真空膜蒸馏浓缩反渗透浓盐水的工艺研究_陈利

过滤与分离JournalofFiltration&Separation2009Vol.19No.31引言目前，海水淡化产生的浓盐水的处理问题被社会广泛关注，因为浓盐水直接排放到大海必然会造成环境的污染和生态的破坏[1]，浓盐水的处理解决了这一顾虑，而且其较高的浓度和较稳定的性质为海水化学资源的综合利用提供了方便。膜蒸馏（MembraneDistil－lation,MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸气压差为传质驱动力的新型膜分离过程[2]。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程，因此，实现膜蒸馏必须有两个条件：（1）膜蒸馏必须是疏水微孔膜；（2）膜两侧要有一定的温度差存在，以提供传质所需的推动力。根据下游侧挥发组分蒸汽冷凝方法或排除方法不同，膜蒸馏过程可分为：直接接触式膜蒸馏（DCMD）、空气隙式膜蒸馏（AGMD）、真空膜蒸馏（VMD）、气体吹扫式膜蒸馏（SGMD）。VMD具有可利用低品质热源（如太阳能、地热、废热）、截留率高、膜通量大、操作方便、占地面积小、对环境污染小等优点，被广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化、水溶液浓缩以及环境保护领域[3-5]。本文采用聚乙烯、聚丙烯疏水中空纤维膜作为实验用膜，真空膜蒸馏浓缩反渗透海水淡化浓盐水，并优化工艺参数，以利于海水化学资源的提取。2实验2.1材料及设备PP、PE中空纤维膜组件，自制，膜组建外型尺寸Φ45×640，内含膜丝2000根（PP），280根（PE），膜的性能参数如表1所示。表1PP、PE膜的性能参数2.2实验料液反渗透海水淡化浓盐水(浙江舟山某海水淡化厂)，电导率约为65000μs/cm。2.3实验装置本实验的VMD装置图如图1所示。反渗透海水淡化浓盐水经加热恒温槽加热至一定温度后，用料液循环泵抽出，经过转子流量计，进入中空纤维膜组件，膜蒸馏浓缩的盐水由膜组件流出后进入料液储瓶，使原液增浓，透过膜蒸馏组件的水蒸气在膜两侧压差驱动下达到冷侧，经冷凝冷却后成为VMD产品水，进入淡水收集瓶中。2.4膜蒸馏过程性能参数测定2.4.1膜通量J膜通量是膜蒸馏过程中重要的工艺指标，影响膜通量的因素有料液浓度、温度（温度差）、冷侧真空度、真空膜蒸馏浓缩反渗透浓盐水的工艺研究陈利，沈江南，阮慧敏（浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江杭州310014）摘要:分别采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜对反渗透海水淡化浓盐水进行真空膜蒸馏的研究。考察了膜下游真空度、浓盐水温度、浓度、流速对膜通量及截留率的影响。结果表明，真空度增大，膜通量和截留率呈增长趋势。料液温度升高，膜通量增加，截留率呈减少趋势。料液流速增加会使通量增加，截留率呈减少趋势，但影响相对不大。随着料液浓度的增加，膜的通量下降，截留率基本保持不变。本实验条件下最大截留率可达99.99%，表明利用真空膜蒸馏技术可有效实现反渗透海水淡化浓盐水的浓缩。关键词：真空膜蒸馏；聚乙烯；聚丙烯；反渗透海水淡化；浓盐水中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1005-8265（2009）03-0004-03收稿日期：2009-07-15基金项目：浙江工业大学重点项目资助（20090169）；国家大学生创新性实验计划项目资助（2008671223）作者简介：陈利（1987-），男，通信联系人：沈江南，E-mail:shenjn@zjut.edu.cn膜材料内径/μm外径/μm孔隙率/%膜孔径/μmPPPE300680400110040～50600.02-0.15约0.24··过滤与分离JournalofFiltration&Separation2009Vol.19No.3图1真空膜蒸馏流程示意图1－料液加热罐；2－料液循环泵；3－膜组件；4－过滤器；5－冷凝器；6－真空泵；7－真空罐；8－温度表；9－转子流量计；10－压力表料液流量等，其计算公式如下所示：J=VS·t式中，J为VMD过程膜通量，L/m2·h；V为一定时间测定的膜下游冷凝水的体积，L；S为膜的有效面积，m2；t为收集V（L）冷凝水所需的时间，h。2.4.2截留率RMD过程理论上的截留率应为100%，其计算公式如下所示：η=CF-CPCF×100%=ρF-ρPρF×100%式中，η为截留率，%；CF为原料液的浓度，g/L；CP为膜下游冷凝水的浓度，g/L，ρF为进料液电导率，μs/cm；ρP为馏出液电导率，μs/cm。3实验结果与讨论3.1膜下游真空度对膜通量及截留率的影响真空膜蒸馏是以压力差为传质推动力的过程，因此下游侧压力对整个过程影响很大。膜下游真空度对膜通量及截留率的影响如图2和表2所示。由图2可以看出，采用PP、PE中空纤维膜，在料液流量为60L/h，温度为50℃的操作条件下，跨膜通量随下游真空度的减小而降低，膜的截留率在99.9%以上，这可能是由于真空膜蒸馏的跨膜通量与膜两侧压差成