【摘 要】
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缓解淡水资源匮乏、控制燃煤电厂脱硫废水排放对社会可持续发展和环境治理有着重要意义。膜蒸馏技术是突破这一问题的有效手段,然而膜蒸馏技术存在膜污染、膜通量低等技术瓶颈。因此,寻求有效抑制膜污染、提升膜通量的新技术意义重大。针对膜蒸馏的膜污染问题,采用直流静电场协同膜蒸馏的手段,研究了不同电压大小、电极间距、电场强度及电压极性下膜结晶率的变化趋势。实验结果表明:将静电场和膜蒸馏相结合可以抑制膜蒸馏过程膜
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缓解淡水资源匮乏、控制燃煤电厂脱硫废水排放对社会可持续发展和环境治理有着重要意义。膜蒸馏技术是突破这一问题的有效手段,然而膜蒸馏技术存在膜污染、膜通量低等技术瓶颈。因此,寻求有效抑制膜污染、提升膜通量的新技术意义重大。针对膜蒸馏的膜污染问题,采用直流静电场协同膜蒸馏的手段,研究了不同电压大小、电极间距、电场强度及电压极性下膜结晶率的变化趋势。实验结果表明:将静电场和膜蒸馏相结合可以抑制膜蒸馏过程膜表面结晶的形成,在不同电场强度和电压极性下,膜结晶可有效抑制16.50%至95.80%。膜结晶抑制效果存在极性效应,正极性抑制效果强于负极性。仿真计算发现:薄膜表面电场模呈对称分布,薄膜表面中心电场模最大,沿径向电场模逐渐减小。薄膜上方场强随距薄膜距离的增大而增强,薄膜与盐水溶液的接触面场强高于薄膜下方盐水内场强,且溶液内部场强距离薄膜越远,场强越小。电场强度越强,抑制无机盐结晶形成的效果越强,薄膜表面晶体形成几率低于溶液内部,且薄膜中心的结晶沉积抑制效果最佳。针对膜蒸馏的膜通量问题,采用直流电晕放电协同膜蒸馏的手段,研究了不同电极结构、放电强度、电压极性及电极间距下膜蒸馏淡化盐水的膜通量特性。实验结果表明:在电晕场中引入膜蒸馏结构,只改变电晕起晕电压,不改变放电形态,伏安特性依然满足汤森模型。将电晕场和膜蒸馏相结合可以提高膜蒸馏过程传质效率,同时电晕场对薄膜无破坏作用。在不同电极结构、放电强度、电压极性和电极间距下,膜通量可提高1.39%至39.13%。膜通量促进效果与电极结构有关,存在极性效应。膜通量促进效果与电极间距即放电空间的大小有关,当疏水膜位于两电极下方时,促进效果与电极间距呈正相关关系,当疏水膜位于两电极中间时,促进效果与电极间距呈负相关关系。膜蒸馏传质过程与电晕放电形成的离子风密切相关,离子风风速实验结果表明:直流电晕放电离子风风速值与电极结构参数有关,且存在极性效应,正离子风风速整体高于负离子风风速。减小电极间距,可以提高离子风风速值。本文研究认为,在静电场抑制膜表面结晶过程中,水分子极化重排起主导作用,水中的阳离子和阴离子不能自由运动而相互结合,抑制无机盐结晶的形成。在电晕辅助膜蒸馏过程中,薄膜上方荷电液滴的定向电泳对膜通量起一定程度的抑制作用,而离子风的形成及发展起促进作用。在直流静电场和直流电晕放电协同作用下,膜蒸馏的膜污染和膜通量问题均可得到显著改善,本文研究结论对直流电场下膜蒸馏处理废水效率的提高提供一定理论基础。
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