【摘要】：高濃鹽水零排放是我國環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求,如何解決高濃鹽水的零排放問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國部分企業(yè)的生存和發(fā)展,是如今國內(nèi)外關(guān)注度極高且迫切解決的問題之一。正滲透膜技術(shù)作為膜處理中的新型綠色技術(shù),以膜兩側(cè)的滲透壓差作為驅(qū)動(dòng)力,具有低能耗、抗沖擊負(fù)荷、操作維護(hù)簡單等特點(diǎn),可望應(yīng)用于高濃鹽水濃縮階段,滿足煤化工、石油等領(lǐng)域廢水減量化、資源化和零排放的要求。本課題采用課題組自制浸沒式正滲透膜組件處理高濃鹽水,通過改變汲取液側(cè)的溫度、濃度、流量及原料液側(cè)增加曝氣來改變正滲透膜兩側(cè)運(yùn)行過程中的流體力學(xué)條件,以期望減緩膜運(yùn)行過程中出現(xiàn)的濃差極化與膜污染現(xiàn)象。在兩種膜朝向下(FO模式與PRO模式),改變汲取液濃度、溫度、汲取液流量的單因素實(shí)驗(yàn)中,以膜通量和返混量作為膜分離性能的評價(jià)指標(biāo),分析不同操作條件對膜分離性能的影響,結(jié)果表明:PRO模式的膜通量明顯高于FO模式,內(nèi)濃差極化現(xiàn)象是影響膜通量的主要因素,升高汲取液側(cè)溶液的溫度,可增大汲取液中溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù),從而有效減弱內(nèi)濃差極化現(xiàn)象。通過響應(yīng)面分析法對影響正滲透膜通量的三個(gè)因素(汲取液濃度、溫度、流量)進(jìn)行分析預(yù)測優(yōu)化,得到最佳運(yùn)行條件,汲取液濃度為1.47mol/L氯化鈉,溫度為28℃,汲取液流量為0.95L/min,此時(shí)膜通量為9.90L/m~2·h,與預(yù)測值相對誤差為0.1%。為了改善正滲透過程中膜污染對膜通量的影響,本實(shí)驗(yàn)采取對膜面進(jìn)行曝氣的方式來提升膜性能。以膜通量和污染物截留率作為評價(jià)膜分離性能的評價(jià)指標(biāo),FO與PRO兩種模式下K~+、Ca~(2+)、SO_4~(2-)、氨氮的截留率均可以達(dá)到99%以上,Mg~(2+)的截留率在70%以上,在膜面進(jìn)行適度曝氣會(huì)有效減弱膜污染,提高膜通量。物理清洗可以在一定程度上恢復(fù)膜通量,且正滲透膜耐污染性很強(qiáng)。
【圖文】：

.3 正滲透膜分離技術(shù).3.1 正滲透膜技術(shù)分離原理正滲透也稱滲透，是自然界普遍存在一種滲透現(xiàn)象。在膜分離過程中，膜兩側(cè)壓不同，水分子以膜兩側(cè)的有效滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，主動(dòng)透過正滲透膜從滲透壓一側(cè)自發(fā)的滲透到滲透壓高的一側(cè)，使?jié)B透壓高的一側(cè)液位提高，直到膜兩側(cè)有透壓差與液位壓差相等時(shí)(ΔP=Δπ)，滲透過程停止。圖 1-1a 為壓力延遲滲透(Presetarded Osmosis，PRO)過程，圖 1-1b 為正滲透(Forward Osmosis,FO)過程，圖 反滲透(Reverse Osmosis，RO)。納濾[23](NF) 壓力差 二價(jià)鹽和糖 不對稱膜、復(fù)合膜 溶解擴(kuò)散反滲透[24](RO) 壓力差 懸浮物、大分子和離子 不對稱膜、復(fù)合膜 溶解擴(kuò)散電滲析[25](ED) 電化學(xué)勢 酸、堿、鹽等 陰陽離子交換膜離子在電場中的傳遞膜蒸餾[26](MD) 溫度差 非揮發(fā)的小分子和溶劑 微孔膜 通過膜的擴(kuò)散

(a) 對稱膜 (b) PRO 模式下非對稱膜 (c)FO 模式下非對稱膜圖 1-2 外濃差極化和內(nèi)濃差極化原理示意圖Figure 1-2 External concentration polarization and internal consistency polarization schematidiagram差極化是指在膜分離過程中，當(dāng)濃度差驅(qū)動(dòng)力作用于原料液時(shí)，溶劑滲透通質(zhì)被截留，，被截留的溶質(zhì)會(huì)在膜表面積累，導(dǎo)致膜表面原料液濃度會(huì)高于主如圖 1-3 所示）。這種濃度累積會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)向原料液主體的反向擴(kuò)散流動(dòng)，段時(shí)間后會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)溶質(zhì)以對流方式流向膜表面的通量等于溶質(zhì)量加上從膜表面反向擴(kuò)散回主體的通量，這稱為濃縮性的外濃差極化現(xiàn)象，象提高了進(jìn)料液側(cè)膜面溶液的主體濃度，從而降低了膜兩側(cè)的有效滲透壓差
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;TQ028.8

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本文編號：2612603