减压膜蒸馏浓海水脱盐及膜污染研究

发布时间：2020-08-09 16:30

【摘要】： 近年来海水淡化的可持续发展问题日益受到关注,其焦点是海水淡化浓排水所造成的海洋污染和海洋生态问题。开展浓海水化学资源综合利用技术的研究已成为世界各主要国家的研究热点。本论文以盐水和渤海海水为研究对象,对减压膜蒸馏过程的脱盐机理及海水淡化过程进行了深入、系统的研究。实验中所用膜组件为自制错流式中空纤维膜组件。首先以纯水考察了实验装置的膜蒸馏特性,重点研究了单一操作因素对实验系统减压膜蒸馏过程的影响;然后重点探讨了盐浓度对减压膜蒸馏(VMD)和直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程的影响机理。实验结果表明:在VMD过程中,膜通量随料液温度、透过侧真空度、进料流速的增大而增大,但各个操作条件对膜蒸馏过程的影响机理和规律有所不同;盐浓度对膜通量的影响主要分为三个方面:盐浓度导致膜表面液体的饱和蒸气压下降;盐浓度导致浓差极化效应,并影响温差极化效应;盐浓度导致料液性质变化,包括粘度、密度、比热容、传热系数等。研究中还发现在一定的真空度范围内料液盐浓度对膜通量的影响较小,表明在进行膜蒸馏工艺设计与操作条件的设置方面优化工作十分重要。在海水的深度浓缩与脱盐过程中,VMD较DCMD更具优势,更具有工业应用前景。系统探讨了不同的海水预处理工艺,并相应进行了膜蒸馏浓缩实验,确立了膜蒸馏预处理的最佳工艺为:微滤+除硬+pH调节。在预处理过程中,海水的除硬率达到95%左右。在连续膜蒸馏实验中发现,海水的水质如盐浓度、硬度、浊度等对膜通量有着很大的影响,膜通量随着海水盐浓度的增加而下降,预处理后的膜通量下降转折点在13%左右,下降后膜通量保持在24kg/(m2*h)左右,脱盐率高于99.8%。海水深度浓缩的临界结晶点与常规结晶有所不同,所得固体盐的氯化钠纯度达到94.49%(基本达到工业用盐标准)。论文进行了系统的膜污染实验研究,结果表明:海水中形成膜污染的主要成份为膜蒸馏过程中产生的CaCO3固体,CaCO3污染膜表面、堵塞膜孔、导致膜孔润湿;海水中存在的大量镁离子在膜蒸馏海水浓缩的前期对膜不构成污染,且一定程度上有助于抑制钙污染。对于轻度污染的膜,用0.05mol/L稀盐酸清洗膜通量恢复率达到99%以上;严重污染时,使用0.1mol/L稀盐酸清洗膜通量可恢复90%以上,膜的最佳清洗应在膜被严重污染之前进行。综上所述,本论文系统探讨了VMD海水深度浓缩过程的相关规律,取得了重要成果,研究表明利用VMD进行海水的深度浓缩生产淡水和固体氯化钠盐以及其它有用化学元素具有技术可行性。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P747
【图文】：

浓度极化,现象

第一章文献综述10图1-3 浓度极化现象Fig.1-3 Concentration polarization发生浓度极化现象时，膜表面的浓度要高于热侧料液的主体浓度，也就是说热侧料液主体浓度越高，膜表面浓度也就越高，水蒸汽分压也就越低，传质推动力也就越低。如果挥发性组分的蒸气压随溶质浓度的升高下降不明显，浓度极化对膜通量的影响往往是可以忽略的。所以在稀溶液膜蒸馏过程中，浓度极化影响不大。但在浓度较高时，浓度极化就会严重影响膜通量，甚至膜表面浓度过高，会对多孔疏水膜的疏水性产生破坏作用，将膜润湿，甚至出现结晶，堵塞膜孔等。Fortunato[43]等人研究发现，在其实验条件下，浓度极化对膜蒸馏影响很小，甚至可以忽略。并用浓度极化系数来表示浓度极化的程度。CPC（ConcentrationPolarization Coefficient）越小

极化现象,温度,极化因子

第一章文献综述与溶液主体温度有很大差别，这界层引起的，从而导致了蒸汽压下样，定义温度极化因子(Temperamf mpbf bpT -TTCP=T -T两侧主体温度与膜表面温度的差，温度极化因子是有效推动力与温度极化不对膜蒸馏产生影响。以TCP 1。温度极化现象如图：

结晶过程

第一章文献综述18图1-5 膜结晶过程Fig.1-5 Membrane crystallization1. 纯净水储槽；2.料液储槽/结晶槽；3.膜组件；4.加热器；5.循环泵；6.冷凝器在讨论浓溶液的膜蒸馏过程时，当溶液浓度达到深度浓缩甚至接近饱和时，涉及到膜结晶现象（Membrane Distillation Crystallization—MDC）。膜结晶是将膜蒸馏与结晶耦合起来处理和回收利用高浓溶液的过程。Wu 和 Drioli[72]首先报道了膜结晶（MDC）的可能性。Wu 等人[73]报道了他们通过 MDC 来处理医药废水时，MDC 发生在通量几乎为零时。Gryta[74]用一个完整的 DCMD 和结晶过程通过间歇和连续两种操作方式来浓缩 NaCl 溶液。吴庸烈等人[75]讨论了实现膜结晶的必要条件：溶质是易结晶物质；合适的操作条件使膜蒸馏过程一直占主导地位；选择特定的温度条件，使对应的平衡浓度高于溶液的饱和浓度。马润宇等人[76]研究了浓盐溶液的 DCMD 机理，表明当 NaCl 溶液浓度约为 25%时，膜渗透通量急剧下降，当 NaCl 溶液达到饱和时，通量逐渐趋于稳定，认为此现象是由于膜面上有 NaCl 结晶形成而导致的。Anthony 等人[77]讨论了在物料液接近饱和时的通量影响因素和晶体盐的形成

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