<samp id="gsh71"></samp><samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>
            <samp id="gsh71"></samp>
            <samp id="gsh71"><em id="gsh71"></em></samp>
            <delect id="gsh71"></delect>
            <samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>
              <samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>
                      您現在的位置: 中國污水處理工程網 >> 污水處理技術 >> 正文

                      高含鹽廢水模擬處理真空膜蒸餾技術

                      發布時間:2023-3-1 16:51:37  中國污水處理工程網

                      對于高鹽廢水的處理,傳統方法是首先將廢水減量濃縮,然后將濃縮液通過蒸發技術使鹽結晶,最終實現廢水脫鹽和鹽資源的回收。目前,已大規模工業化的濃縮方法主要有熱法和膜分離法。熱法主要是通過加熱的方式,將高鹽廢水中的水分蒸發出來,以達到濃縮和減容的目的,該方法通常利用水蒸氣作為熱源,因此耗能巨大,運行成本非常高。膜分離法使用選擇性透過膜作為過濾介質,以壓力差電勢差滲透壓等作為驅動力,實現含鹽廢水的濃縮,常見的膜分離工藝有微濾超濾反滲透電滲析等。對于膜技術,目前存在的主要問題是膜元件成本高膜污染及清洗等問題。

                      膜蒸餾技術是傳統熱蒸發過程與膜分離技術相結合的新型分離技術,其原理是在疏水性微孔膜的攔截作用下,阻止廢液以液體形式穿透膜孔,僅以揮發組分在膜兩側蒸汽壓差的推動下穿透膜孔,而非揮發組分則被攔截,最終實現混合物的分離和提純,具有濃縮倍數高能耗低等(使用30~70℃的低品熱源)特點。在常見的膜蒸餾技術中,真空膜蒸餾技術(vacuum membrane distillation,VMD)是利用真空泵使膜的透過側維持負壓狀態,從而增加膜兩側的蒸氣壓差以提高膜通量,與其他膜蒸餾技術相比,具有膜通量高溫度極化程度低等顯著優點,近年來得到了研究人員的廣泛關注。Mericq等采用VMD技術對反滲透處理后的海水濃縮液進行進一步濃縮,實驗結果表明,當透過側壓力為6000Pa溫度為50雷諾數為4000進水含鹽量為64~300g/L時,膜通量可達7~17L/(m2•h),VMD工藝可將反滲透處理后的海水濃縮液的體積減少81.9%。劉宇程等采用VMD技術處理經濕式氧化后的頁巖氣壓裂返排液,結果表明,當進水COD299mg/LNaCl濃度為67870mg/L時,在操作條件為料液溫度70真空度0.085MPa運行時間為90min情況下,出水NaCl含量僅為1.17mg/L,出水COD降至93.2mg/L。Wen等應用VMD技術處理低放射性廢水,實驗結果表明,當進水含鹽量高達80g/L時,VMD工藝對Cs()Sr()Co()的去污因子可分別達到600037008300。游文婷等采用VMD工藝對硫酸鈉和氯化鈣模擬廢水進行了處理研究,實驗選用聚四氟乙烯平板膜作為膜組件,結果表明:隨著進水溫度的升高冷側壓強的減小,通量隨之增大,VMD工藝的截留率均達到了99.99%以上。另外,隨著膜材料和疏水膜制造工藝的不斷發展,在保證較高膜通量的前提下,可有效降低膜污染問題,提高VMD工藝的穩定性和可靠性。

                      因此,對于高含鹽工業廢水,如油氣田產出水煉化廢水等須回用或外排的高鹽廢水,真空膜蒸餾技術是一個較好的選擇。本研究采用聚丙烯中空纖維膜元件,研究了真空膜蒸餾技術在不同條件下處理模擬高含鹽廢水的效果,分析了各因素對膜通量的影響程度,對真空膜蒸餾技術進行了初步探索,為高含鹽工業廢水提供新的處理選擇。

                      1、材料和方法

                      1.1 實驗材料

                      本實驗用水采用NaCl(上海國藥,分析純)模擬高含鹽廢水,濃度為35~200g/L。實驗所用膜為聚丙烯中空纖維膜(Wochi,WHPP96-20,中國),其主要性能參數如表1所示。

                      1.jpg

                      1.2 實驗裝置及運行

                      本實驗所用裝置如圖1所示,加熱后的高含鹽水經蠕動泵進入膜元件的膜絲內側,濃鹽水回流至進水箱內加熱繼續循環,鹽水中的水蒸氣在疏水膜兩側蒸汽壓差的驅動下透過膜孔,最后冷卻收集。

                      2.jpg

                      將配制好溶液加入加熱水箱中,待溫度上升至所需溫度后,開始進水進行實驗。每組實驗運行20min,重復進行3次,結果取平均值。

                      1.3 分析方法

                      Cl-濃度使用離子色譜進行分析(Dionex,ICS2100,USA)。

                      膜通量根據式(1)計算:

                      3.jpg

                      (1)中:J為膜通量,L/(m2h);Δm為Δt時間內的產水量,kg;A為膜的有效面積,m2;Δt為時間,h;ρ為液體密度,kg/m3。

                      真空度根據式(2)計算:

                      4.jpg

                      為了方便計算,本研究認為當地大氣壓為1個標準大氣壓,即1atm(1atm=101325Pa);真空度單位均折算為atm。

                      2、結果和討論

                      在真空膜蒸餾工藝中,透過側真空度料液溫度料液流速以及料液含鹽量對膜通量具有較大的影響,是VMD工藝的重要參數。因此,本研究采用單因素法,分別研究了上述四個影響因素對膜通量的影響,并采用多元線性回歸法對四個因素的重要性進行了分析。

                      2.1 真空度對膜通量的影響

                      在流量為41.8L/h溫度為70含鹽量為35g/L的條件下,研究了不同透過側真空度對膜通量的影響,其結果如圖2所示?梢钥闯,當真空度為0.1~0.6atm時,膜通量變化不大,為0.06~0.19L/(m2•h);當真空度由0.6atm增加至0.98atm時,膜通量呈線性增長(R2=0.9461),由0.19增加至4.21L/(m2•h)。有研究表明,當真空度由68kPa升高至82kPa時,裝置的產水量由2.0t/d升高至2.5t/d,真空度與產水量整體呈線性關系;在Alsadi等的研究中,也出現了類似的研究結果,當透過側絕對壓力由45kPa降至35kPa時,膜通量由線性增加。這是因為,在VMD過程中傳質驅動力與跨膜壓差成正比關系。

                      5.jpg

                      從圖2中還可以看出,存在一個臨界真空度,使膜通量開始線性增長,這可以使用安托萬經驗方程解釋。根據式(3),70℃時純水的飽和蒸汽壓為0.31atm,即只有當真空側的壓力小于等于0.31atm時,水蒸氣才會因蒸汽壓差的驅動向真空側遷移,即相應的臨界真空度為0.69atm(按當地大氣壓為1atm)。但是在本實驗中真空度的臨界點偏移至0.6atm,其原因可能是由于進液溫度計算方法造成的。在本實驗中,進液溫度是膜元件的入口溫度和出口溫度的平均值,由于實驗裝置未采取保溫措施,當進液溫度記錄為70℃時,實際的進口溫度和出口溫度分別為74℃和66℃,因此會在膜元件中形成溫度梯度,靠近進口的高溫料液具有更高的飽和蒸汽壓,可能會因正向的蒸氣壓差使部分水蒸氣透過膜絲。

                      6.jpg

                      (3)中:PSAT為純水的飽和蒸汽壓,mmHg(1mmHg=1/760atm133.32Pa);T為溫度,℃。

                      2.2 溫度對膜通量的影響

                      在流量為41.8L/h真空度為0.98atm含鹽量為35g/L時,研究了不同溫度對膜通量的影響,其結果如圖3所示?梢钥闯,膜通量與溫度成正相關,隨著溫度的不斷升高,膜通量由0.41L/(m2•h)逐漸升高至3.73L/(m2•h)。通過對比多個非線性方程擬合結果,發現膜通量與溫度具有良好的指數相關性(R2=1)。Xing等的研究表明,當溫度由75℃升高至90℃時,平均膜通量由3.95L/(m2•h)升高至6.12L/(m2•h);在Sun等實驗中,采用VMD工藝,通過對比三種不同的膜在不同溫度下的膜通量,發現隨著溫度的升高三種膜的膜通量均成指數升高。其原因是VMD過程中的傳質驅動力主要以膜兩側的蒸汽壓差為主,當真空側壓力為定值時,跨膜壓差僅取決于料液側的蒸汽壓,根據式(3),料液側的蒸汽壓與料液溫度呈指數關系。因此,隨著溫度的不斷升高,料液側的蒸汽壓跨膜壓差均呈指數上升,最終表現為膜通量與料液溫度成指數關系。

                      2.3 流速對膜通量的影響

                      本實驗通過調整進水流速,研究不同流速對膜通量的影響。流速控制范圍為10.5~41.8L/h(相應的雷諾數為100~400),真空度為0.98atm,溫度控制在70℃,進水含鹽量為35g/L。實驗結果如圖4所示,隨著流速的提高,膜通量由2.90L/(m2h)逐步升高至3.97L/(m2h)。其原因可能如下:首先,由于疏水性的膜只能透過水蒸氣,而將不揮發性的Na+Cl-截留,這些被截留的離子會在膜表面形成高濃度的離子界面層,離子界面層的存在降低了水蒸氣分壓,其厚度與膜通量成負相關。在層流狀態下,隨著流速的不斷增加,流場的擾動加強,使離子界面層厚度減小,因此膜通量上升;第二,在膜絲的表面,會形成一定厚度的溫度邊界層,不利于料液與膜表面的熱交換。當流速提高時,溫度邊界層的厚度會受到擾動或減小,進而提高傳熱效率,降低溫度極化效應,使膜通量增大;此外,流速增加縮短了料液在膜元件內的停留時間,減少了料液的溫降,使運行溫度提高,增加了膜兩側的溫差,使膜通量進一步增加。

                      7.jpg

                      隨著料液流速的不斷增加,膜通量會隨之提高,有部分研究表明膜通量會隨著進水流速的增加而趨于一個穩定值,也有部分學者的研究表明膜通量隨流速的增加成線性增加。其原因可能是隨著流速的不斷提高,流態逐漸由層流轉變成湍流,溫度界面層厚度和離子界面層厚度不會因流態的變化而持續減小,且將趨于某一固定值表現為膜通量先線性升高然后趨于某一穩定值。在本實驗中,流速范圍較低,均屬于層流狀態,因此流速和膜通量能夠較好的擬合為線性關系(R2=0.9615)。

                      2.4 含鹽量對膜通量的影響

                      在流量為48.1L/h真空度為0.98atm溫度為70℃時,研究了不同鹽濃度對膜通量的影響。由圖5可以看出,隨著進水含鹽量的增加,膜通量成線性降低趨勢(R2=0.9755);也有研究表明隨著鹽度的不斷增加,膜通量會經歷先以較弱的指數性降低,然后再快速線性降低的過程。其主要原因如下:首先,增加進水含鹽量會降低水的摩爾百分數,降低水的水蒸氣分壓,進而降低膜兩側壓差;第二,高濃度的鹽水會增加離子邊界層的厚度,增加傳質阻力,使膜通量減;第三,隨著含鹽量的增加,料液黏度會隨之增加,導致溫度界面層中的傳熱效率降低;此外,有研究表明,長時間高鹽度進水會導致鹽晶體在膜表面析出,這些晶體可能會堵塞膜孔道,直接導致膜通量的下降。在本研究中,當進水含鹽量高達200g/L時,與進水含鹽量50g/L相比,膜通量僅下降了26.8%,表現出良好的抗沖擊性。

                      8.jpg

                      2.5 多元線性回歸

                      通過上述研究可以發現,真空度流速和含鹽量均與膜通量線性相關,而溫度與膜通量成指數關系。但是如果采用線性方程對溫度和膜通量進行擬合,相應的線性方程也具有較高的擬合度(R2=0.9916)。因此,可以采用多元線性回歸法研究真空度溫度流速和含鹽量對膜通量的影響的重要程度,本研究應用多元線性回歸模型,對上述4個變量進行了回歸分析,模型公式為

                      9.jpg

                      (4)中:bai為系數;xi為影響因素;y為膜通量。

                      應用OriginPro2017進行了多元線性擬合,結果如表2所示?梢钥闯,真空度對膜通量的影響最大,其次為溫度,而進水流速和含鹽量由于顯著性系數大于p>0.5被認為對膜通量的影響并不顯著。多位學者的研究結果表明,在VMD過程中,透過側壓力(真空度)是影響膜通量最主要的因素,其比重超過50%,其他參數,如進液溫度進液流速進液含鹽量,則對膜通量的影響較小,這與本研究的結果相一致。

                      10.jpg

                      3、結論

                      通過研究真空度溫度流速和含鹽量對膜蒸餾工藝膜通量的影響,以及對上述4個因素與膜通量的關系進行的多元線性回歸擬合,得出以下結論。

                      (1)采用真空膜蒸餾技術處理高含鹽廢水是可行的。在最優條件下,即真空度為0.98atm溫度為70流速為41.8L/h含鹽量為35g/L時,膜通量可達到4.21L/(m2•h)。另外,在實驗過程中,所有冷凝裝置出水中的含鹽量均小于10μg/L,能夠達到回用或外排的標準。

                      (2)單因素實驗結果表明,真空度和進水流速與膜通量均成線性正相關,進水含鹽量與膜通量成線性負相關,溫度與膜通量成指數正相關。多元線性擬合表明,真空度的改變對膜通量的影響最大,進水溫度的影響次之,進水流速和濃度的改變對膜通量的影響較小。

                      本研究對真空膜蒸餾進行了初步探討,今后仍需對多種混合鹽情況下的工藝特性進行研究,提高工藝的適用性,為VMD的工業化應用奠定基礎。(來源:中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院)

                      相關推薦
                      技術工藝案例
                      小受咬床单失禁的gv在线观看

                                <samp id="gsh71"></samp><samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>
                                <samp id="gsh71"></samp>
                                <samp id="gsh71"><em id="gsh71"></em></samp>
                                <delect id="gsh71"></delect>
                                <samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>
                                  <samp id="gsh71"><legend id="gsh71"></legend></samp>