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多效膜蒸馏过程用于深度浓缩稀盐酸水溶液的研究

刘荣玲  
【摘要】:在钢铁、化工及医药等行业每年产生大量的含盐酸废水。由于含盐酸废水具有严重腐蚀性和污染性,引起人们的高度关注。因此,迫切地需要对含盐酸废水进行回收或再生处理以实现重要的经济及生态效益。膜蒸馏是将膜过程与蒸发过程相结合的一种新型的膜分离方法。它通常被认为具有操作条件温和、比表面积大、截留率高及耐腐蚀性等优点。然而,高能量消耗是其工业化的最大障碍之一。因此,设计有效的热量回收型膜蒸馏过程对降低膜蒸馏过程的能耗具有特别重要的意义。本研究为寻求和建立新型高效节能、无二次污染的含盐酸废水处理方法提供实验数据支持,为绿色回收和提浓工业盐酸废水提供技术支持。 本研究开发了一种具有内部热量回收功能的膜蒸馏过程,即多效膜蒸馏过程(MEMD),该过程的核心设备是基于平行的中空纤维微孔疏水膜和中空纤维管的气隙式膜蒸馏组件,即MEMD组件。因此,宏观逆流操作模式的多效膜蒸馏过程,可以实现内部热量的回收,获取较高的造水比,降低过程能耗。本研究以稀盐酸水溶液作为料液,以探讨多效膜蒸馏过程应用于稀盐酸水溶液浓缩的可行性,同时考察了膜侧入口温度、管侧入口温度、进料体积流量、进料盐酸浓度等操作参数对多效膜蒸馏过程的性能即造水比、水对盐酸的平均选择性及渗透通量的影响。两种聚丙烯中空纤维膜被用于稀盐酸水溶液的浓缩实验,实验数据表明造水比、水对盐酸的平均选择性及渗透通量都随料液浓度的升高而下降,当料液中盐酸的质量分数低于12%时,造水比在6-9.6之间,水对盐酸的平均选择性在10-190范围内,当料液的浓度达到18%时,造水比和水对盐酸的平均选择性分别为4.4和2.3。单因素实验结果表明,以质量分数为2%的盐酸作为料液时,最大的造水比和渗透通量分别可以达到11和4.3L·m-2·h-1。同时,发现在实验范围内造水比、水对盐酸的平均选择性及渗透通量三者之间存在权衡关系,因此需要根据实验目的选择合适的操作参数。从稳定性实验结果可以看出,在长期运行过程中中空纤维膜PP60的性能比较稳定,基本上能够保持良好的疏水性。


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