正向渗透工艺脱盐的效能及影响因素研究

发布时间：2020-06-20 04:51

【摘要】：利用膜分离技术进行海水脱盐是从海水中获得淡水资源的重要途径之一。传统的反渗透膜能够有效实现溶质和溶剂（水）的分离，但是存在能耗高和膜污染严重等问题。最近，正向渗透（ForwardOsmosis，FO）作为一种新型的膜工艺正在引起人们的广泛关注。FO能够利用溶液自身的渗透压（而不是外加压力）驱动水分子和溶质物质的分离，具有能耗低、效率高、膜污染小等优势，有可能使海水淡化变得更加简单、经济、实用，因此在海水淡化领域具有潜在的应用价值。然而，目前将正向渗透技术应用到海水淡化处理的研究仍处于探索阶段，在国内尚未见相关的研究报道。尤其是FO中非对称结构膜的使用导致了严重的浓差极化以及由于两侧溶液温度不同导致的温度极化，这些因素在很大程度上制约了FO的工程化应用。论文考察了FO在水处理领域中的一些可能的潜在应用以及可行性。结果表明，FO对于Zn~(2+)、Cu~(2+)、Cr~(3+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)这几种重金属离子具有较高的截留率（99.8%以上），并且对含铁含锰水也有较好的处理效果，此外，用FO处理人工配置的海水，对其中的Mg~(2+)、Na~+、K~+、Ca~(2+)、Cl-、SO42-，也得到了较高的截留效果（98.6%以上），但是在其中发现，当反应20min时，水通量会有一个较大的衰减，而此后水通量则趋于平稳。因此，为了缓解FO中的浓差和温差极化，提高FO的过膜水通量，本课题以FO过程的原理和非对称膜结构所引发的极化现象作为出发点，研究FO过程中的浓差极化、温差极化的产生和变化规律，提出控制浓差极化的有效策略，以及在非等温条件下的FO热通量和影响因素，为FO的放大试验和工程化应用提供切实可行的依据。对不同膜安装朝向的FO水通量进行比较，结果表明，活性层（Activelayer）朝向原液（Feedsolution,AL-FS）模式下的稀释型内部浓差极化对水通量的影响作用要大于活性层朝向汲取液（Drawsolution,AL-DS）模式下支撑层发生的浓缩型内部浓差极化，因此相同实验条件（CFS=0.0mol/L，CDS=1.0mol/LNaCl，二者流速均为144mL/min）下，AL-DS模式下的水通量17.11Lm~(-2)·h~(-1)，要大于AL-FS模式下的水通量11.68Lm~(-2)·h~(-1)。对于内部浓差极化的控制，水分子在支撑层内的扩散系数是控制内部浓差极化的关键因素；对于外部浓差极化，增大断面流速能够压缩膜表面的流体边界层，因此能够有效减小外部浓差极化的影响，当流速从2.94mL/min提高到144mL/min时，水通量增加约90%。最后，对不同温度条件下的FO水通量进行对比研究，结果表明，在FS和DS两侧存在温度差时，由于温度变化导致的FS侧水分子粘度以及扩散系数的变化是影响水通量的关键因素，这主要是因为提高温度能够降低水分子在扩散层内的粘度（降低了39.32%）、提高其扩散速率（提高了58.87%）。相比之下，由于温度变化导致的DS侧溶液渗透压的变化对FO过膜水通量的影响并不显著（DS的渗透压仅提高了6.83%）。研究还发现，当膜两侧存在温差时，不可避免地发生热传递，增大流速会使膜表面湍流程度加剧，温差极化边界层被压缩，因此边界层传热系数hFS-BL或hDS-BL数值随之增大，膜两侧传热加快；膜表面的温度相比于低流速时，更加接近主体溶液的温度。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P747
【图文】：

示意图,多级闪蒸,示意图,原理

将蒸汽经过冷凝，而得到淡水，如图 1 - 1 。此技术是明的一种海水淡化方法，它在降低能耗、防结垢方面要优点，M S F 在海水淡化领域发展非常迅猛。目前，世界上最拉伯的 S h u a i b a 海水淡化厂，日产淡水 4 6 × 1 04m3。由于，并且不受海水浓度变化的影响，所以它能够充分利用低水纯度高，该技术适合火力发电厂这种生产过程中有余热的行业[ 5 ]。

流程图,低温,多效蒸发,海水淡化装置

- 3 -图 1 - 2 低温多效蒸发海水淡化装置流程图具体流程为：海水先进入冷凝器，经过预热、脱气两步后分成了两部分，

【参考文献】