纳滤技术用于海水脱盐的研究

摘要

随着世界人口的增加和工业的发展，人类对淡水资源的需求日益增多，利用海水淡化技术获取淡水已成为解决水资源危机的有效途径之一。目前，海水淡化膜法主流工艺为SWRO法，现有的SWRO工艺存在着高操作压力(＞5.5MPa)、高能耗(＞3.0 KWh)、高设备投资（设备及管道采用不锈钢或双相不锈钢）的缺陷。针对SWRO法的技术缺陷，本课题提出了NF/EDR集成膜过程对海水淡化的研究。本文主要工作为其中NF单元的研究部分。
　　本论文采用NF90-4040NF膜组件对海水脱盐进行了试验研究，对操作压力、料液浓度、进水流量、温度四种因素对膜性能的影响进行了正交试验和方差分析。当P值小于0.0500时差异水平显著;P值大于0.0500时差异不显著。研究表明:操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对水收率的P值分别为0.0278、0.0024、0.0097、0.0986;操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对NF系统脱盐率的P值分别为0.8576、0.1891、0.2430、0.0826;操作压力、进料液浓度、进水流量、进水温度对NF本体能耗的P值分别为0.0471、0.0020、0.0101、0.1825。根据差异显著与否判断可知知:进料液浓度与进水流量对脱盐率、水收率、能耗影响均显著;操作压力对水收率、能耗影响显著;温度仅对脱盐率影响显著。
　　在上述工作的基础上，以TDS为35000 mg/l，对应电导率为51000 mS/cm的标准海水为原水，进一步对操作因素与脱盐率、水收率、能耗的关系进行了深入研究，研究表明:NF膜对盐分的总体截留率可达90％;对SO42-的截留率可达98％以上，对Ca2+、Mg2+截留率可达95％，对Na+、K+、Cl-的截留率可达84％;水收率可达50％以上，NF系统单独运行时本体最低能耗为2.3 KWh，集成能量回收运行时吨水能耗1.3 KWh，吨水可以节能1 KWh。本研究中所用的国产阀控式能量回收装置，其能量传递效率可达95％以上，能量回收效率可达47％。
　　最后对膜污染机理进行了探究并提出膜污染的应对措施。当膜使用一段时间后，膜的性能出现了不同程度的衰减。以TDS为35000mg/l海水为原水，新膜3.8 MPa时水通量为19.2 lmh，污染后膜的水通量为17 lmh。经物理清洗后水通量为17.6 lmh;经化学清洗后水通量为18.54 lmh。化学清洗效果优于物理清洗。
　　本文中NF单元最大操作压力为3.8 MPa，NF/EDR集成过程本体能耗为1.3KWh，与SWRO法操作压力5.5～6.0 MPa相比，NF/EDR集成技术有明显的技术优势，因此NF/EDR集成膜过程有望成为下一个海水淡化主流技术。
　　在既有工作的基础上，下一步工作的重点集中在NF过程与EDR过程之间的匹配与优化，以进一步降低集成过程的能耗、提高集成过程的水回收率。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 海水淡化技术

1．1．1 膜分离法

1．1．2 蒸馏法

1．1．3 海水淡化发展的趋势与前景

第二节 NF技术概述

1．2．1 NF特点

1．2．2 NF的分离特性

1．2．3 NF的分离机理

第三节 NF的应用

1．3．1 NF在废水处理中的应用

1．3．2 NF在给水中的应用

1．3．3 NF在海水淡化中的应用

第四节 研究内容和研究目标

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目标

第二章 实验装置与分析方法

第一节 膜元件与实验装置

2．1．1 膜元件

2．1．2 标准海水

2．1．3 实验装置

第二节 实验分析方法

2．2．1 钙离子的测定

2．2．2 镁离子的测定

2．2．3 氯离子的测定

2．2．4 硫酸根离子的测定

2．2．5 钠离子与钾离子离子的测定

第三节 NF指标的考察及计算方法

第三章 操作因素对膜分离性能、水收率、能耗的影响

第一节 实验总体方案

第二节 实验结果

3．2．1 操作因素对膜通量的影响

3．2．2 操作因素对水收率的影响

3．2．3 操作因素对系统脱盐率的影响

3．2．4 操作因素对能耗的影响

第三节 实验结果分析

3．3．1 压力对实验结果影响

3．3．2 进水浓度对NF过程分离性能影响

3．3．3 进水温度对NF膜分离性能的影响

3．3．4 进水流量对NF膜分离性能的影响

第四节 能量回收装置与效率评估

第五节 本章小结

第四章 膜污染研究及应对策略

第一节 进料液污染

4．1．1 膜孔堵塞及应对策略

4．1．2 微生物污染及应对策略

第二节 浓差极化及控制

第三节 污染发生后的应对措施

4．3．1 物理清洗效果分析

4．3．2 化学清洗效果分析

第五章 结论与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果