溶液在錯(cuò)流速度為0.1 m/s(a)和0.2 m/s(b)時(shí)180 min內(nèi)通量變化、平均電壓變化及EIT圖Fig.6 The flux change,average voltage change and EIT image of the yeast solution at a cross?flow velocity of 0.1 m/s(a)and 0.2 m/s(b)within 180 min

圖7 高嶺土溶液在錯(cuò)流速度為0.1 m/s(a)和0.2 m/s(b)時(shí)180 min內(nèi)通量變化、平均電壓變化及EIT圖Fig.7 The flux change,average voltage change and EIT image of the kaolin solution at a cross?flow velocity of 0.1 m/s(a)and 0.2 m/s(b)within 180 min

圖8 酵母及高嶺土混合溶液在錯(cuò)流速度為0.1 m/s(a)和0.2 m/s(b)時(shí)180 min內(nèi)通量變化、平均電壓變化及EIT圖Fig.8 The flux change,average voltage change and EIT image of the yeast and kaolin mixed solution at a cross?flow velocity of 0.1 m/s(a)and 0.2 m/s(b)within 180 min

3 結(jié) 論

（1）EIT 結(jié)合通量能夠有效監(jiān)測(cè)平板UF 膜污染，通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)過(guò)濾過(guò)程中形成的EIT 圖，實(shí)現(xiàn)了污垢層生長(zhǎng)的可視化，并為膜厚度的判斷提供有效途徑，為原位、實(shí)時(shí)、無(wú)損的膜污染檢測(cè)提供了可實(shí)用的技術(shù)。

（2）在無(wú)錯(cuò)流情況下，對(duì)比酵母、高嶺土及酵母與高嶺土混合溶液，比通量下降程度不同，其中酵母的下降程度最大，造成的污染最嚴(yán)重，EIT 圖也直觀顯示酵母造成的膜污染最嚴(yán)重，高嶺土最低，而酵母與高嶺土混合溶液造成的膜污染居中；在0～10及10～60 min 內(nèi)，酵母及酵母與高嶺土混合溶液產(chǎn)生的污染層更厚，而60～180 min 時(shí)，高嶺土產(chǎn)生的污染層更厚。

（3）在不同錯(cuò)流速度下，從EIT 圖可看出酵母溶液造成的膜污染分布不均勻，高嶺土溶液造成的膜污染最為均勻，混合溶液形成的污染分布居于兩者之間；且錯(cuò)流速度增大，膜面污染分布減小，說(shuō)明EIT 監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合通量能更準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地判斷膜面污染分布情況。

符 號(hào) 說(shuō) 明

A——膜的有效過(guò)濾面積，m2

J——滲透通量，L/(m2·h)

L——距離，m

ΔP——凈推動(dòng)力，Pa

Rt——過(guò)濾阻力，m?1

S——面積，m2

t——滲透時(shí)間，h

U——邊界電壓值，V

Uˉ——平均電壓，V

ΔU——污染前后邊界電壓變化，V

V——滲透液體積，L

vi——第i次測(cè)量得到的電壓值，V

μ——濾液黏度，Pa·s

Δσ——膜污染變化的電導(dǎo)率分布，S/m