正渗透膜技术处理高浓盐水实验特性研究

发布时间：2020-04-02 23:45

【摘要】：高浓盐水零排放是我国环境可持续发展的必然要求,如何解决高浓盐水的零排放问题已经严重制约了我国部分企业的生存和发展,是如今国内外关注度极高且迫切解决的问题之一。正渗透膜技术作为膜处理中的新型绿色技术,以膜两侧的渗透压差作为驱动力,具有低能耗、抗冲击负荷、操作维护简单等特点,可望应用于高浓盐水浓缩阶段,满足煤化工、石油等领域废水减量化、资源化和零排放的要求。本课题采用课题组自制浸没式正渗透膜组件处理高浓盐水,通过改变汲取液侧的温度、浓度、流量及原料液侧增加曝气来改变正渗透膜两侧运行过程中的流体力学条件,以期望减缓膜运行过程中出现的浓差极化与膜污染现象。在两种膜朝向下(FO模式与PRO模式),改变汲取液浓度、温度、汲取液流量的单因素实验中,以膜通量和返混量作为膜分离性能的评价指标,分析不同操作条件对膜分离性能的影响,结果表明:PRO模式的膜通量明显高于FO模式,内浓差极化现象是影响膜通量的主要因素,升高汲取液侧溶液的温度,可增大汲取液中溶质的扩散系数,从而有效减弱内浓差极化现象。通过响应面分析法对影响正渗透膜通量的三个因素(汲取液浓度、温度、流量)进行分析预测优化,得到最佳运行条件,汲取液浓度为1.47mol/L氯化钠,温度为28℃,汲取液流量为0.95L/min,此时膜通量为9.90L/m~2·h,与预测值相对误差为0.1%。为了改善正渗透过程中膜污染对膜通量的影响,本实验采取对膜面进行曝气的方式来提升膜性能。以膜通量和污染物截留率作为评价膜分离性能的评价指标,FO与PRO两种模式下K~+、Ca~(2+)、SO_4~(2-)、氨氮的截留率均可以达到99%以上,Mg~(2+)的截留率在70%以上,在膜面进行适度曝气会有效减弱膜污染,提高膜通量。物理清洗可以在一定程度上恢复膜通量,且正渗透膜耐污染性很强。
【图文】：

渗透方式,传递原理,溶剂

.3 正渗透膜分离技术.3.1 正渗透膜技术分离原理正渗透也称渗透，是自然界普遍存在一种渗透现象。在膜分离过程中，膜两侧压不同，水分子以膜两侧的有效渗透压差为驱动力，主动透过正渗透膜从渗透压一侧自发的渗透到渗透压高的一侧，使渗透压高的一侧液位提高，直到膜两侧有透压差与液位压差相等时(ΔP=Δπ)，渗透过程停止。图 1-1a 为压力延迟渗透(Presetarded Osmosis，PRO)过程，图 1-1b 为正渗透(Forward Osmosis,FO)过程，图反渗透(Reverse Osmosis，RO)。纳滤[23](NF) 压力差二价盐和糖不对称膜、复合膜溶解扩散反渗透[24](RO) 压力差悬浮物、大分子和离子不对称膜、复合膜溶解扩散电渗析[25](ED) 电化学势酸、碱、盐等阴阳离子交换膜离子在电场中的传递膜蒸馏[26](MD) 温度差非挥发的小分子和溶剂微孔膜通过膜的扩散

示意图,浓差极化,原理,示意图

(a) 对称膜 (b) PRO 模式下非对称膜 (c)FO 模式下非对称膜图 1-2 外浓差极化和内浓差极化原理示意图Figure 1-2 External concentration polarization and internal consistency polarization schematidiagram差极化是指在膜分离过程中，当浓度差驱动力作用于原料液时，溶剂渗透通质被截留，，被截留的溶质会在膜表面积累，导致膜表面原料液浓度会高于主如图 1-3 所示）。这种浓度累积会导致溶质向原料液主体的反向扩散流动，段时间后会达到稳定状态。此时溶质以对流方式流向膜表面的通量等于溶质量加上从膜表面反向扩散回主体的通量，这称为浓缩性的外浓差极化现象，象提高了进料液侧膜面溶液的主体浓度，从而降低了膜两侧的有效渗透压差
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TQ028.8

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