1种超声雾化太阳能海水淡化系统的研制

将均匀曝气与超声雾化2种技术结合,设计研制出一种新型的增湿除湿式太阳能海水淡化系统,并研究了太阳光辐射照度与温度的关系以及超声雾化、液位、气体流量对产水速度的影响。结果表明,太阳光辐射照度与温度呈正相关,超声雾化对产水量有显著影响,在全天累计曝辐射量为22.96 MJ/(m2·d),液位为20 cm、气体体积流量为15.4m3/h的情况下,系统累计产水量为20 L/d,热效率为0.56,单位面积产水量为5.6 L/(m2·d),是前人成果的1.2~2.6倍,产水性能提升明显。     

膜曝气蒸发结晶处理高含盐气田水的研究

为了实现气田水的零排放,传统的金属结晶器存在易腐蚀、设备造价成本高等问题,采用一种膜曝气的手段对气田浓水进行处理,利用聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜的微孔产生气泡,以及气泡的气液夹带作用将水蒸发达到浓缩结晶的目的,采用响应曲面法对实验条件进行优化。结果表明,在温度90℃、分离距离20 cm、膜面积3.8 dm~2、曝气强度0.90 m~3/(m~2·h)下,产水的电导率284.7μS/cm、蒸发量为2.05 kg/h、膜产水量为30.26 kg/(m~2·h)、膜曝气提升率为127.8%。膜曝气结晶工艺,具备处理高含盐气田水的能力,且初步实现零排放的目的。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m~2真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m~2多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明:料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50～70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2～3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1～2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m~2·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m~2·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

太阳能空气隙膜蒸馏海水淡化的试验

基于自主设计的新型空气隙膜蒸馏组件,建立了一套具有内部热量回收的太阳能空气隙膜蒸馏海水淡化系统,研究了料液流量、中空纤维缠绕角度、太阳辐照量以及天气对太阳能膜蒸馏系统产水性能的影响。结果表明:料液流量的增加在提高膜通量的同时,会牺牲一定的造水比;在一定范围内,中空纤维缠绕角度的减小有利于膜通量和造水比的提高;系统的日产水量随季节变化幅度较大,且晴天的日产水量明显高于阴天;日产水量和日造水比与太阳辐照量的变化趋势一致。当太阳能集热面积为2.38 m~2、膜面积为0.6 m~2、料液流量为50 L/h时,最大膜通量为5.1 kg/(m~2·h),最大日造水比为3.2,最大日产水量为21.7 L/d,产水电导率稳定在20.0μS/cm以下。太阳能膜蒸馏系统运行稳定,性能可靠,在电能和淡水资源短缺的偏远地区具有很好的应用价值。     

直热式太阳能海水淡化系统试验研究

针对间接式太阳能海水淡化方法,综合多级闪蒸和低温多效两种系统的优点,设计制造了具有一效蒸发器的直热式太阳能海水淡化试验装置,并对该系统进行了试验,给出了系统在不同闪蒸压力、蒸发压力和最高海水温度下的产水量和性能系数.试验结果表明,系统运行稳定,具有较高产水量和性生能系数.在闪蒸压力0.009MPa,蒸发压力0.004MPa条件下,最高海水温度70℃,产水量达到56.38kg·d,-1性能系数为5.68.文中还对闪蒸压力、蒸发压力和最高海水温度对系统产水量和性能系数的影响进行研究分析.     

中华墨纳米颗粒在太阳能海水蒸馏中的应用

中华墨作为集热介质应用于太阳能热法海水淡化。将中华墨纳米粒子添加到海水中,通过实验考察了不同质量分数中华墨以及运行时间对蒸发速率的影响。结果表明,在海水中添加中华墨纳米颗粒能明显提高海水的蒸发速率,且蒸发速率随着其质量分数的提高呈现先升高后下降的趋势。实验中添加油烟墨颗粒的流体和添加松烟墨颗粒的流体的最佳质量分数均为0. 25%,在光照强度为200 W/m~2下的最大蒸发量分别为0. 72 kg/(m~2·h)和0. 74 kg/(m~2·h),而纯人工海水蒸发量仅为0. 42 kg/(m~2·h),蒸发速率明显提升;同时在最佳质量分数下,蒸发速率随着运行时间的增加而逐渐下降。     

太阳能闪蒸-多效蒸发海水淡化系统研究

针对传统太阳能海水蒸馏淡化方法,综合多级闪蒸和多效蒸发两种系统的优点,设计制造了具有一效蒸发器的太阳能闪蒸-多效蒸发海水淡化装置,并对该装置进行了试验。试验结果表明,系统在海水温度为68~78℃范围内正常运行,具有较高的日产水量,系统达到稳定的时间较短。在闪蒸压力0.014 MPa,蒸发压力0.004 0 MPa条件下,最高海水温度为78℃时,系统产水量为56.30 kg/d,16 min就可以稳定。系统压力不变时,最高海水温度变化,而系统内部温度不变,比较适合太阳能热源不稳定情况。     

毛细驱动海水淡化系统的热力学与水动力学分析

针对毛细驱动海水淡化系统建立了热力学-水动力学分析模型,分别对不同热流密度、运行高度和蒸汽管线长度工况下的系统运行特性进行了模拟分析。模拟结果与实验测量结果吻合较好。当系统在热流密度为4.2~34.0kW/m~2较大的参数范围内运行时,系统产水量可达6.3~50.8 kg/(m~2·h),蒸发温度可低至29.3~39.8℃。结果表明,蒸发器的压力是影响系统运行的主要因素,其主要受蒸发器高度和蒸汽管线长度的影响,且前者的影响更大。     

绝热结构对太阳能界面蒸发性能影响的实验研究

太阳能界面蒸发技术将太阳能光热转换集中在气液界面处,具有不需要消耗额外能源、响应速度快、结构简单等优点,已经成为实现高效光热转换的新方式。本文使用碳粉作为吸光材料,将其用聚乙烯醇沉积在纤维素海绵上,制备出一种加工容易,成本低廉的蒸发器,并通过实验分析了蒸发器结构与太阳辐照强度变化对太阳能界面蒸发过程的影响规律,探讨了上述规律形成的原因。研究发现：通过在蒸发器中设计一个绝热层,可以有效地提高蒸发效率,其效率最大可以提高28%。另外,相同蒸发器结构条件下,随着太阳辐照强度的增强,绝热层对蒸发速率的强化作用随之增强。本文研究将有助于太阳能界面蒸发技术从理论走向实际。     

发泡多孔凝胶的制备及光热海水淡化性能研究

聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)通过发泡法结合碳黑(CB)光热材料，制备出一种新型多孔气凝胶蒸发器(PCA-C)，用于太阳能海水淡化。通过SEM、FT-IR、MIP和DSC等测试方法进行了表征，并探究了其光热表现和海水淡化性能。发泡凝胶的孔道结构调控，使PCA-C的蒸发焓降低到1 769 J/g，蒸发率达到2.93 kg/(m²·h)，并且具有良好的抗盐效果。     

低温多效海水淡化系统单效传热性能分析

以法国Sidem公司日产万吨的低温多效蒸发海水淡化装置为参考,对其中一效两管程结构划分计算单元,假定一根传热管由10个计算单元组成。对第一管程一列76根内径为24 mm的铝黄铜管进行传热计算,通过热平衡方程计算传热系数、喷淋密度、蒸汽干度及海水盐度。传热系数范围为2273.4~3518.3 W/(m~2·K)。通过力平衡法计算临界液膜厚度。分析表明:传热系数随管排数的增大而减小,与传热管内蒸汽干度成正比;液膜厚度随传热管内蒸汽干度减小而增大,海水盐度变化趋势与液膜厚度相同;烧干可能发生的位置为第二管程第一排传热管蒸汽出口和第一管程最后一排蒸汽进口部分。     

金纳米流体在太阳能海水淡化中的研究

将金纳米流体加入盘式太阳能海水蒸馏系统,通过对比实验分析纳米流体的浓度对蒸发箱淡水产量以及光伏电池发电效率的影响。结果表明添加金纳米流体可以明显提高蒸馏系统单位面积产水量,并且随着纳米流体浓度的增加系统淡水产量也随之增加,实验中的采用纳米流体的蒸馏系统当日单位面积产水量最高达到了2802.7 mL/m~2相比于传统盘式蒸馏系统提升了39.96%;而光伏电池发电效率随着纳米流体的增加而下降。主要原因是随着纳米流体浓度的增加,纳米流体吸收率增加而透射率减少,导致海水吸收更多的太阳辐射而光伏电池接收的太阳光减少。     

复合MBR处理生活污水膜污染影响因素的研究

以一定通量下跨膜抽吸压力的变化来表征膜污染状况,分别考察了复合式膜生物反应器处理生活污水时抽停时间、曝气强度、悬浮污泥与附着污泥比例、膜通量对跨膜抽吸压力的影响。结果表明,在总污泥浓度为8g/L的情况下,适宜的抽吸时间为6min,抽停时间为5min,曝气强度为12 m~3/(m~2·h),悬浮污泥浓度与附着污泥浓度比为2:6,膜通量为20L/(m~2·h)。     

CuS/rGO/PVA多孔水凝胶的制备及其光热转换性能研究

随着工业化和人口的增加,淡水资源短缺已成为人类亟待解决的问题。太阳能驱动的水蒸发节能环保,是未来海水淡化技术发展的方向之一。水蒸发材料主要由光热转换材料以及亲水性骨架材料两部分组成。本文利用rGO作为掺杂剂制备CuS/rGO,并将其作为光热转换材料与PVA共混交联,制备了具有多孔结构的CuS/rGO/PVA光热转换水凝胶(S_(Cr)),探究了不同光热转换材料和固含量对蒸发速率的影响。结果显示,在1个太阳光下,多孔水凝胶的固含量为10%的试样性能最优,模拟海水蒸发速率为1.59 kg·m~(-2)·h~(-1)。     

智能一体化海水淡化国产化装置的开发与应用

介绍了智能一体化海水淡化国产化装置的系统组成、设计、风电匹配设计、经济性比较与应用前景。500 m~3/d的智能一体化海水淡化装置在实际工程应用中,运行效果良好,产水量510 m~3/d,脱盐率99.46%,产水电导240μS/cm,能耗2.5 k W·h/m~3。一体化装置具有设计紧凑、占地面积小、自动化程度高、机动灵活性强的特点,其中关键设备的全国产化减少了设备的投资;系列化设计满足了不同地区与环境的要求,与风能的匹配设计实现了资源的合理利用;具有广阔的发展前景。     

大型低温多效蒸发海水淡化装置传热过程热力损失分析

基于低温多效蒸发海水淡化装置的各种阻力和海水沸点升高(BPE)关联式,计算了海水淡化装置中流动阻力、海水沸点升高等造成的传热过程热力损失,分析了各项热力损失在各效蒸发/冷凝器中的分布、随蒸发/冷凝器数量的变化规律等。结果表明:产水量、浓缩比和加热蒸汽温度等参数均保持不变的前提下,总的热力损失随着装置的蒸发/冷凝器数量而增加;BPE引起的热力损失占最大比例,但流动阻力引起的热力损失不可忽略。通过对海水淡化装置热力损失的分析,提出了低温多效蒸发海水淡化装置"小温差、低流阻、饱和态、高敏感"的工作特征理论。     

曝气量对中间曝气矿化垃圾反应器处理渗滤液效果的影响

采用中间曝气的矿化垃圾反应器处理垃圾渗滤液,研究曝气量对中间曝气矿化垃圾反应器处理垃圾渗滤液效果的影响。结果表明,曝气量对处理垃圾渗滤液有一定的影响。在实验条件下,当曝气量从0.894 m~3/(m~3·d)增加至4.47 m~3/(m~3·d)时,COD、NH_4~+-N、TN、TP平均去除率分别从50.9%、21.9%、21.6%、22.3%提高到55.7%、62.1%、49.2%、84.8%,NH_4~+-N、TN和TP的去除效果都有所改善。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m²真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m²多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明：料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m²·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m²·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

大型低温多效蒸发海水淡化装置传热过程热力损失分析

基于低温多效蒸发海水淡化装置的各种阻力和海水沸点升高（BPE） 关联式,计算了海水淡化装置中流动阻力、海水沸点升高等造成的传热过程热力损失,分析了各项热力损失在各效蒸发/冷凝器中的分布、随蒸发/冷凝器数量的变化规律等。结果表明：产水量、浓缩比和加热蒸汽温度等参数均保持不变的前提下,总的热力损失随着装置的蒸发/冷凝器数量而增加;BPE引起的热力损失占最大比例,但流动阻力引起的热力损失不可忽略。通过对海水淡化装置热力损失的分析,提出了低温多效蒸发海水淡化装置“小温差、低流阻、饱和态、高敏感”的工作特征理论。     

分段进水对深层床潮汐流人工湿地硝化-反硝化性能的影响

为了克服传统人工湿地占地面积大、TN去除率低的问题,采用深层床潮汐流人工湿地系统处理生活污水。结果表明,未分段进水条件下(水力负荷为0.42 m~3/(m~2·d)),COD和NH4~+-N平均去除率分别为82.28%和98.28%;分段进水条件下(水力负荷0.53 m~3/(m~2·d)),COD与NH_4~+-N均去除率分别为67.10%和99.48%。随着分段进水的设置,出水TN的质量浓度平均由53.22 mg/L降低至19.23 mg/L,平均去除率由33.74%升高至70.77%;在设置分段进水点的第2级人工湿地单元,硝化速率由14.40 g/(m~3·d)提高至38.39 g/(m~3·d),反硝化速率由2.79 g/(m~3·d)提高至20.96 g/(m~3·d)。在工况2条件下,每处理1 m3的生活污水需要的占地面积为1.88 m~2,仅为传统人工湿地占地面积的12.37~18.80%。