减压膜蒸馏淡化罗布泊地下苦咸水研究_李玲

减压膜蒸馏目前已在许多领域取得了有价值的研究成果，尤其在海水淡化[1]、溶液浓缩[2]、超纯水[3]的制备等领域得到了广泛的应用。本文选择有典型代表的新疆地下苦咸水作为研究对象，确定减压膜蒸馏这种新型的、高效的分离技术淡化苦咸水的实际意义。SHB-!!!循环水式多用真空泵：郑州长城工贸有限公司；磁力驱动循环泵：上海天潼给水有限公司；超级恒温器：上海实验仪器厂；电子天平：北京赛多利斯天平有限公司；DDS-HF型数字式电导仪：江苏江分电分析仪器有限公司；膜组件（聚丙烯中空纤维膜）：国家海洋局天津海水淡化研究所。膜的渗透通量是指单位时间单位膜面积通过的水蒸汽的质量。其计算公式为:!#$%&’(（1）式中,#为馏出液质量g;&为有效膜面积m2;’为运行时间h。由于NaCl水溶液其含盐量的变化在较宽范围内其浓度与电导率的比值为常数[4],在计算截留率过程中，使用电导率代替浓度计算。膜的截留率计算公式为[5]：!!)#)$)!%&&’!#$!%&&’（2）式中,)h为进料浓度g/L;)c为馏出液浓度g/L;!h为进料电导率!S/cm;!c为馏出液电导率!S/cm。减压膜蒸馏装置包括真空系统、水循环系统、真空纤维膜组件及冷凝收集系统,见图1。用超级恒温器加热料液，磁力驱动泵使料液循环，料液走管程，以内压式运行。渗透过膜的蒸汽被真空带离膜表面，至冷凝管冷凝，冷凝温度为22!。实验进行间歇式操作，每次改变一定的操作条件(进料温度、冷侧真空度、进料流量等)，均待系统稳定后开始取样。一定时间后取出渗透液,在室温下进行测试，用电子天平称量收集时间内的渗透液质量，用电1恒温水浴；2#磁力驱动泵；3$流量调节阀；4%膜组件；5&真空度调节阀；6’冷凝管；7(冷却水；8)接收瓶；9*水循环式真空泵Fig.1Schematicdrawingofvacuummembranedistillation������������李玲,匡琼芝,闵犁园,张建芳(新疆大学化学与化工学院，新疆乌鲁木齐830046)考察了减压膜蒸馏淡化高浓度盐溶液过程中料液温度浓度冷侧真空度对膜通量及截留率的影响#结果表明!温度与膜的渗透通量成指数关系$浓度对膜渗透通量的影响呈倒S形$冷侧真空度拐点后膜的通量与膜两侧水蒸汽分压平方根的差成直线关系#这种关系说明了水蒸汽在膜孔内的传质过程是以扩散为主$将减压膜蒸馏过程应用于新疆某地下电导率达到102500+S/cm的地下苦咸水淡化处理#可获得馏出液电导率均小于10,S/cm的较好效果%设计了出水量约为1m3/h的减压膜蒸馏装置&并初步进行了经济评价%减压膜蒸馏;膜通量;苦咸水TQ028.8A1000-3770(2007)01-067-04修改日期：2006-10-19基金项目：新疆大学科研基金项目(QN040118)作者简介：李玲(1965-),女，副教授，主要从事膜分离研究；联系电话：13999171832；E-mail:llnwzd2@163.com。第33卷第1期2007年1月Vol.33No.1Jan.,200767DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2007.01.017导率仪测定原料液和渗透液的电导率。实验采用聚丙烯（PP）中空纤维膜组件。膜参数为内径0.4mm；外径0.45mm；平均孔径0.3!m；孔隙率55%。测试不同浓度下的氯化钠水溶液。表1给出了馏出液的电导率和膜的截留率数据。从表1中可以看出，截留率基本都达到99.9%以上，而且电导率不随着浓度的增加而变大，都在5!S/cm以下，由此可见PP膜的截留率很高,并且馏出液水质稳定。浓度对减压膜蒸馏通量的影响因素比较复杂的。图2考察了NaCl浓度在0!60g/L范围内浓度对膜通量的影响。由图2可知，在010g/L较稀浓度范围，膜通量随浓度的变化数值基本不变。在20#40g/L浓度范围内随浓度的增加，膜通量下降较快，这是由于料液浓度的增加引起料液中水蒸汽分压的减小，而且浓度的增加导致温度和浓度边界层的增厚，膜面处的温度降低，浓度升高，使跨膜推动力减小。而将溶液浓度继续增加时，膜通量随浓度变化不明显，经分析认为这是因为当料液侧浓度较高时，膜表面的浓度梯度边界层的厚度保持相对稳定所致。不同的物质，膜通量达到稳定状态时的浓度也不一样。图3考察了MgSO4、CaCl2在不同浓度下分别对膜通量的影响。对于MgSO4溶液，浓度超过30g/L时膜通量基本保持不变。对于CaCl2溶液，浓度超过20g/L时膜通量基本保持稳定。由此可见，当盐溶液浓度超过某一界限时，继续提高溶液浓度，浓度对渗透通量影响不是很大，基本保持稳定。表明减压膜蒸馏适用于淡化含盐量较高的浓盐水，这为含盐量较高的苦咸水的淡化处理提供了依据。配制原液电导率分别为6690!S/cm、3750!S/cm的氯化钙和硫