【摘要】： 近年來海水淡化的可持續(xù)發(fā)展問題日益受到關(guān)注,其焦點是海水淡化濃排水所造成的海洋污染和海洋生態(tài)問題。開展?jié)夂Ｋ瘜W(xué)資源綜合利用技術(shù)的研究已成為世界各主要國家的研究熱點。 本論文以鹽水和渤海海水為研究對象,對減壓膜蒸餾過程的脫鹽機(jī)理及海水淡化過程進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。實驗中所用膜組件為自制錯流式中空纖維膜組件。首先以純水考察了實驗裝置的膜蒸餾特性,重點研究了單一操作因素對實驗系統(tǒng)減壓膜蒸餾過程的影響;然后重點探討了鹽濃度對減壓膜蒸餾(VMD)和直接接觸式膜蒸餾(DCMD)過程的影響機(jī)理。實驗結(jié)果表明:在VMD過程中,膜通量隨料液溫度、透過側(cè)真空度、進(jìn)料流速的增大而增大,但各個操作條件對膜蒸餾過程的影響機(jī)理和規(guī)律有所不同;鹽濃度對膜通量的影響主要分為三個方面:鹽濃度導(dǎo)致膜表面液體的飽和蒸氣壓下降;鹽濃度導(dǎo)致濃差極化效應(yīng),并影響溫差極化效應(yīng);鹽濃度導(dǎo)致料液性質(zhì)變化,包括粘度、密度、比熱容、傳熱系數(shù)等。研究中還發(fā)現(xiàn)在一定的真空度范圍內(nèi)料液鹽濃度對膜通量的影響較小,表明在進(jìn)行膜蒸餾工藝設(shè)計與操作條件的設(shè)置方面優(yōu)化工作十分重要。在海水的深度濃縮與脫鹽過程中,VMD較DCMD更具優(yōu)勢,更具有工業(yè)應(yīng)用前景。 系統(tǒng)探討了不同的海水預(yù)處理工藝,并相應(yīng)進(jìn)行了膜蒸餾濃縮實驗,確立了膜蒸餾預(yù)處理的最佳工藝為:微濾+除硬+pH調(diào)節(jié)。在預(yù)處理過程中,海水的除硬率達(dá)到95%左右。在連續(xù)膜蒸餾實驗中發(fā)現(xiàn),海水的水質(zhì)如鹽濃度、硬度、濁度等對膜通量有著很大的影響,膜通量隨著海水鹽濃度的增加而下降,預(yù)處理后的膜通量下降轉(zhuǎn)折點在13%左右,下降后膜通量保持在24kg/(m2*h)左右,脫鹽率高于99.8%。海水深度濃縮的臨界結(jié)晶點與常規(guī)結(jié)晶有所不同,所得固體鹽的氯化鈉純度達(dá)到94.49%(基本達(dá)到工業(yè)用鹽標(biāo)準(zhǔn))。 論文進(jìn)行了系統(tǒng)的膜污染實驗研究,結(jié)果表明:海水中形成膜污染的主要成份為膜蒸餾過程中產(chǎn)生的CaCO3固體,CaCO3污染膜表面、堵塞膜孔、導(dǎo)致膜孔潤濕;海水中存在的大量鎂離子在膜蒸餾海水濃縮的前期對膜不構(gòu)成污染,且一定程度上有助于抑制鈣污染。對于輕度污染的膜,用0.05mol/L稀鹽酸清洗膜通量恢復(fù)率達(dá)到99%以上;嚴(yán)重污染時,使用0.1mol/L稀鹽酸清洗膜通量可恢復(fù)90%以上,膜的最佳清洗應(yīng)在膜被嚴(yán)重污染之前進(jìn)行。 綜上所述,本論文系統(tǒng)探討了VMD海水深度濃縮過程的相關(guān)規(guī)律,取得了重要成果,研究表明利用VMD進(jìn)行海水的深度濃縮生產(chǎn)淡水和固體氯化鈉鹽以及其它有用化學(xué)元素具有技術(shù)可行性。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：P747
【圖文】：

第一章 文獻(xiàn)綜述10圖1-3 濃度極化現(xiàn)象Fig.1-3 Concentration polarization發(fā)生濃度極化現(xiàn)象時，膜表面的濃度要高于熱側(cè)料液的主體濃度，也就是說熱側(cè)料液主體濃度越高，膜表面濃度也就越高，水蒸汽分壓也就越低，傳質(zhì)推動力也就越低。如果揮發(fā)性組分的蒸氣壓隨溶質(zhì)濃度的升高下降不明顯，濃度極化對膜通量的影響往往是可以忽略的。所以在稀溶液膜蒸餾過程中，濃度極化影響不大。但在濃度較高時，濃度極化就會嚴(yán)重影響膜通量，甚至膜表面濃度過高，會對多孔疏水膜的疏水性產(chǎn)生破壞作用，將膜潤濕，甚至出現(xiàn)結(jié)晶，堵塞膜孔等。Fortunato[43]等人研究發(fā)現(xiàn)，在其實驗條件下，濃度極化對膜蒸餾影響很小，甚至可以忽略。并用濃度極化系數(shù)來表示濃度極化的程度。CPC（ConcentrationPolarization Coefficient）越小

第一章 文獻(xiàn)綜述與溶液主體溫度有很大差別，這界層引起的，從而導(dǎo)致了蒸汽壓下樣，定義溫度極化因子(Temperamf mpbf bpT -TTCP=T -T兩側(cè)主體溫度與膜表面溫度的差，溫度極化因子是有效推動力與溫度極化不對膜蒸餾產(chǎn)生影響。以TCP 1。溫度極化現(xiàn)象如圖：

第一章 文獻(xiàn)綜述18圖1-5 膜結(jié)晶過程Fig.1-5 Membrane crystallization1. 純凈水儲槽；2.料液儲槽/結(jié)晶槽；3.膜組件；4.加熱器；5.循環(huán)泵；6.冷凝器在討論濃溶液的膜蒸餾過程時，當(dāng)溶液濃度達(dá)到深度濃縮甚至接近飽和時，涉及到膜結(jié)晶現(xiàn)象（Membrane Distillation Crystallization—MDC）。膜結(jié)晶是將膜蒸餾與結(jié)晶耦合起來處理和回收利用高濃溶液的過程。Wu 和 Drioli[72]首先報道了膜結(jié)晶（MDC）的可能性。Wu 等人[73]報道了他們通過 MDC 來處理醫(yī)藥廢水時，MDC 發(fā)生在通量幾乎為零時。Gryta[74]用一個完整的 DCMD 和結(jié)晶過程通過間歇和連續(xù)兩種操作方式來濃縮 NaCl 溶液。吳庸烈等人[75]討論了實現(xiàn)膜結(jié)晶的必要條件：溶質(zhì)是易結(jié)晶物質(zhì)；合適的操作條件使膜蒸餾過程一直占主導(dǎo)地位；選擇特定的溫度條件，使對應(yīng)的平衡濃度高于溶液的飽和濃度。馬潤宇等人[76]研究了濃鹽溶液的 DCMD 機(jī)理，表明當(dāng) NaCl 溶液濃度約為 25%時，膜滲透通量急劇下降，當(dāng) NaCl 溶液達(dá)到飽和時，通量逐漸趨于穩(wěn)定，認(rèn)為此現(xiàn)象是由于膜面上有 NaCl 結(jié)晶形成而導(dǎo)致的。Anthony 等人[77]討論了在物料液接近飽和時的通量影響因素和晶體鹽的形成

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