膜蒸馏技术可在常压下实现料液的低温浓缩或分离,气扫式膜蒸馏具有较高的热效率和膜通量,且当膜出现亲水化润湿或破损时,料液不会与冷凝水混合造成冷凝水的污染或料液的损失;热泵是消耗少量电能即可同时满足膜蒸馏过程所需的热能和冷能的高效制热装置,与气扫式膜蒸馏集成可大幅度降低膜蒸馏过程的能耗。基于此,本文对热泵-气扫式膜蒸馏装置进行了较系统的理论分析和实验研究。设计了四种热泵-气扫式膜蒸馏集成装置的结构流程:开放型热泵-气扫式膜蒸馏装置、封闭型热泵-气扫式膜蒸馏装置、多效型热泵-气扫式膜蒸馏装置和料液预热型热泵-气扫式膜蒸馏装置,通过分析对比四种装置的结构、工作过程以及基本特点,表明料液预热型热泵-气扫式膜蒸馏装置具有较好的综合优势。针对料液预热型热泵-气扫式膜蒸馏装置,建立了相应的物理模型和数学模型,编制了相应的性能模拟软件,对装置节能倍率、装置产水速率、膜蒸馏组件的热效率、膜蒸馏组件的膜通量、热泵制热系数、热泵制热量等性能指标随中空纤维疏水膜管内直径、中空纤维疏水膜管根数、中空纤维疏水膜管长度、膜孔直径、膜孔隙率、料液流量、吹扫气流量、吹扫气进膜蒸馏组件温度、吹扫气进膜蒸馏组件相对湿度的变化规律进行了模拟分析;表明中空纤维疏水膜管根数、中空纤维疏水膜管长度、吹扫气流量、吹扫气进膜蒸馏组件温度对装置节能倍率和产水速率具有显著影响。以装置性能指标随关键参数的变化规律为指导,设计并制作了料液预热型热泵-气扫式膜蒸馏实验装置,采用质量分数为3.0%的Na Cl水溶液为实验料液,对实验装置在常压下对料液进行低温浓缩的可行性、从料液中分离出冷凝水的纯度、装置运行参数的调控方法、装置运行工况的稳定性和装置在稳定运行条件下的性能指标进行了较系统的实验研究;结果表明,实验装置可实现料液在常压下的低温浓缩,且从料液中分离出冷凝水的电导率可达0.17 m S/cm,通过辅冷器可有效实现实验装置的运行参数调控;当实验装置稳定运行且料液进膜蒸馏组件的温度设定为60℃时,实验装置的节能倍率可达2.76,但与理论模拟值相比仍有一定提升空间,分析了造成实验值与理论模拟值差距的基本原因,并提出了相应的改进方向,为热泵-气扫式膜蒸馏集成技术的产业化应用提供了较好的参考。