正渗透工艺在苦咸水处理和城市再生水深度处理中的应用研究

发布时间：2017-12-22 23:36

本文关键词：正渗透工艺在苦咸水处理和城市再生水深度处理中的应用研究　出处：《山东大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：正渗透(Forward Osmosis, FO)利用选择性半透膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,使纯水从浓度较低的原料液(Feed Solution, FS)一侧通过膜自发地扩散至水高浓度的驱动液(Draw Solution, DS)中。作为一种低能耗、低污染和高回收率的绿色膜分离技术,正渗透技术可广泛应用于海水淡化、发电、工业废水处理、食品、航天及制药等工业生产和日常生活的各个领域。针对于我国淡水资源严重匮乏的现状,正渗透技术在苦咸水淡化和城市再生水深度处理中的应用研究对缓解目前的水资源短缺问题和能源压力,具有十分重要的意义。本论文利用实验室规模的板框式FO设备,采用K2SO4。NaCl、KCl、KNO3、 NH4Cl、NH4NO3、尿素和(NH4)2HPO4分别与NH4HCO3的组成的八种混合液作为FO过程的驱动剂和TFC膜来处理模拟苦咸水,又选用KCl、NH4Cl及(NH4)2HPO4分别与NH4HCO3组成的三种混合液作DS及CTA膜处理实际城市污水处理厂的二级出水。对驱动剂的基本性质、FO过程中的纯水通量及驱动溶质的反向渗透通量、处理前后FS的水质和溶解性有机物含量的变化情况及膜污染情况进行具体研究后,得出的主要结论如下：1.上述八种盐与NH4HCO3混合后,盐溶液的性质均有明显变化。混合溶液作为DS时所获水通量较单独的盐溶液明显增大,NH4Cl与NH4HCO3组成的混合液无论是在纯水作FS,还是处理苦咸水时,均取得最高的水通量。膜两侧渗透压差随时间的增长而不断减小及严重的内浓差极化现象,使得正渗透过程的水通量随着时间的增长而呈非线性下降趋势。2.不论是单独盐溶液还是混合溶液作DS,在处理去离子水和苦咸水时,FO过程的驱动力利用效率(即运行效率)均不高。但运行效率低于NH4HCO3的盐溶液在与NH4HCO3混合之后,运行效率得到了提高。3.处理城市污水厂二级出水时,混合溶液作为FO过程的DS时比单独盐溶液可获得更高的水通量,但同时驱动溶质的反向渗透通量亦会升高。三种混合溶液获得的水通量的高低顺序为：KCl+NH4HCO3 NH4Cl+NH4HCO3 (NH4)2HPO4+NH4HCO3;而其驱动溶质的反向渗透通量的高低顺序为：NH4C1+NH4HCO3 KCl+NH4HCO3 (NH4)2HPO4+NH4HCO3.4.处理后的FS中NH3-N、TN与DOC浓度较原水均有所升高,是由FS被浓缩所致。除KCl外,其余驱动剂处理后的FS中NH3-N与TN浓度的增幅非常大,这是由DS中NH4+的大量反向渗透引起的异常增涨现象。而FO过程中,FS中磷元素通过膜正向扩散至DS中,使得处理后的FS中TP含量较初始值减少。(NH4)2HPO4不论是单独还是与NH4HCO3混合后作驱动剂的FO过程,TP的截留率最高。5.原水和经处理后的FS中芳香族蛋白质Ⅱ、类黄腐酸和溶解性微生物代谢物三类荧光性DOM所占比例相当,是水样中较为丰富的组分；但芳香族蛋白质Ⅰ和类腐殖酸的含量较少。经处理后的总累积荧光强度FS较原水均减弱,区域Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ的荧光强度值均有所降低,而Ⅳ、V两区的荧光强度值几乎不变。6.苦咸水淡化和处理城市污水厂二级出水的FO过程中FO膜均会遭到污染。苦咸水脱盐中,膜污染主要为驱动溶质在膜支撑层的累积。而二级出水作为FS时,膜两侧均有污染物出现,FS中的活性硅等无机盐与有机物的附着沉积可能是活性层污染的主要因素；支撑层的污染与苦咸水脱盐中类似。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;P747;TQ028.8

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