馬鞍山大型一體化污水處理設(shè)備免費設(shè)計咨詢對于高鹽廢水的處理，傳統(tǒng)方法是首先將廢水減量濃縮，然后將濃縮液通過蒸發(fā)技術(shù)使鹽結(jié)晶，最終實現(xiàn)廢水脫鹽和鹽資源的回收。目前，已大規(guī)模工業(yè)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(fā)出來，以達(dá)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(zhì)，以壓力差?電勢差?滲透壓等作為驅(qū)動力，實現(xiàn)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(shù)，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(shù)是傳統(tǒng)熱蒸發(fā)過程與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型分離技術(shù)，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(fā)組分在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動下穿透膜孔，而非揮發(fā)組分則被攔截，最終實現(xiàn)混合物的分離和提純，具有濃縮倍數(shù)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(shù)中，真空膜蒸餾技術(shù)(vacuum membrane distillation，VMD)是利用真空泵使膜的透過側(cè)維持負(fù)壓狀態(tài)，從而增加膜兩側(cè)的蒸氣壓差以提高膜通量，與其他膜蒸餾技術(shù)相比，具有膜通量高?溫度極化程度低等顯著優(yōu)點，近年來得到了研究人員的廣泛關(guān)注。Mericq等采用VMD技術(shù)對反滲透處理后的海水濃縮液進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，實驗結(jié)果表明，當(dāng)透過側(cè)壓力為6000Pa?溫度為50℃?雷諾數(shù)為4000?進(jìn)水含鹽量為64~300g/L時，膜通量可達(dá)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(shù)處理經(jīng)濕式氧化后的頁巖氣壓裂返排液，結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD為299mg/L?NaCl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(yīng)用VMD技術(shù)處理低放射性廢水，實驗結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水含鹽量高達(dá)80g/L時，VMD工藝對Cs(Ⅰ)?Sr(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的去污因子可分別達(dá)到6000?3700和8300。游文婷等采用VMD工藝對硫酸鈉和氯化鈣模擬廢水進(jìn)行了處理研究，實驗選用聚四氟乙烯平板膜作為膜組件，結(jié)果表明：隨著進(jìn)水溫度的升高?冷側(cè)壓強的減小，通量隨之增大，VMD工藝的截留率均達(dá)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(fā)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(wěn)定性和可靠性。
因此，對于高含鹽工業(yè)廢水，如油氣田產(chǎn)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(shù)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(shù)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(shù)進(jìn)行了初步探索，為高含鹽工業(yè)廢水提供新的處理選擇。
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(jié)果如圖3所示。可以看出，膜通量與溫度成正相關(guān)，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(jié)果，發(fā)現(xiàn)膜通量與溫度具有良好的指數(shù)相關(guān)性(R2=1)。Xing等的研究表明，當(dāng)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(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高三種膜的膜通量均成指數(shù)升高。其原因是VMD過程中的傳質(zhì)驅(qū)動力主要以膜兩側(cè)的蒸汽壓差為主，當(dāng)真空側(cè)壓力為定值時，跨膜壓差僅取決于料液側(cè)的蒸汽壓，根據(jù)式(3)，料液側(cè)的蒸汽壓與料液溫度呈指數(shù)關(guān)系。因此，隨著溫度的不斷升高，料液側(cè)的蒸汽壓?跨膜壓差均呈指數(shù)上升，最終表現(xiàn)為膜通量與料液溫度成指數(shù)關(guān)系。
2.3 流速對膜通量的影響
本實驗通過調(diào)整進(jìn)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(yīng)的雷諾數(shù)為100~400)，真空度為0.98atm，溫度控制在70℃，進(jìn)水含鹽量為35g/L。實驗結(jié)果如圖4所示，隨著流速的提高，膜通量由2.90L/(m2•h)逐步升高至3.97L/(m2•h)。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(fā)性的Na+和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(fù)相關(guān)。在層流狀態(tài)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(dāng)流速提高時，溫度邊界層的厚度會受到擾動或減小，進(jìn)而提高傳熱效率，降低溫度極化效應(yīng)，使膜通量增大；此外，流速增加縮短了料液在膜元件內(nèi)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(cè)的溫差，使膜通量進(jìn)一步增加。
馬鞍山大型一體化污水處理設(shè)備免費設(shè)計咨詢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(jìn)水流速的增加而趨于一個穩(wěn)定值，也有部分學(xué)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(tài)逐漸由層流轉(zhuǎn)變成湍流，溫度界面層厚度和離子界面層厚度不會因流態(tài)的變化而持續(xù)減小，且將趨于某一固定值表現(xiàn)為膜通量先線性升高然后趨于某一穩(wěn)定值。在本實驗中，流速范圍較低，均屬于層流狀態(tài)，因此流速和膜通量能夠較好的擬合為線性關(guān)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(jìn)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(jīng)歷先以較弱的指數(shù)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(jìn)水含鹽量會降低水的摩爾百分?jǐn)?shù)，降低水的水蒸氣分壓，進(jìn)而降低膜兩側(cè)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(zhì)阻力，使膜通量減小；第三，隨著含鹽量的增加，料液黏度會隨之增加，導(dǎo)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(jìn)水會導(dǎo)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(dǎo)致膜通量的下降。在本研究中，當(dāng)進(jìn)水含鹽量高達(dá)200g/L時，與進(jìn)水含鹽量50g/L相比，膜通量僅下降了26.8%，表現(xiàn)出良好的抗沖擊性。
