中空纖維膜蒸餾高濃度鹽水過程強(qiáng)化及在海水淡化中的應(yīng)用.pdf

1、針對(duì)當(dāng)前膜蒸餾(MD)技術(shù)中存在的膜通量低、膜污染、難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等限制性問題，本文采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜，通過脈沖流、氣液兩相流、以及二者聯(lián)合的方式強(qiáng)化氣掃式膜蒸餾(SGMD)工藝過程，提高傳質(zhì)與抗污性能，有效地延長(zhǎng)膜壽命，主要研究成果如下：
　　(1)在脈沖法強(qiáng)化SGMD工藝中，探究了脈沖參數(shù)對(duì)膜性能的影響，并設(shè)計(jì)L16(45)正交部分析因?qū)嶒?yàn)(OFF)找出影響滲透性能的主次因素，對(duì)比探究脈沖流與穩(wěn)定流對(duì)滲透通

2、量與膜污染的影響。相對(duì)于穩(wěn)定流而言，在較短脈沖時(shí)長(zhǎng)(0.5 s)和較小脈沖頻率(1min-1)條件下，脈沖進(jìn)料能有效地提高滲透通量，為16.08％。L16(45)OFF試驗(yàn)結(jié)果顯示Tf-in為影響滲透通量的主導(dǎo)因素，且最優(yōu)的參數(shù)值組合分別為Qf為50 L·h-1；Tf-in為333 K；Tc為283 K；Qa為0.84 m3·h-1；FF為12.8%。相對(duì)于穩(wěn)定流，脈沖進(jìn)料能有效延遲飽和NaCl溶液(333 K)由于晶體沉積堵塞膜孔而導(dǎo)

3、致通量急劇下降的發(fā)生，且熱效率增加高達(dá)56.7%。膜表面污染物的觀測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　(2)在氣液兩相流強(qiáng)化SGMD工藝中，考察了氣泡參數(shù)對(duì)膜性能的影響。結(jié)果顯示當(dāng)鼓氣間歇時(shí)長(zhǎng)為30 s時(shí)，在較長(zhǎng)的鼓氣間歇時(shí)長(zhǎng)(3 min)條件下通量強(qiáng)化比能最有效地提高，為1.52。此外，當(dāng)氣泡流速處于較低水平時(shí)，滲透通量隨氣泡流速增加而增加，但最終達(dá)到一個(gè)閾值。當(dāng)氣泡具有較高的相對(duì)濕度(80%)時(shí)，滲透通量是未鼓氣組的1.62倍。在間歇

4、鼓氣系統(tǒng)中，當(dāng)氣泡較小(2.2 mm)時(shí)，可獲得較高的通量強(qiáng)化效果，同時(shí)能明顯地抑制通量的急劇下降。此結(jié)果與膜表面的污染沉積物的SEM圖相符。
　　(3)在脈沖流耦合氣液兩相流強(qiáng)化SGMD(P&G SGMD)工藝中，以高濃度鹽水(333 K飽和NaCl溶液)為進(jìn)料液，考察了重復(fù)性P&G SGMD實(shí)驗(yàn)對(duì)MD工藝滲透、疏水性能的影響，并對(duì)比研究了不同強(qiáng)化方法對(duì)滲透通量、膜污染、熱效率的影響。重復(fù)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滲透通量的再現(xiàn)性較好，膜的疏水

5、性能也較優(yōu)，截留率均高達(dá)99.7%以上。強(qiáng)化對(duì)比實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化滲透通量方面，GSGMD>PSGMD>P&G SGMD。熱效率分別是29.40%、30.74%、33.05%，相對(duì)穩(wěn)定流SGMD工藝，熱效率分別強(qiáng)化了6.14%、10.99%、19.31%。膜表面沉積層的SEM圖證實(shí)了滲透通量結(jié)果。
　　(4)采用SGMD工藝進(jìn)行海水淡化，探究操作參數(shù)對(duì)膜滲透性能的影響，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程膜的穩(wěn)定性，不同強(qiáng)化方法對(duì)滲透通量、膜污染、熱效率的影響

6、。當(dāng)進(jìn)料流速和進(jìn)料溫度分別為80 L·h-1和353 K時(shí)，滲透通量可達(dá)最大值2.0 L·m-2·h-1。在2180 min長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)滲透通量在0-910 min處于較穩(wěn)定水平(~4.5 L·m-2·h-1)，但在910-2180 min內(nèi)，滲透通量逐漸下降，最后降至2.41 L·m-2·h-1。強(qiáng)化對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鼓氣通量強(qiáng)化效果最佳，熱效率高達(dá)49.21%，相對(duì)于穩(wěn)定流，增加了27.76%。滲透通量結(jié)果與膜表面形態(tài)的SE