膜分离海水淡化技术_蔡振雄

第5卷第1期2X(X)年3月集美大学学报(自然科学版)oJtuT回ofIJenIiU~isryt(Nait止al阮lecen)VOI.5NO.Mar.2X(X)〔文章编号」107一7粼)5(2仪刃)01一87一。·综述·膜分离海水淡化技术蔡振雄,(集美大学轮机系,范志贤福建厦门361022)[摘要]概述了膜分离海水淡化技术机理,介绍了三种目前应用潜力较大的薄膜蒸馏淡化装置,并对膜分离淡化技术的淡化机理、产水质量和产水量进行比较.并进一步分析其性能特点及其发展应用前景.〔关键词〕膜分离;反渗透;薄膜蒸馏;海水淡化技术【中图分类号」u仅讲.5+91【文献标识码」A0引言膜分离海水淡化技术有反渗透式和薄膜蒸馏式.反渗透式是60年代开始迅速发展起来的一项新技术,80年代进人实船应用;薄膜蒸馏式则是膜分离家族中较为年轻的成员,仅有十多年历史,但发展迅速,现已开始步人应用阶段.特别是日本已率先将其应用于船上.本文将综述膜分离海水淡化技术的机理,分析比较两种膜分离技术的性能特点,并对其实船应用和发展前景进行探讨.1膜分离海水淡化技术机理1.1反渗透淡化技术反渗透(R.0一RveeoeO~515)是一种迫使海水通过半渗透性膜的淡化过程.这种膜的作用是只允许纯水通过而排斥盐离子.反渗透(R.0.)过程要求将环境温度下的海水增压,然后使其暴露在半渗透性聚合膜上,在无相变的情况下,膜表面排除了水中的盐份.反渗透膜是由半渗透的聚合材料制成,有平板膜和中空纤维膜两种型式.〔`一3]1.2薄膜蒸馏淡化技术薄膜蒸馏是一种将加热的海水通过多孔性疏水膜(有时也称蒸馏膜)进行蒸发,蒸发出的蒸汽在膜的另一侧冷凝的过程.疏水膜起到液体与蒸汽间分界面的作用.这种蒸馏方法不同于常规蒸馏器,大大缩小乃至实际上取消了蒸汽空间.但疏水膜不能取代换热面,在薄膜蒸馏装置中,还需设计与膜面积相等的换热面.从文献报道来看,目前有空气隙式、直接接〔收稿日期」1塑珍一0’7一02〔作者简介〕蔡振雄(1952一),男,副教授,从事轮机技术管理方面研究.DOI:10.19715/j.jmuzr.2000.01.018集美大学学报(自然科学版)第5卷触式和扫气式等三种薄膜蒸馏装置〔幻.2.1空气隙式(或称冷却壁式)薄膜蒸馏装置这种装置主要由热液系统,冷液系统和蒸馏水系统组成(见图1).泵1把经由加热器3加热的热液泵进薄膜蒸馏器5,通过疏水膜(Pl下E膜,即聚四氟乙稀膜),热液在膜侧边流动边蒸发,在膜另一侧被冷凝下来的淡水送至淡水舱,未蒸发的热液返回加热器.泵2把冷却的冷液送进膜蒸馏器,把膜一侧的蒸汽冷凝成淡水,然后又返回冷却器冷却.这种方式,冷却水是通过壁面冷却蒸汽的,通常壁面和薄膜之间的距离约有1~的空气隙.“空气隙式”薄膜蒸馏装置由此而得名.P’fEE图1空气隙式薄膜蒸馏装置工作原理图1.2.2直接接触式(或称毛细管式)薄膜蒸馏装置图2所示为直接接触管状膜蒸馏装置工作原理图.该装置由管状膜蒸馏器、加热系统、冷却系统三大部分组成.海水经加热器加热后由热液循环泵送人管状膜蒸馏器,热液在由管状膜制成的“管壳式换热器”的管侧流动并蒸发,而冷却液在壳侧流动,蒸发出的蒸汽直接凝结于冷却液中,然后由冷却水循环泵压回到冷却器.海水不断补充到加热系统中,淡水源源不断地从冷却系统放人淡水舱.如此循环,海水就得到了淡化.直接接触管状膜蒸馏装置结构最为简单,装置运行时便于自动化,建议作为实船应用研究s[].lI馏器系统2一加热系统;3一冷却系统;5一冷却水循环泵。蒸环管热状液膜循卜妇1.2.3扫气式薄膜蒸馏装置如图3所示,该装置是由薄膜蒸馏器、气汽冷却器、气体处理系统、热液循环系统组成.水箱中的海水通过循环泵,经过滤进人加热器加热送入薄膜蒸馏器进行蒸发,未蒸发的热液返回水箱.由空气瓶来的压缩空气经干燥、冷却、除湿、过滤等严格处理的空气引人薄膜蒸馏器来扫除热液蒸发出的蒸汽,通过气汽冷却器,将气汽混合物冷凝成蒸馏水送淡水舱.该装置不但需要专门的气体处理系统(属运行耗气型),而且对供水除气要求也较高.图2直接接触式管状膜蒸馏装置工作原理图膜分离淡化技术的比较淡化机理这两种淡化装置均是通过膜来制取淡水,同属膜分离过程.但这两种膜的物理性能和制第1期蔡振雄等:膜分离水淡化技术淡机理截然不同,蒸馏用膜的孔径比水分子、盐离子大得多,可达脚数量级,在温差驱动下能使水分子和盐离子彼此分开.而反渗透(R.O.)膜非常细密,孔径极小(和水分子相当),需在高压下(5.0一7.OMaP)水分子才能透过膜,其驱动力是压差.两者的工作机理各异,构造强度也差别甚大.2.2产水质量反渗透海水淡化装置中,通过反渗透(R.0.)元件的给水约有20%转换成淡水,此淡水一般含盐度0汉X刃3,符合饮用水标准(盐度水箱循环水泵图3扫气式薄膜蒸馏装置工作原理图