高浓度盐水的纳滤浓缩研究

发布时间：2020-07-12 13:55

【摘要】：随着人口基数和工业规模的扩大,淡水资源已经出现严重短缺的现象。针对淡水资源短缺的问题,人们想到了以淡化海水的方法以缓解甚至解决这个难题。在海水淡化的多种技术中,反渗透技术(RO)是其中应用范围最为广泛和最具发展前景的技术。对于反渗透系统来说,其预处理过程是非常紧要的；而在多种反渗透预处理技术中,纳滤技术(NF)是最具发展前景的。纳滤膜可以去除海水中大部分的二价离子,其产出的软化海水作为反渗透系统的进水可以有效地降低反渗透系统的污染程度和能耗。与之相似,纳滤技术在软化更高离子浓度盐水的应用中也具有广泛的应用前景。本实验研究是在利用纳滤技术对胶州湾海水进行软化实验的基础上,进一步地探究纳滤技术在处理更高浓度盐水中的应用。实验过程中利用100m3/d集成膜法海水软化中试装置提供充足的高盐度浓海水,利用5m3/d的纳滤小试装置探究纳滤膜在处理高盐度浓水中的各种性能。在实验过程中,先是考察了压力、进水流量和循环流量等操作条件对NF2膜处理浓海水的影响,并且针对浓差极化的影响提出了两种操作工艺方法；此后又考察了NF2膜在处理更高盐度的模拟卤水时操作压力和盐度等操作条件的影响,并且针对膜面结垢采取了利用晶种诱发浓水水体结晶以降低第三段纳滤浓水中的二价结垢离子浓度的操作工艺；最后利用模拟软件和Pitzer电解质溶液理论对膜面结垢趋势进行了理论预测。在NF2膜处理浓海水的实验中并没有出现结垢现象；膜通量随压力的上升而线性增加；在离子截留率方面,NF2膜对一价离子截留率保持在20%-30%之间,对Ca2+离子的截留率保持在55%左右,对Mg2+离子的截留率保持在75%-80%之间,对SO42-的截留率一直保持在95%以上。当进水流量增加,NF2膜的水通量上升,但是当进水流量达到1500L/h(相对应的膜面流速达到0.075m/s)时,膜的水通量上升幅度已经很小。实验过程中采取了进水逐步增压和间断性稀释进水两种操作工艺来减轻浓差极化的影响,两种操作工艺在对膜通量下降方面都表现出了一定的抑制作用,其中间断性稀释进水操作工艺的效果更好,并且该种操作工艺在装置的连续运行中可操作性更高。NF2膜在处理类似卤水的高浓度盐水时,随着压力的上升,膜通量不再呈现线性增加趋势,说明膜面出现结垢污染,与理论预测的结果一致。但是NF2膜还是体现出了良好的耐污染性,在3.0MPa的操作压力下,处理TDS=75000的浓盐水时,膜的水通量可以达到54L.m-2.h-1。在模拟卤水的环境中,NF2膜对一价离子的截留率保持在10%-20%之间,对Mg2+离子的截留率保持在70%-80%之间,对Ca2+离子的截留率保持在50%-60%之间,对SO42-的截留率一直保持在95%以上。对于膜面结垢问题,本实验研究采用了投放晶种诱发浓水主体结晶的操作工艺来降低膜面的结垢趋势。通过与对比实验进行数据对比,该种操作工艺可以减缓膜通量的下降趋势,也降低了第三段纳滤浓水中SO42-和Ca2+的浓度。本实验利用半工业设备对真实海水软化后的浓水进行处理,可以为纳滤技术在高浓度盐水的应用中提供一些实验参数,从而提高海水回收率,减少浓海水的排放,起到保护环境和节省成本的作用。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P747

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本文编号：2752051