寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验

第34卷第15期农业工程学报Vol.34No.152382018年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2018寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验刘娟，田军仓※（1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川750021；3.旱区现代农业水资源高效利用工程研究中心，银川750021）摘要：针对目前反渗透（reverseosmosis，RO）浓水的零排放以及膜蒸馏产生的蒸汽冷凝及相变热回收问题，该文设计了一套适用于寒冷地区的太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统。系统主要由太阳能集热器、膜蒸馏组件、冷凝装置及真空泵等部分组成。该系统在宁夏银川市贺兰县的苦咸水地区进行了试验，对太阳能的集热效果、减压膜蒸馏的RO浓水淡化效果、冷凝装置的冷凝效果及对温室作物的加热效果进行了测试分析。试验表明：所选的太阳能集热器面积基本可以满足全年的膜蒸馏用热，在反渗透淡水池中设计的不锈钢散热盘管长度可以满足蒸汽冷凝要求，在地表以下30～40cm处铺设地热盘管可以满足蒸汽冷凝要求和温室加热需求。在浓水进水温度为80℃、渗透侧真空压力为-0.080MPa时，减压膜蒸馏系统产水量可以达到37.62L/h，但随着膜蒸馏系统运行时间的加长，膜污染加重，产水量逐渐降低，在系统运行了近240h以后，对膜组件进行清洗，清洗后的系统产水量比清洗前提高了近1.5倍。通过试验验证，该系统基本能够满足寒冷地区温室的使用要求。该研究对降低膜蒸馏系统能耗、解决膜蒸馏的蒸汽冷凝及相变热回收、实现RO浓水零排放、减少浓水对环境污染具有重要意义。关键词：太阳能；温室；反渗透；减压膜蒸馏；RO浓水淡化；寒冷地区doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.15.030中图分类号：S273.4；S214.3文献标志码：A文章编号：1002-6819(2018)-15-0238-08刘娟，田军仓.寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验[J].农业工程学报，2018，34(15)：238－245.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.15.030http://www.tcsae.orgLiuJuan,TianJuncang.DesignandexperimentonRObrinedesalinationsystembysolarvacuummembranedistillationincoldregion[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2018,34(15):238－245.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.15.030http://www.tcsae.org0引言在众多的苦咸水/海水淡化技术中，反渗透技术是最先进有效、最节能的膜分离技术，然而反渗透（reverseosmosis，RO）浓水的处理却是目前难以解决的一个问题。对于RO浓水处置最普遍的做法是直接排放，这样既造成水资源浪费，又对环境产生严重污染。利用膜蒸馏技术处理RO浓水受到越来越多人的关注。膜蒸馏（membranedistillation，MD）是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新型技术，它以疏水性微孔膜两侧的蒸汽压差作为传质推动力，该过程受热侧溶液浓度的影响很小，因此可用于RO浓水的处理。国内外众多学者利用膜蒸馏对高浓度盐水进行了浓缩处理试验，结果表明膜蒸馏是一种处理高浓度盐水非常有前景的技术。Li等[1]利用直接接触膜蒸馏（directcontactmembranedistillation，DCMD）对高浓度盐水进行收稿日期：2018-04-01修订日期：2018-07-03基金项目：国家自然科学基金（51469027）；公益性行业（农业）科研专项经费项目（201203003-4）；宁夏高等学校一流学科建设项目（NXYLXK2017A03）联合资助作者简介：刘娟，女，山东人，副教授，博士生，主要从事苦咸水处理方面的研究，Email:nxdxlj1980@163.com。※通讯作者：田军仓，男，陕西人，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉理论和技术、水资源高效利用和水资源工程等方面的研究，Email:slxtjc@163.com..处理。Mericq等[2]利用真空膜蒸馏（vacuummembranedistillation，VMD）对300g/L浓盐水进行处理，模拟并优化了操作条件