【摘 要】
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水体污染加剧了淡水资源短缺。安全、高效地利用海水或含盐废水,对于实现经济和社会的协调发展具有重要意义。膜蒸馏（MD）是一种新兴的脱盐技术,尤其适合因盐度太高而无法应用反渗透技术的场合使用。然而,传统MD过程中存在温度极化现象,温度极化系数（TPC）难以突破1.0,制约了渗透通量的提升,且增加能耗。因此亟待开发出新型MD工艺以解决该问题。本研究开发出一系列改良型真空膜蒸馏工艺。首先在膜组件的进料通道
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水体污染加剧了淡水资源短缺。安全、高效地利用海水或含盐废水,对于实现经济和社会的协调发展具有重要意义。膜蒸馏（MD）是一种新兴的脱盐技术,尤其适合因盐度太高而无法应用反渗透技术的场合使用。然而,传统MD过程中存在温度极化现象,温度极化系数（TPC）难以突破1.0,制约了渗透通量的提升,且增加能耗。因此亟待开发出新型MD工艺以解决该问题。本研究开发出一系列改良型真空膜蒸馏工艺。首先在膜组件的进料通道中设置导热层,使其直接加热常温进料液,构成SH-VMD系统。考察了系统在不同导热层温度、料液流速、系统真空度和料液浓度等操作条件下渗透通量和截留率的变化。结果表明,以35g/L的Na Cl为进料液,SH-VMD对盐分的截留率达到99.94%。与传统真空膜蒸馏相比,在流速为3 cm/s,真空度为90 k Pa时,渗透通量提高3.4%,传热效率提高29.6%,比能耗降低7.6%。然而,该工艺的TPC最高为0.98,其对温度极化的缓解程度仍有待提高。在SH-VMD基础上对工艺进行改良,将导热层置于疏水膜表面,使其向膜-水界面传递热量,构成MH-VMD系统。在热源温度为200℃时,MH-VMD的渗透通量为6.90 L/m~2·h,相比于SH-VMD工艺提高了20.6%。同时,传热效率提高了2.2%,比能耗降低了14.1%。此外,该工艺的TPC可达到1.16,摆脱了温度极化的负面影响。在MH-VMD工艺运行过程中,利用热源余热供热,可进一步将比能耗降低24.3%。但与SH-VMD相比导热层传递到膜组件内部的热量并无明显提升。结合上述两种工艺的优势,在膜组件内设置两个导热层,分别置于进料通道和疏水膜表面,构成DLH-VMD系统。其与MH-VMD相比,在外部热源为200℃时,导热层传递到膜组件内部的热量提高了106.6%;比能耗降低了43.1%;渗透通量提高了51.2%。此外DLH-VMD工艺中由于导热层的存在使水蒸气在膜孔中的冷凝减少,有效缓解膜孔冷凝现象。
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