正滲透-反滲透工藝同步污水再生和海水淡化的特性研究.pdf

1、城市污水回用和海水淡化是解決全球水資源短缺的重要方式。傳統(tǒng)的城市污水深度處理技術(shù)和海水淡化技術(shù)存在高耗能和高處理成本等問題。因此，有必要建立新技術(shù)能夠降低能耗并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)城市污水再生和海水淡化。近幾年發(fā)展起來的正滲透（Forward Osmosis, FO）膜分離技術(shù)與需要施加外加壓力的傳統(tǒng)膜法相比，具有低能耗、低膜污染等特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)在優(yōu)化FO運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，與反滲透（Reverse Osmosis, RO）聯(lián)用，考察了系統(tǒng)的水通量、

2、脫鹽率和污染物截留特性，最后進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和能耗分析，為同步污水再生和海水淡化提供了技術(shù)支持。
　　論文首先研究不同壓力下TFC-ES、CTA-ES和CTA-NW膜的純水滲透系數(shù)（A值）和鹽滲透系數(shù)（B值），以及不同汲取液濃度、不同錯(cuò)流速率和不同汲取液溶質(zhì)對三種FO膜的水通量（Jw）和鹽返混通量（Js）的影響以及膜污染情況，優(yōu)選出性能最佳FO膜。結(jié)果表明：FO膜結(jié)構(gòu)性能測試過程中，使用網(wǎng)格墊片時(shí)，三種FO膜的A值和B值均有增加，且隨著

3、壓力增加而增加，其中TFC-ES膜的增加最多。汲取液濃度從0.1mol/L增加到0.6mol/L時(shí)，三種FO膜水通量和鹽返混均增加，但非線性增長，三種FO膜水通量和鹽返混大小順序?yàn)門FC-ES>CTA-ES>CTA-NW。當(dāng)原料液錯(cuò)流速率從8 cm/s增加到32 cm/s時(shí)， TFC-ES和CTA-ES膜的水通量增加幅度相當(dāng)，而CTA-NW的增幅較少。
　　接著采用優(yōu)選的TFC-ES膜進(jìn)行壓力協(xié)同滲透（ Pressure assi

4、ted osmosis, PAO）性能測試，觀察RO運(yùn)行特性，在此基礎(chǔ)上分析了PAO-RO組合工藝同步污水再生和海水淡化的可行性，并采用三維熒光光譜和凝膠色譜分析了處理過程中有機(jī)物和分子量的分布變化情況。結(jié)果表明：PAO測試過程中，Jw與壓力成正相關(guān)，JS成下降趨勢，對TOC的截留略有下降。RO測試中，隨著進(jìn)水濃度的增加，產(chǎn)水量和脫鹽率均下降。以二沉出水為原料液，模擬海水為汲取液，采用PAO-RO聯(lián)合工藝，運(yùn)行12h后，系統(tǒng)產(chǎn)水量較單獨(dú)

5、RO工藝增加約150％，海水脫鹽率達(dá)到94.8%，整個(gè)系統(tǒng)對二沉出水中TN、TP和TOC的去除率分別達(dá)到98.1%、98.4%和99.6%，蛋白類和腐殖酸類有機(jī)物均得到了很好的去除，出水物質(zhì)分子量主要分布在80~500Da之間，達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT19923-2005)。連續(xù)運(yùn)行10天后，PAO初始水通量下降約25.6%，RO產(chǎn)水初始水通量下降19%，經(jīng)反沖洗后PAO通量恢復(fù)95.2%，RO通量恢復(fù)99.1%。<

6、br>　　論文最后采用二沉出水為原料液，杭州灣海域海水為汲取液，研究PAO-RO工藝運(yùn)行特性，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)能耗分析。結(jié)果表明：運(yùn)行12h后，系統(tǒng)產(chǎn)水量與單獨(dú)RO工藝相比增加約45%，海水脫鹽率達(dá)到97.8%。系統(tǒng)對二沉出水的TN、TP和TOC的去除率分別達(dá)到98.2%、97.5%和99.8%，產(chǎn)水純凈透明，達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT19923-2005)。產(chǎn)水分子量主要分布在40~400Da之間。連續(xù)運(yùn)行10天后，PAO

7、初始水通量下降約23%，RO產(chǎn)水初始水通量下降9%，經(jīng)反沖洗以后PAO通量恢復(fù)98%，RO通量恢復(fù)98.4%。FO-RO工藝相比單獨(dú)SWRO節(jié)約30%的能耗成本，增加20%~25%的固定成本（Capital expenditure，CAPEX），同時(shí)節(jié)省15%%~25%的運(yùn)行成本（Operational expenditure， OPEX）。當(dāng)FO膜通量達(dá)到25L/m2h以上，F(xiàn)O-RO混合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可行。與模擬海水條件下的結(jié)果相比，RO