复合正渗透膜的过滤特性及对二级出水截留效果研究

以某污水厂二级出水为原料液,采用型号TFC-ES正渗透膜研究过滤过程中的工艺特性(膜朝向、汲取液的种类及含量、错流速度)及适宜的膜清洗条件,以优化操作条件、降低浓差极化、减轻膜污染、提高正渗透膜性能。结果表明,以FO模式(活性层朝向原料液侧,AL-FS)、7.25 cm/s的错流速度、1 mol/L的Mg Cl2溶液作为汲取液时,复合正渗透膜的纯水通量大于9 L/(m2·h),反向盐截留率保持在99.90%以上。二级出水产生的可逆膜污染可采用简单的水力清洗方法,以17.4 cm/s的错流速度,去离子水清洗30 min后,膜通量恢复率大于90%。同时复合正渗透膜对二级出水中的溶解性固体(TDS)截留率高达98%以上,对金属离子Al~(3+)和Fe~(3+)的截留率可分别达到97%和100%,有机物、TN和TP的截留率均在82%以上,可为正渗透技术应用于废水处理提供相应参考。     

醋酸纤维素正渗透膜的制备及性能研究

以醋酸纤维素(CA)为成膜材料,不锈钢网为支撑层,采用相转化法制备CA正渗透膜。研究了CA浓度、溶剂和添加剂种类、凝固浴温度、热处理温度及不锈钢网目数对膜性能(水通量和截留率)的影响,并采用显微镜对膜的表面和断面形貌进行了表征。结果表明,当CA质量分数为4%,溶剂为丙酮和1,4-二氧六环的混合溶剂,添加剂为甲醇和乳酸混合添加剂,凝固浴温度为20℃,热处理温度为80℃,不锈钢网目数为500目时,所制备的正渗透膜性能最佳。利用0.1 mol/L的Na Cl为原料液,2 mol/L的葡萄糖为汲取液,室温条件下,膜的分离层朝向原料液时,所制备的正渗透膜的水通量为2.6 L/(m~2·h),对Na Cl的截留率为99.86%。     

正渗透浓缩浓盐水影响因素研究初探

采用反渗透海水淡化后的浓盐水为原料液,考察了驱动液种类、切向流速(泵转速)、原料液浓度、活性层朝向等变量对正渗透过程水通量的影响。结果表明,在相同浓度下的驱动溶液,氯化钙作为驱动溶液产生的水通量最高;氯化纳次之;葡萄糖最小,但膜对氯化钠的截留率最高,随着驱动液浓度的增大,对应的水通量增大,但水通量的增加量随驱动液浓度的增大而减小;当膜的活性层朝向原料液(正渗透模式)时,初始水通量远小于膜的活性层朝向驱动液(压力阻尼渗透模式)的水通量,但在驱动液浓度相同时正渗透模式下的平均水通量更高。在切向流速达到1 L/min后,水通量受切向流速的影响较小。最后采用HTI膜在正渗透模式下以5 mol/L NaCl溶液为驱动液、切向流速为1 L/min的条件下连续运行进行浓缩,约30 h后,在原料液的容器壁上发现了少许的沉淀物,原溶液的Na Cl回收率可达到52.6%。     

膜蒸馏过程的CFD模拟

文章基于膜蒸馏热质传递机理建立了二维CFD模型。利用商用CFD软件FLUENT模拟了平板膜组件中的膜蒸馏过程,模拟结果与文献实验值较吻合,相对平均偏差为6.0%。利用所建CFD模型,模拟了不同料液温度、浓度及流速下的膜蒸馏过程。通过分析不同操作条件下的渗透通量变化、膜组件内的温度场和浓度场分布及过饱和度分布,确定了膜蒸馏过程的适宜操作条件:对于较低浓度进料(即料液侧进口Na Cl质量分数为0.15),可采用低流速(0.02~0.06 m/s)操作条件;而较高浓度料液的浓缩(即Na Cl质量分数为0.25)时,应采取高料液侧流速操作(≥0.07 m/s)以避免膜表面Na Cl过饱和结晶析出影响膜蒸馏正常进行。     

基于正渗透的水处理组合工艺应用研究进展

正渗透分离技术是一种由溶液渗透压差作为驱动力自发进行的膜分离工艺,该过程不需外加操作压力,运行能耗低,且正渗透膜的污染程度轻、污染后易清洗,因此正渗透膜处理技术成为了当前水处理领域研究热点。然而,正渗透汲取液的再生困难使其难以作为独立的工艺应用于水处理领域,在实际的运行中需要与其他工艺组合应用。通过对正渗透及其它水处理工艺的特征进行归纳,介绍了基于汲取液再生和直接利用的组合方式,阐述了正渗透作为深度处理预处理工艺的应用,分析了正渗透组合工艺对其它膜分离工艺的替代潜力。最后,总结并展望了正渗透组合工艺在水处理各领域中的应用。     

再生盐对正渗透技术处理蒸氨废液膜性能的影响

利用正渗透膜对昆仑碱业的蒸氨废液进行浓缩处理,考察了正渗透膜的工作性能。以原盐盐水作汲取液分别测试清水和废液的汲取效果时,清水通量稳定时可达到22.24L/(m~2·h),废液汲取率最高达到40%,废液膜通量达到了3L/(m~2·h),Ca~(2+)截留率达到99%以上。     

甲酸乙酯改性聚酰胺正渗透复合膜的制备及表征

针对正渗透膜本身存在较低水通量以及较高反向盐通量的问题,以筛网为支撑的聚砜膜作为底膜,间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)作为水相和有机相单体,不同含量的甲酸乙酯添加在有机相中作为共溶剂,通过界面聚合法制备了高通量的聚酰胺正渗透复合膜。以2 mol/L Na Cl和1 mol/L的MgCl_2作为汲取液,去离子水作为原料液,对所得正渗透膜进行水通量以及反向盐通量的测试。结果表明,在有机相中添加少量甲酸乙酯作为共溶剂时,可以提高膜的通量和效率。通过改变甲酸乙酯的添加量,可以改变膜性能以及形貌。当甲酸乙酯的添加质量分数为4%时,正渗透的水通量能达到未改性膜的2.6倍,同时J_--s/J_v仍维持在较低的水平。     

海水驱动正渗透浓缩市政污水性能研究

以天然海水作为正渗透汲取液,构建了正渗透膜浓缩市政污水系统,对比研究CTA-ES和TFC-ES正渗透膜对污染物的截留与浓缩效果,结果表明,2种正渗透膜对有机物和营养元素截留率较高,出水水质较好,在污水浓缩至初始体积的1/6过程中,由于污染物在膜表面的富集作用,FO膜对氨氮和TN浓缩倍数仅为2.1～3.4倍,而对COD和...     

正渗透水肥一体化灌溉中化肥驱动液的筛选

选择尿素溶液、磷酸二氢钾溶液、硝酸钾溶液、硝酸铵溶液4种化肥溶液作为汲取液,重金属镉溶液作为原料液,CTA膜作为正渗透膜,进行化肥正渗透驱动液的筛选试验。以NaCl-纯水为对照组,设置3次重复试验。定期观测记录质量、EC值、TDS值、体积、流量、进出压力值、温度及pH等变化,计算正向水通量、反向盐通量及正向截留率,并测定溶液中重金属及氮磷钾含量变化。结果表明:性能最佳的化肥汲取液是KH_2PO_4,其水通量高而且溶质返混运动营养损失最低。     

荷电中空纤维复合膜及其正渗透性能研究

以聚丙烯中空纤维微滤膜为底膜、羧甲基纤维素钠为功能材料、氯化铁为交联剂,采用溶液涂覆-交联工艺制备了表面荷电的中空纤维复合膜,将该中空纤维复合膜用于正渗透(FO)过程,研究了汲取液盐含量、原料液流速等对FO通量的影响。结果表明,制备的荷电中空纤维复合膜可用于FO过程,以蒸馏水为原料液、Na2SO4水溶液为汲取液,采用PRO模式进行FO试验,当原料液与汲取液体积流量均为15 mL/min、汲取液浓度为0.5 mol/L时,FO水通量为12.3 L/(m2.h),盐通量与水通量的比为1.42 g/L。     

碳酸氢铵为汲取液正渗透海水淡化研究

正渗透技术因低能耗、低膜污染和高回收率等优点逐渐成为膜分离技术的研究热点。本文以碳酸氢铵溶液为汲取液、0.6mol/L氯化钠溶液为模拟海水进行了正渗透实验,研究了不同操作条件下正渗透水通量的变化规律和汲取液部分解吸-吸收过程中氨解吸率、氨吸收率以及解吸能耗的变化。结果表明,提高进料流量和汲取液浓度,正渗透过程水通量增加;提高吸收塔进料流量,氨吸收率增加,操作条件对氨解吸率影响较小;海水淡化正渗透系统能耗主要用于汲取液解吸过程,降低解吸塔进料浓度可以降低解吸过程的能量消耗。在优化的工艺条件下,正渗透过程水通量为13.6L/(m~2·h),汲取液回收利用率达到99%,海水淡化产水总溶解固体(TDS)不高于1000mg/L,系统吨水耗电量约为195kW·h。实验结果对正渗透过程的工业化应用具有指导意义。     

卷式正渗透膜组压力延迟渗透性能实验研究

利用卷式醋酸纤维素正渗透膜组,以Na Cl溶液和自来水分别作驱动液和料液,考察了进口压力、溶液流量、驱动液浓度和跨膜压差等因素对膜组性能的影响,并对以上4个因素进行单因素实验。结果表明,相同流速下料液流道阻力明显大于驱动液流道;随着料液和驱动液流量的增加,膜组水通量呈缓慢上升趋势,料液流量改变对水通量的影响更明显一些,但和膜片相比,膜组的单位面积水通量有所下降;通过增加驱动液浓度能够较大幅度提升膜组水通量和功率密度,但浓差极化现象的抑制作用也逐渐增加。随着跨膜压差的升高,水通量呈逐渐下降趋势,当其达到渗透压的一半时,膜组功率密度达到最大。     

正渗透—纳滤耦合处理苦咸水脱盐工艺

以2 000 mg/L氯化钠模拟苦咸水,采用二价无机盐作为汲取液,研究了正渗透淡化苦咸水时的水通量;通过软件计算和试验研究了不同组成汲取液的纳滤性能,并且设计了二级纳滤系统用于汲取液的回收。结果表明:相同浓度时硫酸镁汲取液正渗透水通量最低,而氯化镁汲取液水通量最高;相反在纳滤过程中,硫酸镁汲取液性能最佳,氯化镁最差;稀释硫酸钠汲取液浓度为30 g/L时,二级纳滤过程可以将汲取液浓缩至初始浓度(60 g/L),并制得浓度低于500 mg/L的产水。     

正渗透膜分离糖类有机物的影响因素研究

实验以蔗糖等中性亲水小分子有机物作为模型污染物,考察了汲取液浓度、分子量、膜朝向等因素对正渗透分离糖类有机物的影响.结果表明,蔗糖等糖类有机物能被正渗透膜有效截留.4mol/L的较高浓度汲取液导致通量明显下降.当膜活性层朝向汲取液时,增大糖类的分子量(1 000Da)导致膜通量降低,而膜截留率为91.2％.水通量产生的...     

表面活性剂对正渗透膜特性及正渗透过程的影响

研究以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)和氯化钠作汲取液,添加非离子型表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)对正渗透膜亲水性能、汲取液的物理性质、水通量J_w、反向扩散通量J_s的影响。结果表明,Triton-100复合汲取液对CTA-ES、CTA-NW、TFC、Aquaporin-TFC 4种薄膜的亲水性能均有较好的改善;但在改善薄膜亲水性的同时也会导致汲取液黏度的升高。以CTA-NW为正渗透薄膜时,Triton X-100在活性层面向汲取液模式下对于正渗透过程中的反渗现象具有改善效果,当Triton X-100浓度达到0.05 mmol/L时,J_s/J_w从最初的0.34 g/L下降到0.08 g/L。Triton X-100对于Aquaporin-TFC薄膜无论在何种模式下均不具有改善效果。     

刮刀厚度对聚酰胺正渗透复合膜性能的影响

为考察正渗透过程基膜厚度对膜水通量的作用,有效地提高膜的综合性能,采用浓度2 mol/L的NaCl作为汲取液、去离子水为原料液作为评价系统,考察了刮刀厚度不同对正渗透复合膜性能的影响。结果表明,以筛孔80μm的筛网作为支撑材料,当采用厚度为45μm的刮刀所制备的超滤膜作为支撑材料时,制备所得的正渗透复合膜性能为佳,结构参数S可低至1.086 mm;并具有最好的稳定性以及最佳的污染冲洗恢复效果。     

利用多效膜蒸馏技术浓缩硫酸和磷酸水溶液

利用自制中空纤维气隙式多效膜蒸馏组件进行了多效膜蒸馏过程浓缩稀硫酸和磷酸溶液的研究, 考察了膜入口温度、料液进口浓度和料液流量对渗透通量和造水比的影响。结果表明,膜入口温度升高时渗透通量和造水比增加;料液流量增加,渗透通量增加,而造水比随之降低;料液酸浓度增加,渗透通量和造水比均随之下降,且硫酸的影响更为显著。实验过程中渗透通量和造水比最高可达5.3 L/(m²·h)和11.5。在适当的操作条件下,该过程可将质量分数(下同)为2%的稀硫酸或稀磷酸溶液浓缩至40%以上,且渗透液最大的电导率仍小于200 μS/cm。以10%的硫酸溶液为料液,利用2个不同的膜组件进行了持续30 d的多效膜蒸馏过程稳定性实验研究,实验期间所用膜组件操作性能没有明显下降,没有观察到膜渗漏现象。     

正渗透过程中水和离子在碳纳米管中的传递行为研究

利用分子动力学模拟探究了在不同尺寸单壁纳米碳管(例如:CNT(6,6)、CNT(7,7)、CNT(8,8)、CNT(9,9)、CNT(10,10)、CNT(11,11)等)所构筑的正渗透膜中,以不同浓度氯化钠溶液(例如:2.5、3.75、5 mol·L-1等)作为汲取液时,水和离子的正向和反向传递行为。模拟得到水通量随时间的演变情况以及汲取液中离子在纳米碳管膜中的正向和反向运动轨迹等。模拟结果表明,随着纳米碳管直径的增加,水通量随时间的变化趋势主要与管径以及水分子在管中的扩散速率有关,而汲取液中离子的反向传递则取决于膜两侧的浓度差以及离子在管口处所面对的能垒。     

基于碳纳米管-聚丙烯腈纤维支撑层的正渗透膜制备

在聚丙烯腈(PAN)溶液中加入功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNTs),采用静电纺丝法制备纳米纤维多孔支撑层,在其表面通过界面聚合制备超薄聚酰胺截盐层,制得正渗透复合膜,考察了PAN浓度及碳纳米管添加量对膜结构性能的影响.结果表明,随PAN浓度增大,支撑层纤维直径增大,水通量降低,截盐率增大.含羧基和羟基的f-MWCNTs可增强膜的亲水性和机械强度,提高膜通量和截盐率.PAN浓度为12%(?)、f-MWCNTs浓度为1.44%(?)时,膜的机械强度可达10.55 MPa,与水的接触角为41.39°,机械强度和亲水性优于未添加碳纳米管的PAN正渗透膜(机械强度3.60 MPa,接触角为61.86°).以1 mol/L Na Cl为汲取液、去离子水为原料液,膜的水通量可达79.1 L/(m2·h),明显高于商用渗透膜CTA-NW和CTA-ES[8.8和18.4 L/(m2·h)],溶质反向通量仅为50.4 g/(m2·h).     

正渗透膜分离的研究进展

正渗透是浓度驱动的膜技术,是指水通过选择性渗透膜从高水化学势区域向低水化学势区域的传递过程。本文介绍了正渗透的基本构成（驱动力、汲取液和正渗透膜材料）,指出膜两侧的浓差极化是水通量性能的最大障碍,采用通量模型说明了膜在两种放置方向下存在的内浓差极化和外浓差极化,内浓差极化对驱动力的减小起着重要的作用;论述了膜材料、原料液浓度、汲取液浓度对正渗透和压力延迟渗透水通量的影响;此外,评述了正渗透过程的膜污染和能耗。