纳滤海水淡化及其脱硼性能研究

纳滤海水淡化及其脱硼性能研究纳滤海水淡化及其脱硼性能研究StudyonNanofiltrationSeawaterDesalinationanditsPerformanceofBoronRemoval一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程作者姓名：刘杰指导教师：王志教授解利昕研究员天津大学化工学院二零一零年一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要双级纳滤海水淡化是一种新型的海水淡化技术，它采用双级流程将操作压力较低的纳滤技术应用于海水淡化领域，以降低能耗，同时保证产水水质基本达到饮用水标准，有望成为由海水制取饮用水的重要技术。本文利用商业膜元件对双级纳滤海水淡化进行了详细研究，并针对其脱硼问题，提出了络合+双级纳滤的新型海水淡化脱硼方法。建立了单元件商业膜实验装置，基于双级纳滤海水淡化的特点及饮用水水质要求，对不同纳滤膜元件进行了对比筛选实验，选择FilmtecTMNF90-4040纳滤膜为本实验用膜。详细考察了压力、温度、流量等因素对双级纳滤的脱盐产水性能及浓水结垢的影响，获得面向工业应用的传质数据及规律。结果表明双级纳滤可有效降低海水盐度。在第一级进水压力35bar，进水流量2.46m3/h，温度20℃条件，第二级进水流量1.8m3/h，进水压力10-30bar的较宽范围内，产水TDS均可达到饮水水质标准。对于不同进水盐度条件下产水TDS-进水压力曲线变化规律进行了探讨。首次利用商业膜元件详细考察了双级纳滤海水淡化脱硼效果，并在第二级进水进行了调节pH值脱硼研究。在实验条件下，在第二级进水pH值为10.3时最终产水硼浓度可降至1.0mg/L左右。首次提出利用多羟基化合物络合与双级纳滤相结合进行海水淡化脱硼的方法，并对络合反应+双级纳滤的新型脱硼过程进行了深入研究。经过筛选实验，选择山梨醇为本实验络合添加剂，并分别考察了其在第一级与第二级的络合除硼效果。实验结果表明，此方法可有效降低硼含量，结合pH调节可将第二级产水硼浓度降至0.1mg/L以下。通过分子模拟显示，络合反应后的含硼基团分子尺寸及构型均有较大变化，利于纳滤膜对其截留。通过实验数据计算得到产水通量系数与盐通量系数，建立了递推公式，模拟计算工业规模流程的产水性能。考察了单级操作过程各影响因素对能耗的影响。建立了3种不同双级纳滤海水淡化流程的能耗模型，与传质方程相结合计算得到不同双级纳滤流程的能耗及操作因素的影响规律，并与反渗透过程进行比较。结果表明双级纳滤海水淡化可在一定程度上降低产水的吨水能耗，是一种经济可行的海水淡化方法。关键词：关键词：双级纳滤海水淡化硼络合山梨醇多羟基化合物能耗IABSTRACTNanofiltrationmembrane,asakindmembranewithlowoperationpressure,wasusedinseawaterdesalinationbyadual-stageprocesstoreducetheenergyconsumptionandensuretheproductiontomeetdrinkingwaterstandards.Sothedual-stagenanofiltrationseawaterdesalinationwasexpectedtobeanimpotantdesalinationtechnologyinfuture.Thecommercialnanofiltrationmembranemodularwasemployedtoinvestigatethedual-stagenanofiltrationprocessinthispaper.Anovelcomplex-dualstageNFprocesswasalsostudiedtosovletheboronremovalproblem.Asingleelementexperimentequipmentwassetup.Basedonthefeatur