本文關(guān)鍵詞：正滲透—反滲透工藝同步污水再生和海水淡化的特性研究

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【摘要】：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實現(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。本實驗在優(yōu)化FO運行條件的基礎(chǔ)上,與反滲透(Reverse Osmosis,RO)聯(lián)用,考察了系統(tǒng)的水通量、脫鹽率和污染物截留特性,最后進行了經(jīng)濟和能耗分析,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,三種FO膜的A值和B值均有增加,且隨著壓力增加而增加,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,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為TFC-ESCTA-ESCTA-NW。當原料液錯流速率從8 cm/s增加到32 cm/s時,TFC-ES和CTA-ES膜的水通量增加幅度相當,而CTA-NW的增幅較少。接著采用優(yōu)選的TFC-ES膜進行壓力協(xié)同滲透(Pressure assited osmosis,PAO)性能測試,觀察RO運行特性,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,運行12h后,系統(tǒng)產(chǎn)水量較單獨RO工藝增加約150%,海水脫鹽率達到94.8%,整個系統(tǒng)對二沉出水中TN、TP和TOC的去除率分別達到98.1%、98.4%和99.6%,蛋白類和腐殖酸類有機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,達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT 19923-2005)。連續(xù)運行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95.2%,RO通量恢復99.1%。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工藝運行特性,并進行經(jīng)濟能耗分析。結(jié)果表明:運行12h后,系統(tǒng)產(chǎn)水量與單獨RO工藝相比增加約45%,海水脫鹽率達到97.8%。系統(tǒng)對二沉出水的TN、TP和TOC的去除率分別達到98.2%、97.5%和99.8%,產(chǎn)水純凈透明,達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT 19923-2005)。產(chǎn)水分子量主要分布在40~400Da之間。連續(xù)運行10天后,PAO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98%,RO通量恢復98.4%。FO-RO工藝相比單獨SWRO節(jié)約30%的能耗成本,增加20%~25%的固定成本(Capital expenditure,CAPEX),同時節(jié)省15%%~25%的運行成本(Operational expenditure,OPEX)。當FO膜通量達到25L/m2h以上,FO-RO混合系統(tǒng)經(jīng)濟可行。與模擬海水條件下的結(jié)果相比,RO膜污染較重,說明實際海水增加了RO膜污染。
【關(guān)鍵詞】：正滲透 壓力協(xié)同滲透 污水回用 反滲透 海水淡化
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703;P747
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRAT5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 國內(nèi)外污水回用現(xiàn)狀9-10
• 1.1.1 污水回用概況9-10
• 1.1.2 污水回用常用工藝10
• 1.2 海水淡化研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 海水淡化概況10-11
• 1.2.2 海水淡化技術(shù)的研究進展11-12
• 1.3 正滲透膜處理技術(shù)12-18
• 1.3.1 正滲透過程原理12-13
• 1.3.2 正滲透膜特性和影響因素13-17
• 1.3.3 正滲透技術(shù)的應(yīng)用17-18
• 1.3.4 壓力協(xié)同滲透原理18
• 1.4 FO-RO聯(lián)合工藝的展望18-19
• 1.5 技術(shù)路線及主要創(chuàng)新點19-20
• 1.5.1 技術(shù)路線19-20
• 1.5.2 主要創(chuàng)新點20
• 1.6 主要研究內(nèi)容及意義20-21
• 1.6.1 研究內(nèi)容20
• 1.6.2 研究意義20-21
• 2 實驗材料和方法21-32
• 2.1 實驗儀器和試劑21-23
• 2.1.1 主要儀器21-22
• 2.1.2 主要試劑22-23
• 2.2 實驗裝置23-25
• 2.2.1 正滲透膜23-24
• 2.2.2 原料液和汲取液24-25
• 2.2.3 正滲透裝置的運行25
• 2.2.4 反滲透膜25
• 2.2.5 反滲透裝置的運行25
• 2.3 實驗方法25-32
• 2.3.1 正滲透膜水通量25-26
• 2.3.2 正滲透膜鹽返混通量26-27
• 2.3.3 正滲透膜孔隙率的計算27-28
• 2.3.4 正滲透膜的A、B和S值測定28-29
• 2.3.5 正滲透膜截留率或反滲透脫鹽率29
• 2.3.6 正滲透膜親水性分析29
• 2.3.7 正滲透膜和反滲透膜形貌分析29
• 2.3.8 主要水質(zhì)指標的測定29-30
• 2.3.9 三維熒光光譜測定方法30
• 2.3.10 分子量分布測定—凝膠滲透色譜法30-32
• 3 正滲透膜的性能測試32-41
• 3.1 正滲透膜結(jié)構(gòu)32-34
• 3.2 正滲透膜的A、B和S值測定34-36
• 3.3 正滲透膜純水通量36-38
• 3.3.1 不同汲取液濃度下的水通量及鹽返混情況36-37
• 3.3.2 不同錯流速率下水通量變化情況37-38
• 3.4 正滲透膜污染水通量38-39
• 3.5 小結(jié)39-41
• 4 PAO-RO工藝對模擬海水的處理效果41-50
• 4.1 壓力協(xié)同滲透過程41-42
• 4.2 單獨反滲透測試過程42-44
• 4.2.1 反滲透膜結(jié)構(gòu)42-43
• 4.2.2 進水濃度對產(chǎn)水量和脫鹽率的影響43-44
• 4.3 PAO-RO過程中水通量變化44-45
• 4.4 TDS的變化及有機物截留情況45-46
• 4.5 PAO-RO運行過程中EEM分析46-47
• 4.6 PAO-RO運行過程中分子量分布分析47-48
• 4.7 連續(xù)運行條件下的水通量變化及反沖洗情況48
• 4.8 小結(jié)48-50
• 5 PAO-RO對實際海水的處理和經(jīng)濟能耗初步分析50-61
• 5.1 PAO-RO過程中水通量及TDS變化50-51
• 5.2 連續(xù)運行 12h后的膜污染情況51-53
• 5.3 三維熒光光譜分析53-54
• 5.4 分子量分布分析54-55
• 5.5 連續(xù)運行條件下的水通量變化及反沖洗情況55-56
• 5.6 經(jīng)濟能耗分析56-59
• 5.6.1 能耗構(gòu)成56-57
• 5.6.2 成本分析57-59
• 5.7 小結(jié)59-61
• 6 結(jié)論與建議61-63
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 建議62-63
• 參考文獻63-71
• 攻讀學位期間主要的學術(shù)成果71-72
• 致謝72

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 許艷;俞林波;趙洪啟;;中水回用現(xiàn)狀分析及展望[J];環(huán)境科技;2009年S1期

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3 張立卿;王磊;王旭東;王志盈;;城市污水二級出水有機物分子量分布和親疏水特性對納濾膜污染的影響[J];環(huán)境科學學報;2009年01期

4 張林妹;胡彩霞;杜鴻;張衛(wèi)華;;中水回用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];水科學與工程技術(shù);2008年01期

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本文編號：681802