纳滤技术用于海水脱盐的研究

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随着世界人口的增加和工业的发展,人类对淡水资源的需求日益增多,利用海水淡化技术获取淡水已成为解决水资源危机的有效途径之一。目前,海水淡化膜法主流工艺为SWRO法,现有的SWRO工艺存在着高操作压力(>5.5MPa)、高能耗(>3.0 KWh)、高设备投资(设备及管道采用不锈钢或双相不锈钢)的缺陷。针对SWRO法的技术缺陷,本课题提出了NF/EDR集成膜过程对海水淡化的研究。本文主要工作为其中NF单元的研究部分。  本论文采用NF90-4040NF膜组件对海水脱盐进行了试验研究,对操作压力、料液浓度、进水流量、温度四种因素对膜性能的影响进行了正交试验和方差分析。当P值小于0.0500时差异水平显著;P值大于0.0500时差异不显著。研究表明:操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对水收率的P值分别为0.0278、0.0024、0.0097、0.0986;操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对NF系统脱盐率的P值分别为0.8576、0.1891、0.2430、0.0826;操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对NF本体能耗的P值分别为0.0471、0.0020、0.0101、0.1825。根据差异显著与否判断可知知:进料液浓度与进水流量对脱盐率、水收率、能耗影响均显著;操作压力对水收率、能耗影响显著;温度仅对脱盐率影响显著。  在上述工作的基础上,以TDS为35000 mg/l,对应电导率为51000 mS/cm的标准海水为原水,进一步对操作因素与脱盐率、水收率、能耗的关系进行了深入研究,研究表明:NF膜对盐分的总体截留率可达90%;对SO42-的截留率可达98%以上,对Ca2+、Mg2+截留率可达95%,对Na+、K+、Cl-的截留率可达84%;水收率可达50%以上,NF系统单独运行时本体最低能耗为2.3 KWh,集成能量回收运行时吨水能耗1.3 KWh,吨水可以节能1 KWh。本研究中所用的国产阀控式能量回收装置,其能量传递效率可达95%以上,能量回收效率可达47%。  最后对膜污染机理进行了探究并提出膜污染的应对措施。当膜使用一段时间后,膜的性能出现了不同程度的衰减。以TDS为35000mg/l海水为原水,新膜3.8 MPa时水通量为19.2 lmh,污染后膜的水通量为17 lmh。经物理清洗后水通量为17.6 lmh;经化学清洗后水通量为18.54 lmh。化学清洗效果优于物理清洗。  本文中NF单元最大操作压力为3.8 MPa,NF/EDR集成过程本体能耗为1.3KWh,与SWRO法操作压力5.5~6.0 MPa相比,NF/EDR集成技术有明显的技术优势,因此NF/EDR集成膜过程有望成为下一个海水淡化主流技术。  在既有工作的基础上,下一步工作的重点集中在NF过程与EDR过程之间的匹配与优化,以进一步降低集成过程的能耗、提高集成过程的水回收率。
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