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膜蒸馏过程优化及其在RO浓水处理中的应用

赵晶  
【摘要】: 膜蒸馏技术是近年发展起来的新型膜分离技术。它以疏水性微孔膜为介质,来实现水的纯化和溶液的浓缩等目的。由于其具有高效、低能耗及操作温度低的优点,膜蒸馏技术的研究和应用受到越来越多的关注。本论文以3.5wt%NaCl为测试液,以海水淡化和处理反渗透浓排水为目的,比较了直接接触膜蒸馏、气扫式膜蒸馏和真空膜蒸馏的脱盐性能,研究了真空膜蒸馏对RO浓水的处理效果,并对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维换热器进行了初探。 从理论上描述了三种膜蒸馏过程的传质机理,模拟计算了不同操作条件下各膜蒸馏过程的纯水通量。通过实验考察了料液温度、流速、浓度以及冷侧冷凝条件等操作条件对各MD过程脱盐性能的影响。结果表明:VMD过程的产水通量最高,达到21.8kg/m~2.h;DCMD次之,SGMD最小。三种MD过程通量均随料液温度的升高而增大,随料液浓度的增加而降低;SGMD和VMD过程通量分别随冷侧气体流速和真空度增加而提高,而DCMD过程通量则几乎不随冷却水流速变化而改变。SGMD、DCMD和VMD过程的脱盐率分别为99.97%、99.98%和99.99%,几乎不随操作条件而改变。且实验数据与模拟数据变化趋势基本一致。 研究了各操作条件对VMD处理RO浓水性能的影响,得出了该过程的较优操作条件,并对RO浓水进行了连续膜蒸馏浓缩实验。实验发现:随实验进行,RO浓水浓度逐渐增加,导致过程通量逐渐减小。整个实验中,过程产水质量良好,渗透液电导率保持在5μS/cm以下,RO浓水浓缩倍数可达4倍。 经过对PVDF中空纤维换热器的换热性能进行的初步研究发现,该换热器基本可满足膜蒸馏过程中水蒸气冷凝和冷凝水加热要求,且无结垢、腐蚀现象发生。但其保温措施及操作条件仍需进一步优化。 本论文研究表明,膜蒸馏法海水淡化及处理RO浓排水在技术上是可行的。在优化的操作条件下,真空膜蒸馏可获得较大的通量,且脱盐率接近100%。如能更好的解决膜污染和热量回收等问题,其将获得更广泛的应用前景。


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