苦咸水反渗透膜污染渗透反冲洗的影响因素及机理探究

发布时间：2018-04-13 22:18

本文选题：苦咸水 + 反渗透　；参考：《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：反渗透(Reverse Osmosis,RO)是水处理常用的膜技术,在海水和苦咸水脱盐和纯水制造等领域有着广泛的应用。在RO技术的发展过程中,膜污染是一个重要的限制因素,膜污染会导致RO水通量下降、压力损失增大、产水质量下降、膜更换频率增加、能耗和费用增加等问题。因此膜污染的来源、机制及控制是该领域的一个重要研究方向。传统的化学清洗法能够有效解决膜污染再生的问题,但需要额外投加化学试剂,不但有可能对膜材料造成不可逆的破坏作用,而且排放出来的清洗溶液有可能对环境造成二次污染。近年来,一种新兴的基于渗透过程的膜清洗技术由于具有诸多技术和经济上的独特优势正在引起人们的关注。该方法通过降低原水侧外加压力或提高原水侧渗透压实现水分子的反向迁移,从而对膜表面的污染物进行清洗去除。在渗透反冲洗操作过程中,无需向系统中额外投加化学药剂,并且可以实现清洗过程中水泵连续运行,节省产水时间和周期,此外由于避免了化学药剂的使用,该清洗技术更加绿色和对环境友好。本研究以板框式膜组件为基础,Koch苦咸水反渗透膜(有效膜面积33 cm2)为膜材料,以Na Cl溶液作为原液开展利用渗透法清洗RO过程产生膜污染的研究,分别探索停泵方法(方法A)和注入高浓溶液(方法B)两种方法对RO进行反冲洗时的关键影响因素、相关机制及调控策略。研究结果表明,在方法A中,当原水浓度由2g/L提高到5g/L,总累积反冲洗水量由13.6 m L增加到18.2 m L,主要是由于原水浓度越高水分子迁移的驱动力越大,进而累积反冲洗水量越大。当原水浓度继续增加至6g/L时,累积反冲洗水量只增加了0.1 m L。这主要是由于随着浓度进一步升高,初始较大的水通量对原水侧膜表溶液的稀释强烈,水通量快速下降。当外加压力由10 atm增加到14 atm时,累积反冲洗水量增加了1.3 m L。这主要是因为压力增加,膜会发生微小的形变,膜厚度降低,水分子迁移驱动力降低。在方法B中,当反渗透时间为1h时,渗透反冲洗30s水通量、截留率分别恢复到97%和97%,延长清洗时间,,清洗效果提高不明显。进行5min渗透反冲洗,反渗透4h情况,水通量、截留率恢复到95%和94%,当反渗透进行6h情况下,水通量、截留率只恢复到88%和87%。以几种常见的盐溶液(Na Cl,Mg SO4,Na2SO4和Mg Cl2)作为高浓度溶液进行RO膜渗透反冲洗,当渗透压(42atm)及其他条件相同时,清洗效果相近,1 min总累积反冲洗水量相差不到1 m L。不同于停泵方法,高浓度溶液注入原水管路时的流速对累积反冲洗水量有显著影响。当流速由0.8 L/min提高到1.6 L/min时,累积反冲洗水量增加了5.3 m L。这主要因为增加流速可以减轻原水侧膜表浓差极化的程度。当高浓度溶液以一定流速对膜进行清洗时,高浓度溶液的浓度对清洗效果有较大影响。当高盐溶液浓度由20 g/L提高到100g/L,1 min内总累积反冲洗水量增加了30 m L。这主要因为随着浓度增加,水分子跨膜反向迁移的驱动力增加,水通量及累积反冲洗水量都相应提高。但是,随着浓度的继续增加,水通量增加不明显,主要因为盐离子的跨膜运输不可忽略,反渗透膜多孔支撑层的内部浓差极化变得很严重,驱动力降低,对反向水通量有很大影响。当温度由5oC提高到25oC时,1min累积反冲洗水量增加了10.4m L,继续升温到45oC,累积反冲洗水量又增加了5m L。当温度升高时,水体粘度降低,跨膜扩散速率提高,水通量则相应增加,并且升温会使有机污染层会发生膨胀,更易被去除。渗透反冲洗过程分为两个阶段:第一阶段,30s前水通量较大,随着累积反冲洗水量增加迅速,水通量快速降低;第二阶段,30s后水通量降低缓慢,趋于平稳。本研究证明了渗透反冲洗在清洗RO膜污染方面有着高效、节能、环保等独特优势。通过进一步的优化RO运行和渗透反重新参数,渗透反冲洗将为解决RO膜污染问题提供一种全新的策略和方法。
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【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】：2015
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】