【摘要】：近年來(lái)社會(huì)的工業(yè)化進(jìn)程加速,一定程度上導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的壓力日趨沉重,其中最為典型的例子就是可利用的淡水資源數(shù)量急劇減少和水污染問(wèn)題日益突出。膜蒸餾(MD)技術(shù)作為一種具備良好前景的海水脫鹽、純水制備及污水處理方法,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,在理論及實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得了一定的成果,但其產(chǎn)水效率較低、系統(tǒng)抗污染能力差以及長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性低等缺點(diǎn),阻礙了該技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用。圍繞提高管式膜蒸餾系統(tǒng)的通量及優(yōu)化膜組件的抗污染能力這一核心目標(biāo),本論文主要開(kāi)展了如下幾個(gè)方面的工作并得出了相應(yīng)的結(jié)論:1.高通量管式膜組件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)研究:首先從理論上分析出了膜組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)(中間氣隙層、冷凝壁材質(zhì)、冷凝面積等)會(huì)影響膜蒸餾系統(tǒng)傳質(zhì)過(guò)程,然后設(shè)計(jì)兩種氣隙層方式(2 mm氣隙/膜接觸)、三種材質(zhì)的冷凝管(銅質(zhì),不銹鋼,PE)、三組冷凝面積與膜工作面積比S_Ⅰ/S_Ⅱ(1:1.77、1:1.46、1:1.24)、兩種料液進(jìn)出口方式(中間進(jìn)出口,切向進(jìn)出口),考察膜組件中各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)膜通量的影響情況,確定出高通量膜組件的最佳方案為:以不銹鋼為冷凝管,S_Ⅰ/S_Ⅱ?yàn)?:1.24的切向進(jìn)出口膜接觸式組件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該組件的系統(tǒng)產(chǎn)水通量相比同一操作條件下的傳統(tǒng)氣隙式(AGMD)提升了2.1倍,產(chǎn)水效率與直接接觸式(DCMD)相當(dāng)。2.高通量膜蒸餾方式-膜接觸式(M-AGMD)與AGMD、DCMD循環(huán)濃縮過(guò)程對(duì)比研究:以1 mol·L~(-1)的KCl為料液,在同一膜蒸餾系統(tǒng)中采用三種不同的膜組件方式分別濃縮等量的料液,對(duì)比研究三種膜蒸餾濃縮過(guò)程的產(chǎn)水效率、運(yùn)行穩(wěn)定性及膜污染情況。結(jié)果表明:濃縮過(guò)程的產(chǎn)水通量DCMDM-AGMDAGMD,膜污染及膜潤(rùn)濕程度DCMDAGMDM-AGMD,M-AGMD膜表面接觸角降幅最小,膜接觸式膜蒸餾(M-AGMD)的綜合性能最佳。3.高通量膜蒸餾組件濃縮—結(jié)晶處理實(shí)際污酸廢液的應(yīng)用研究:首先探索膜蒸餾濃縮污酸的工藝可行性,然后對(duì)比研究了稀硫酸濃縮與污酸濃縮過(guò)程的差異性,并且重點(diǎn)研究了濃縮及結(jié)晶過(guò)程硫酸的回收以及脫As、F、C1情況、各階段產(chǎn)物的情況、膜材料的性能變化及冷凝管的腐蝕情況等。以污酸料液處理的“減量化、無(wú)害化、資源化”為原則,對(duì)污酸料液的處理采取三步式(1)先濃縮:在生產(chǎn)回用水的同時(shí)富集污酸料液中的有價(jià)資源(H_2SO_4、有價(jià)金屬等)并減少污酸料液的體積(濃縮后僅為初始體積的1/4,造水率為75%);(2)后結(jié)晶:濃縮液中的溶質(zhì)達(dá)到一定的過(guò)飽和度后在低溫條件下進(jìn)行結(jié)晶處理,將污酸料液中的重金屬離子及其它有害的雜質(zhì)元素從濃縮液中結(jié)晶析出,同時(shí)提高濃縮液中硫酸的品質(zhì);(3)再過(guò)濾分離:將濃縮液中的結(jié)晶產(chǎn)物過(guò)濾分離以結(jié)晶粉末的形式回收處理。研究結(jié)果表明,膜蒸餾濃縮過(guò)程污酸料液中的H~+和SO_4~(2-)得到了同步的富集,濃縮液中的硫酸回收率達(dá)到88.06%;濃縮-分離過(guò)程對(duì)As的綜合脫除效果最佳,而冷卻結(jié)晶過(guò)程對(duì)C1~-幾乎沒(méi)有脫除效果;雜質(zhì)元素As、F、Si等冷卻結(jié)晶后分別以砷的氧化物、氟化鹽、硫酸鹽、硅酸鹽以及其它混合鹽的形式從溶液中結(jié)晶出來(lái);膜熱側(cè)表面的粗糙度出現(xiàn)了一定程度的降低,但是膜材料的力學(xué)性能并未出現(xiàn)降低的趨勢(shì);不銹鋼冷凝管出現(xiàn)了一定程度的腐蝕。
【圖文】：

膜蒸餾的基本原理是在特定的多孔性疏水膜的兩側(cè)通過(guò)某種手段制造待分離組逡逑分的蒸汽壓差，并以此作為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)待分離組分從主體溶液中分離出來(lái)的膜逡逑過(guò)程。根據(jù)水蒸氣冷凝及滲透液收集方式的差異，，膜蒸餾可被劃分為圖１．１中的４種逡逑基本的方式：直接接觸式膜蒸餾（ＤＣＭＤ）、氣隙式膜蒸餾（ＡＧＭＤ）、氣掃式膜蒸逡逑餾（ＳＧＭＤ）、真空式膜蒸餾（ＶＭＤ）等【４］。逡逑Ｆｅｅｄ邋ｏｕｔ邐Ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｏｕｔ邐Ｆｅｅｄ邋ｏｕｔ邐Ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｏｕｔ逡逑ｗｋｒｎ＾ｍ邋１逡逑ｓｉｄｅ邋曜＂丨；邐Ｓｌｄｅ邋＾Ｓ＾，－ｔ｜ｅ￣ａｔｅ逡逑＊邐？？？Ｖ＊邐＊邐＊邐＊＊邋／邋－邋＃ｆ－ｆ邋＊邋１邋／邋—邋＊＊逡逑＿挸邐＿yU逡逑Ｆｅｅｄ邋ｉｎ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋Ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｉｎ邐Ｆｅｅｄ邋ｉｎ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋Ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｉｎ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑Ｆｅｅｄ邋ｏｕｔ邐Ｓｗｅｅｐ邋ｇａｓ邋ｏｕｔ邐Ｆｅｅｄ邋ｏｕｔ邐Ｖａｃｕｕｍ逡逑Ｆｅｅｄ邐Ｆｅｅｄ邐了逡逑ｓｉｄｅ邐１邐ｓｉｄｅ邐Ｉ逡逑Ｗｔ邋ｃｅ＝0＞邐0邐ｖ邋ｍＳＭ邋ｃｈ＝�。惧义希縴�，赫v|，邋Ｊ邐｜邐威…」逡逑Ｆｅｅｄ邋ｉｎ邐Ｓｗｅｅｐ邋ｇａｓ邋ｉｎ邐Ｆｅｅｄ邋ｉｎ逡逑（ｃ）邐（ｄ）逡逑圖１．１四種常見(jiàn)膜蒸餾方式結(jié)構(gòu)示意圖逡逑（ａ）邋ＤＣＭＤ；邋（ｂ）邋ＡＧＭＤ；邋（ｃ）邋ＳＧＭＤ；邋（ｄ）

膜蒸餾功能材料，利用交流阻抗法對(duì)膜蒸餾過(guò)程膜表面的污染情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，逡逑結(jié)果顯示，在膜污染開(kāi)始持續(xù)進(jìn)行時(shí)阻抗譜上低頻率區(qū)段（小于１００邋Ｈｚ）逐漸縮減，逡逑交流阻抗對(duì)膜表面污染的靈敏性優(yōu)于膜通量及電導(dǎo)率的變化。下圖１．２是“膜蒸餾”逡逑相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量與種類分布情況。逡逑：邐８０邋３邐Ｈｉ邋Ｏｔｈｅｒ逡逑７0？邐ＪＬ２９邐５５ｖｍｄ邐６２％逡逑■邋ｗｖｂ邋ｏｒｓｉ＇ｌｎｃｔ＊邋■邋ｓｃｌｎｅｅ邋ｄｌｒｔｒｃｌ邋■邋（＞ｕｏｌ｝＊ｏｏｌ邋ｓｃｈｏｌａｒ邋■邋ＣＮＫＩ邐＾0／0邐１７％逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．２邐“膜蒸餾”相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量與種類分布情況逡逑（ａ）各數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量與時(shí)間的變化：（ｂ）近十年膜蒸餾研究種類分布逡逑從文獻(xiàn)檢索的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，上世紀(jì)八十年代膜蒸餾技術(shù)的研究發(fā)展還處于起步逡逑階段，而到本世紀(jì)初期就己經(jīng)得到了快速的發(fā)展，不僅如此，近十年膜蒸餾領(lǐng)域的研逡逑宄文獻(xiàn)更是呈現(xiàn)出節(jié)節(jié)攀升的趨勢(shì)。根據(jù)研究工作者們近十年發(fā)表論文的關(guān)注點(diǎn)分布逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ051.893

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本文編號(hào)：2667479