基于低压膜的海水淡化方法研究

基于低压膜的海水淡化方法研究

抗旱蚀盐去除技术是应用最广泛的抗旱蚀盐技术之一。低压膜价格较低、操作压力低，能截留大部分高价盐，对于水质要求不高的领域，利用低压膜对海水进行脱盐处理，有利于降低成本1实验部分1.1膜nf293-2430采用某公司特制的聚酰胺低压反渗透膜（LPRO）及纳滤膜NF90-2540和NF270-2540（分别简记为“NF90”和“NF270”），其中LPRO膜允许最大进水压力为5.5MPa，有效膜面积为8.4m1.2反渗透预处理流程实验流程如图1所示。实验采用4支低压膜串联，通过调节管道间的阀门，实现1～4支膜串联。原海水先经过保安过滤器（过滤精度2μm，聚丙烯材质）和超滤进行预处理，将预处理后海水经过高压泵进入低压膜组件，系统运行30min后取水样分析，而后透析液进入产水储槽，浓水进入浓水储槽。实验以膜通量和产水水质为指标，设计了以进料流量、进料压力、进料温度、海水含盐量和膜支数为变量的实验，选取NF270、NF90及LPRO探究低压膜淡化海水的效果。1.3颗粒杂质的提取实验取福建泉州某海域的海水。原海水经过保安过滤器除去水中的大颗粒杂质，然后再通过超滤系统除去绝大部分剩余的颗粒物、绝大部分有机物。预处理后海水无嗅，色度<5mg/L,pH为7.33，浊度<1NTU,TDS的质量浓度34.90g/L,NH1.4分析Cl式中，V为透过液的体积，A为膜的有效面积，t为操作时间；q2结果与讨论2.1mpa对脱盐性能的影响以超滤后海水为膜系统进水原料，根据膜的特性，选定的3支膜以适宜的温度和流量为进料条件，考察了进料压力（3.4～4.2MPa）对于脱盐性能的影响，结果如图2～图3和表1所示。由图2可知，随着进料压力的增加，海水膜通量在3种膜下近似成直线增加，但NF270膜的膜通量远远大于LPRO和NF90膜，超过99L/(m由表2和图2、图3可知，在实验操作压力范围内，LPRO脱盐效果优于NF90和NF270膜。LPRO膜对于海水中Cl2.2进料流量对膜通量的影响以超滤后海水为膜系统进水原料，根据膜的特性，选定的3支膜以适宜的压力和温度为进料条件，考察了进料体积流量（270～840L/h）对于单支膜脱盐性能的影响，结果如图4所示。由图4可知，3种膜的膜通量随着进料流量增大而增大，其中LPRO膜通量受进料流量的影响最小，但其膜通量最小。当进料体积流量由360L/h增加到840L/h,LPRO膜通量从17.17L/(m由图4还可知，随着进料流量的增大，产水TDS含量逐渐降低，海水脱盐率逐渐上升，且脱盐率大小顺序为：LPRO>NF90>NF270。进料流量的增大，增大了膜表面的流动速度，从而降低了膜表面的盐含量，使得膜两侧的有效压差增大，产水脱盐效果变好。当进料体积流量大于420L/h时，LPRO膜产水TDS的质量浓度小于1.5g/L，达到城市杂用水TDS含量的标准。2.3进料温度的影响以超滤后海水为膜系统进水原料，根据膜的特性，选定的3支膜以适宜的压力和和流量为进料条件，考察了进料温度（20～38℃）对于脱盐性能的影响，结果如图5所示。由图5可知，NF270膜通量与进料温度呈正相关，而其余2支膜的膜通量受进料温度影响不大，但3支膜产水TDS含量都随着进料温度的增加而增加，产水水质变差。原因是温度影响膜表面高分子功能层的膨胀以及流体的粘度，从而对溶剂和溶质的扩散具有重要影响。温度越高，高分子链活跃，膜孔径变大，膜对溶质的脱除效果变差，海水中主要离子透过率变高，产水TDS含量增大。根据Stokes-Einnstein的溶质及溶剂的扩散系数公式，随着温度的升高，其扩散系数增大，扩散作用增强。由于膜孔径和扩散这2方面的共同作用，导致膜通量随着温度的升高而呈现缓慢上升趋势且脱盐效果变差。2.4nf270膜通量下降以不同溶质含量的海水为膜系统进水原料，根据膜特性，选定的三支膜以适宜的压力、流量和温度为进料条件，考察了海水含盐量对脱盐性能的影响，结果如图6所示。由图6可知，膜通量随着海水含盐量的升高而迅速下降，且NF270膜通量下降最为明显。原因是海水中溶质含量的升高导致进料原料渗透压的增大，相同压力下，有效推动力减少，且溶质的增加导致浓差极化影响变大，从而导致膜通量下降。而由于NF270膜孔径最大，较易造成污染，故膜通量减少趋势最大。由图6还可知，随着海水含盐量增大，产水TDS含量呈上升趋势，且NF270膜变化最明显。主要原因为溶液盐含量较高，不仅提高降低膜的电荷效应，还导致膜边界层中的离子含量逐渐增加，极易形成含量极化，使溶液的传质推动力增加，透过液中溶质含量增加，使得盐的透过量增加，产水TDS含量增大。2.5进料压力对膜串联率的影响实际工业生产中单支膜不能满足所需产水量，多支膜串联的使用是增大回收率的重要手段。在反渗透系统中，不同排列方式的膜具有不同的处理效果，膜串联数量也是影响膜性能的一个重要因素。综合考虑脱盐效果的优异性，选定LPRO膜，在给水温度为25℃、进料体积流量为720L/h的条件下，探究不同数量膜串联，在进料压力为3.4～4.2MPa，其膜通量、回收率及产水TDS的影响，结果如图7和图8所示。由前述可知，膜通量与海水含盐量呈负相关，产水TDS含量随着海水含盐量的增加而增加。多支膜串联使后面膜的进料溶质溶度逐渐增大且进料流量变小，从而膜通量逐渐减少且速率逐渐趋于平稳，产水TDS含量逐渐增大，但回收率大大增加。由图7和图8可知，在进料压力为4MPa时，当膜串联数量由1支增加到4支时，产水回收率由21.44%增加到46.67%。膜串联数量相同时，随着进料压力增加其膜通量呈上升趋势，产水TDS含量逐渐减少。相同进料压力下，膜通量随着膜数量的增加而降低，产水TDS含量增大。当进料压力为4MPa、4支膜串联时，水回收率为46.7%，但膜通量减小到10L/(m2.6o组成膜组件处理实验以福建泉州某海域海水为原料，经过由单支LPRO组成膜组件处理，在进料压力4MPa、原水体积流量720L/h、进料温度25℃时，其产水回收率为22.4%，膜通量也达到18.31L/(m3膜脱盐效果评价实验通过对LPRO、NF90和NF2703种不同的低压膜对海水淡化性能的比较，结果表明，NF270膜脱盐效果差，其产水TDS含量远高于城市杂用水水中TDS含量的要求，LPRO膜脱盐效果略优于NF90膜，其海水中主要离子截留效果也略胜于NF90膜，海水膜通量相近，产水TDS含量也达到GB/T18920-2002城市杂用水标准。因此，综合考虑LPRO膜更适合于海水低压淡化。利用选定的LPRO膜进行海水低压淡化实