膜蒸馏技术培训课件

1、膜蒸馏（membrane distillation）膜蒸馏技术第1页 主要内容膜蒸馏原理膜蒸馏操作方式膜蒸馏研究技术应用膜蒸馏研究发展趋势膜蒸馏技术第2页膜蒸馏原理部分膜蒸馏技术第3页 膜蒸馏(membrane distillation，简称MD) 是膜技术与蒸馏过程相结合分离过程膜蒸馏技术第4页膜一侧与热待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发组分在膜面处汽化经过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其它组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯目标。膜蒸馏技术第5页20世纪60年代前20世纪60、70年代20世纪80年代至今20世纪60年代

2、前，膜蒸馏技术就已经在国际上开始了较系统研究，但因为受到技术条件限制，膜蒸馏效率不高。20世纪60、70年代，膜分离研究者致力于采取反渗透、超滤、微滤等膜技术来处理水处理问题，膜蒸馏一直没有引发人们足够重视。20世纪80年代初因为高分子材料和制膜工艺技术快速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力近几十年来对这一新型膜分离过程研究不停深入，即使至今还未见大规模工业生产应用报道，但不论在传质、传热机理方面还是在应用方面研究都取得了巨大进步，一些与膜蒸馏相关膜过程相继出现并一样引发人们重视膜蒸馏技术第6页膜蒸馏传质机理J=KmP (Km值预测)气态分子经过多孔介质三种机理： Knudsen扩散，分子扩散，P

3、oiseuuille流动机理选择取决于分子运动自由程（）和膜孔径（dp）对比： dp时采取Knudsen扩散描述因为存在孔径分布，需要不一样机理组合，其中Knudsen扩散起主要作用采取适当数学模型预测通量膜蒸馏技术第7页 100%地排斥溶液中不挥发性物质，如 离子、大分子、固体颗粒； 操作温度远低于蒸馏可利用废热； 操作压力比其它压力驱动膜分离过程 （如反渗透）低很多； 适合处理高浓度料液； 对膜机械强度要求低常压操作； 与传统蒸馏过程相比，操作时所需 汽相分离空间很小。设备占地很小膜蒸馏技术优势膜蒸馏技术第8页操作方式膜蒸馏技术第9页膜蒸馏操作方式依据膜下游侧冷凝方式不一样，膜蒸馏可分为

4、直接接触膜蒸馏(DCMD) 膜一侧直接接触热料液，另一侧直接接触冷流体传质过程为：(1)水从被处理液体主体扩散到与疏水膜表面相接触边界层；(2)水在边界层与疏水膜界面汽化；(3)汽化蒸汽扩散经过疏水性膜孔；(4)蒸汽在疏水膜透过侧直接与冷流体接触而被冷凝空气隙膜蒸馏(AGMD) 传质过程前三步与直接接触膜蒸馏相同，从第四步开始，透过侧蒸汽不直接与冷液体接触，保持一定间隙，透过蒸汽扩散穿过空气隔离层后在冷凝板上进行冷凝膜蒸馏技术第10页真空膜蒸馏(VMD) 减压膜蒸馏又称真空膜蒸馏，是在膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧更大蒸汽压差传质前三步与直接接触膜蒸馏相同，第四步透过蒸汽被真空泵抽至外置

5、冷却器中冷凝，见图3减压膜蒸馏比其它膜蒸馏过程含有更大传质通量，所以近几年来受到比较大关注气扫膜蒸馏（SGMD） 是用载气吹扫膜透过侧，从膜组件中夹带走透过蒸汽，使蒸汽在外置冷却器中冷凝传质过程也是在第四步发生改变，传质推进力除了蒸汽饱和蒸汽压外，还有因为载气吹扫夹带作用，促进传质，所以传质推进力能够比直接接触膜蒸馏和空气间隙式膜蒸馏大，载气中水蒸汽分压以及冷凝温度控制对膜蒸馏产水量有主要影响工艺原理见图4膜蒸馏技术第11页膜蒸馏操作方式示意图膜蒸馏技术第12页 到底采取哪种形式膜蒸馏，这取决于透过物组成、流量和挥发性。普通来说DCMD:结构要求最少且操作最易，他适于脱盐或浓缩水溶液（橘汁等）

6、，水为主要渗透成份。SGMD和VMD：用于从水溶液中除去挥发性有机物或可溶气体。AGMD：适合用于平板膜膜蒸馏过程。膜蒸馏技术第13页膜蒸馏膜材料聚四氟乙烯（PTFE）聚偏氟乙烯（PVDF）聚丙烯（PP） 近年来,MD过程膜材料研究开发集中于三种膜材料.膜蒸馏技术第14页 PTFE膜疏水性最好，而且其耐氧化性及化学稳定性也优于其它两种膜，这使得PTFE膜所应用物系非常广泛，PVDF膜次之。即使PP膜化学稳定性及耐氧化性相对较差，但因为价格低廉，市场应用辽阔。膜蒸馏技术第15页研究技术应用膜蒸馏技术第16页1 高盐度废水处理RO废水处理油田高盐废水处理循环水排污水处理环氧树脂行业废水处理2 含挥

7、发性有机物废水处理含氰废水处理含酚废水处理含丙烯腈废水处理低碳醇废水处理脱除回收废水中氨膜蒸馏技术第17页高盐度废水处理：RO废水处理： 当前RO实际产水率不足70，30多浓盐水直接排放，不但加重了环境污染，而且还浪费了大量水资源。为降低RO浓水排放量，国内外科研人员进行了大量研究，效果都不理想。近年来，MD在RO浓水回用领域得到极大关注。王军等1在内蒙古达拉特旗火电厂完成了MD中试研究，取得显著效果。采取MD对火电厂RO浓水进行处理，当控制膜热侧RO浓水pH为5、浓缩倍数为10倍、连续180 h运行中，膜通量一直保持在8 L(m2h)左右，出水电导率稳定在3 scm左右。这表明，采取MD处理

8、RO浓水在技术上是可行，经过构建ROMD集成系统，不但可大幅度降低RO浓水量，同时还显著提升了水资源利用率，含有很好环境和经济效益。膜蒸馏技术第18页高盐度废水处理:油田高盐废水处理: 当前，我国油田废水排放量较大，废水温度和含盐量普通较高。采取MD进行油田废水脱盐，基本无需额外加热即可满足工艺要求，有效利用了废水余热，到达节能降耗目标。王车礼等2开展了VMD处理江苏油田高盐废水试验室研究。试验结果表明，VMD淡化油田废水膜通量随膜下游真空度增加而增大，当真空度超出某一临界值后，膜通量会急剧增加。当废水含盐量大于220 gL时，产水电导率显著增加，各次试验脱盐率均高于99。膜蒸馏技术第19页高

9、盐度废水处理：循环水排污水处理： 我国石化企业循环冷却水量约占石化总用水量7080。冷却水在循环使用过程中，水质不停劣化，致使设备结垢或腐蚀。为了预防结垢，当前方法是向循环水中加入大量缓蚀剂、阻垢剂等化学药剂，不能从根本上处理盐与有机物浓缩引发各种问题，而且投加各种药剂处理费用高，轻易产生新污染。采取MD处理循环水排污水，可有效提升浓缩倍数，降低循环水新鲜水用量，降低污水排放。国内就有了相关专利3,4。和RO等方法相比，采取MD可降低甚至取消缓蚀剂、阻垢剂使用，彻底改变现有工业循环冷却水运行及处理方式。另外，还可回收工业余热，实现水资源和能源高效利用。膜蒸馏技术第20页高盐度废水处理：环氧树脂

10、行业废水处理： 环氧树脂废水难于处理，当前多数己建成二级生化处理装置闲置或处理不达标。环氧树脂行业基本上没有开展废水回用，水资源浪费严重。李盛姬等5依据清污分流标准，将环氧树脂生产过程中洗涤废水采取生化处理后达标排放，对高盐度母液采取MD一蒸发一结晶集成技术进行试验室研究，回收氯化钠到达国家日晒盐标准，MD与蒸发出来水回用于洗涤水。处理了传统生化方法难题，利用蒸发过程蒸汽冷凝水余热或环氧树脂生产过程废热作为MD热源，节约了能耗，回收了氯化钠，不但降低污染程度，又有一定经济效益。膜蒸馏技术第21页含挥发性有机物废水处理：含氰废水处理： 氰化物毒性极强，含氰废水必须经过达标处理后才能排放。采取传统

11、方法(如焚烧法、氯碱法、臭氧法、生物法等)处理含氰废水，氰化物通常会被分解破坏，有且造成二次污染(如焚烧过程中产生大量二氧化碳和氮氧化物，生物处理将氰化物转化为二氧化碳、氨或甲酸、甲酰胺等)。为了处理传统方法缺点，一个比较新奇处理方法化学吸收膜蒸馏(也称膜吸收)，受到极大关注。柴晓利等6以NaOH溶液为吸收液，利用化学吸收膜蒸馏进行含氰废水试验室研究，对氰化物进行了回收利用，且不造成二次污染，能耗低，投资少，易于工业化。膜蒸馏技术第22页含挥发性有机物废水处理：含氰废水处理： 张凤君等7采取化学吸收膜蒸馏进行含酚废水试验室研究，以NaOH溶液为吸收液，45、pH0时，经处理苯酚质量浓度由5 0

12、00 gmL降 至50gmL以下，苯酚去除率达95以上。秦操8采取VMD处理含酚废水，在较低进料浓度、pH=12、5060、进料流量60 Lh、冷侧压力 533 kPa时，膜通量超出30 kg(m2h)，离子截留率和苯酚去除率均在 90以上。膜蒸馏技术第23页含挥发性有机物废水处理：丙烯腈废水处理： 沈志松等9叫开展了VMD分离净化丙烯腈废水试验室研究，取得满意结果。他们将冷凝液经过二次MD浓缩，在冷侧进行分步冷凝，先用温度较高冷却水冷凝分离掉气相中水，然后用冷冻盐水冷凝回收丙烯腈。在试验室研究基础上，又进行了中试研究，即使中试效果与试验室有所差距，但经过中试取得了许多经验和数据。试验结果表明

13、，VMD处理丙烯腈废水技术上是可行，丙烯腈去除率达99，最低出水质量浓度在5 mgL以下，到达排放要求。膜蒸馏技术第24页含挥发性有机物废水处理：低碳醇废水处理： MD也可用于回收废液中低碳醇类，当前尚处于试验室研究阶段。马玖彤等10采取MD进行甲醇废水试验室研究，10.00g/L甲醇溶液经处理后可降至003 gL以下，到达国家排放标准。Lee等11在试验室用SGMD分离异丙醇-水溶液，以N2作为吹扫气体，将异丙醇质量分数从3提升到10，异丙醇最大分离系数为1025。膜蒸馏技术第25页含挥发性有机物废水处理：脱除回收废水中氨： 近年来，控制或去除废水中氨氮是环境领域研究热点之一。膜分离技术发展

14、，为氨氮废水处理提供了新思绪。唐建军等12,13采取化学吸收膜蒸馏进行了脱除水溶液中氨试验室研究，结果表明，化学吸收膜蒸馏可脱除水溶液中氨。郝卓莉等14采取化学吸收膜蒸馏在试验室中处理焦化厂剩下氨水中氨氮及挥发性酚，取得良好效果，氨去除率高达997，回收率995，能源费用仅为蒸馏法436。尽管化学吸收膜蒸馏处理氨氮废水研究取得了一些结果，但这方面研究报道还较少，一些问题还有待深入认识。膜蒸馏技术第26页真空膜蒸馏工业应用：处理工业废水中有机挥发性化合物(VOCs)：真空膜蒸馏过程由真空系统提供增强驱动力，而使其能够在较低温度下进行，从而在热敏性物质分离领域含有独特优越性。如从水溶液中分离丙酮和

15、乙醇、苯、异丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯和乙酸甲酯、三氯甲烷、甲基异丁基甲酮等都有研究报道15。陈冰冰等16，对低浓度乙醇-水溶液分离进行了真空膜蒸馏试验研究，结果表明：伴随进口温度、料液流量、浓度和真空度增加，膜通量将增加；分离因子随进口温度和真空度增加而降低，料液流量增加造成分离因子升高，浓度改变对分离因子影响不大。李凭力等17利用自制聚丙烯中空纤维膜，采取真空膜蒸馏法对1,2-丙二醇水溶液分离进行了研究。结果表明：膜通量随料液入口温度、冷侧真空度及料液流量增加而增加，随料液浓度升高而下降。截留率随料液入口温度、冷侧真空度和料液浓度增加而下降，料液流量改变对截留率没有明湿影响。试验条中最正

16、确截留率可达100。陈冰冰等18还对低浓度乙醇水溶液二元体系下真空膜蒸馏过程展开了模拟分析，模拟结果表明：真空侧流动形式对分离因子有一定影响，并流条件下，分离因子最大。膜蒸馏技术第27页真空膜蒸馏工业应用：处理高盐印染中间体废水：高盐印染废水成份复杂，含有染料、浆料、油剂、助剂、无机盐等物质，废水含有高浓度、高酸碱度、高COD 值特点，因为盐度过高，无法进行生化处理，因而高盐印染废水处理一直是国内外学术界关注正确热点。当前这类废水处理采取主要方法为纳滤膜法，氧化法中化学氧化、光催化氧化和超声波氧化法等。王婷等19 采取聚四氟乙烯平板微孔膜进行真空膜蒸馏深度处理高盐印染中间体废水研究。考查了温度

17、，流量，浓度对膜渗透通量和截留率影响，结果表明：随温度提升膜蒸馏渗透通量显著增加；流量对废水渗透通量影响不显著；随废水不停浓缩，盐度不停增大，尤其当盐度高于22 时，膜蒸馏渗透通量显著减小。废水截留率均在99 以上。膜蒸馏技术第28页真空膜蒸馏工业应用：浓缩回收高盐有机废水： 谢林20考查了废水进料温度、真空度、进料流速、废水盐度、废水进料方式等原因对膜通量和截留率影响。结果表明，在常压循环方式进料，透过侧真空度0.040.095 MPa，进料温度为3080，进料流量为40160 L/h条件下，经过试验设计膜蒸馏过程，能够将质量分数为10% 盐度有机废水，COD7 50010-6，浓缩至质量分数为30盐度有机废水，透过水盐度0.01,COD2010-6，经过盐结晶方法去除对应有机物后，可取得纯度较高工业盐。膜蒸馏技术第29页发展趋势膜蒸馏技术第30页 膜蒸馏应用前景： (1)膜蒸馏过程进行所需要能量主要用于挥发性组分汽化，从一点上讲，膜蒸馏过程是一个能耗大户。不过，因为过程所需要操作条件非常温和(常压、数十摄氏度