【摘要】：膜法海水淡化技術(shù)是當(dāng)前解決水資源危機(jī)的重要途徑。針對現(xiàn)有反滲透海水淡化方法存在濃鹽水排放問題,能利用低溫余熱進(jìn)行高濃料液處理的膜蒸餾方法以其溫和的操作條件而受到工業(yè)和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。在采用膜蒸餾進(jìn)行高濃料液處理時(shí),膜表面溶質(zhì)易于過飽和產(chǎn)生結(jié)晶沉積,由此造成膜污染的惡化,進(jìn)而影響系統(tǒng)的持續(xù)性運(yùn)行、增加過程操作成本。為此,本文采用實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方法,對膜蒸餾處理高濃氯化鈉水溶液體系進(jìn)行了膜污染及調(diào)控的研究。首先,本文搭建了膜蒸餾濃縮系統(tǒng),考察了不同微孔疏水膜在不同操作條件下的膜蒸餾通量特性及高濃時(shí)抗?jié)櫇瘛⒖刮廴拘阅?篩選了較適宜于高濃溶液濃縮的商用膜。研究結(jié)果表明:料液濃度的升高會顯著降低跨膜傳質(zhì)速率;膜垢的出現(xiàn)則讓滲透通量迅速降低,甚至造成膜潤濕,破壞膜蒸餾系統(tǒng)的持續(xù)操作;孔隙率高的膜在處理低濃度料液時(shí)效率更高,而孔徑較小的膜可提高抗晶體污染和抗?jié)櫇竦哪芰ΑＦ浯?本文采用計(jì)算流體動力學(xué)方法模擬膜蒸餾過程,探究膜蒸餾過程避免膜污染的持續(xù)性操作條件。通過模擬獲得料液的溫度和濃度分布,進(jìn)而求得料液的過飽和度分布,得到成核功分布。計(jì)算結(jié)果表明:膜表面的過飽和度比料液主體高,而成核功則比料液主體低,即易在膜表面析晶形成污垢;此外,通過提高膜的疏水性可有效提高膜的抗污染性能;進(jìn)一步對操作條件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,發(fā)現(xiàn)低料液流速時(shí)需要降低料液溫度,反之在較高流速時(shí)采用較高的料液溫度都有利于緩解膜垢產(chǎn)生。最后,本文探究了料液溫度和流率對膜蒸餾過程膜污染的影響,通過在線可視化技術(shù)觀察膜垢的成核頻率和生長速率,進(jìn)一步結(jié)合模擬得到的膜表面過飽和度分布,研究了膜垢的生長動力學(xué)。結(jié)果表明:料液溫度越高膜垢成核頻率及生長速率越大,而料液流速越快,膜垢成核頻率越低但生長速率越大;通過提高料液流速,可提高膜垢析出時(shí)的料液濃度閾值,擴(kuò)大過程操作范圍。另外,實(shí)驗(yàn)表明膜的平均孔徑越大,膜垢成核頻率和生長速率越大,越不利于膜蒸餾過程的持續(xù)操作。本文的研究結(jié)果,可為膜蒸餾過程膜污染提供方法和理論基礎(chǔ),進(jìn)而對膜蒸餾脫鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化提供指導(dǎo)和幫助。
【圖文】：

圖 1-2 膜表面污垢產(chǎn)生過程[33]Figure 1-2 Growth of membrane fouling污垢的產(chǎn)生，可以從兩方面解決，降低膜與污垢的作用力，或。與前者對應(yīng)的是制膜技術(shù)的優(yōu)化，改性膜表面，降低污垢的結(jié)合膜面脫落，提高膜的抗?jié)櫇衽c抗污垢性能；降低膜面過飽和度需要實(shí)驗(yàn)與計(jì)算手段的深入研究。技術(shù)改進(jìn)過程所用的疏水微孔膜主要是以聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏二氟）、聚乙烯（PE）為材料制成，形狀有管狀、中空纖維與平板膜切相關(guān)的膜性質(zhì)主要是接觸角、孔徑[54]、孔徑分布、孔隙率、tryPressure，LEP）、粗糙度[12,54]等。其中接觸角表征膜表面的易被料液潤濕的重要參數(shù)，PTFE 與 PVDF 的疏水性較強(qiáng)，而 需要額外的疏水性改性�？讖降谋碚饕话闶峭ㄟ^孔徑分析儀，過膜孔，測量氣體通量與壓差的分布來計(jì)算孔徑的分布，對于

的 CFD 模擬提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，考察了該膜蒸餾濃縮系統(tǒng)存在的質(zhì)表征，以研究膜對該系統(tǒng)特性的關(guān)系。法材料驗(yàn)使用所用主要儀器為如表 2-1 所示。表 2-1 主要實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備表Table 2-1 List of experimental equipment 廠商 型號 平 民橋 FA2004N Cole-Parmer Masterflex L/S 77250-62 器 DragonLab MS-H-Pro+ Cole-Parmer Polystat U01165 率儀 OAKTON CON 2700 儀 昆侖工控 KLXSR30 頭 江蘇潤江 WZP-291 PT100
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ028.8

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