气态膜脱氨法处理火电厂高浓氨氮废水的研究

采用气态膜脱氨法对火电厂产生的高浓氨氮废水进行氨氮脱除处理,研究了初始水质条件和系统运行条件对氨氮脱除效率的影响,并考察了氨尾气的吸收效果,提出了氨尾气资源化回用途径。试验结果证明,利用气态膜脱氨中试系统能够高效将火电厂高浓氨氮废水的氨氮浓度由1000 mg/L以上下降至300 mg/L以下。增大进膜流量、提高真空度、增大膜表面积有利于NH_3传质效率的提升,内压式脱氨膜组件和外压式脱氨膜组件均有较好脱氨效率。气态膜脱氨系统尾气以除盐水循环喷淋吸收的方式效果不够理想,应考虑酸性溶液作为氨尾气吸收剂或直接回用气态氨尾气。     

盐酸作吸收剂用于气态膜法从废水中脱除/回收氨氮

考察了盐酸作吸收剂时用气态膜技术从水溶液中脱氨的可行性,鉴于盐酸的挥发性,着重考察了不同料液氨水浓度下气态膜过程可以稳定操作时所对应的吸收液中盐酸的临界浓度。在此基础上,研究了料液氨氮浓度、料液流速、吸收液流速、吸收液盐酸浓度和操作温度等操作参数对膜传质性能的影响,并考察了该工艺的长期操作稳定性。实验结果证明,气态膜脱氨过程可采用一定浓度的稀盐酸溶液作为吸收剂,并可通过向吸收液中不断添加浓盐酸的方式得到浓度为>15%的氯化铵溶液。在料液浓度为2000 mg/L、吸收液盐酸浓度为2%、操作温度为25 ℃的操作条件下,中空纤维膜组件持续稳定运行了650 h以上,总传质系数保持在4.25×10?6 m/s左右。用盐酸作吸收剂时废水中氨氮可脱至15 mg/L以下,符合国家环保标准。这表明采用盐酸作吸收液用气态膜法从废水中脱除回收富集氨氮是可行的。     

液/液膜吸收法处理氨氮废水过程中渗透蒸馏的抑制

对用液／液膜吸收法处理水中氨氮过程中,伴生的水渗透蒸馏的抑制方法进行了研究．结果表明：料液中氨氮浓度高,其水的渗透蒸馏通量小;料液中含有一定的盐分,可抑制水的渗透蒸馏;适当降低料液温度,提高吸收液温度,对抑制料液水的渗透蒸馏有一定作用,其过程对传质系数影响不大。液／液膜吸收法处理含有一定盐分的,具有高浓度氨氮的废水,是可行的,具有广泛的工业应用价值。     

真空膜蒸馏分离乙醇溶液试验研究

采用真空膜蒸馏装置处理乙醇溶液,探究采用真空膜蒸馏浓缩高浓度乙醇溶液时的膜蒸馏效能及可行性,考察进料温度、进料乙醇浓度等因素对膜蒸馏效能的影响。结果表明,温度能显著提高膜通量,当温度从50℃上升至75℃时,膜通量从3.90 kg/(m²·h)增加至19.90 kg/(m²·h),乙醇通量从1.84 kg/(m²·h)增加到9.17 kg/(m²·h);随着进料乙醇浓度的增加,膜通量与乙醇通量均升高。在浓缩时间为2.0～2.5 h时,高浓度乙醇溶液的膜蒸馏浓缩分离过程运行稳定,在浓缩时间超过2.5 h后,出水通量有增加的趋势,出水乙醇质量分数和分离比有下降的趋势,且膜面上出现浸润点,经试验分析可知膜发生浸润现象是由于管道和膜组件的材质在高温、高浓度下的乙醇溶液中不稳定所致,后续可应用其他材质的膜组件以及耐高温的新型膜材料进行处理。     

膜结晶处理高浓度Na+、Mg2+//Cl——H2O溶液的结晶调控

利用真空膜蒸馏-结晶耦合技术处理多元高盐废水(Na⁺、Mg²⁺//Cl^--H₂O),回收纯水和高品质NaCl晶体产品,考察不同操作温度和不同无机盐离子浓度对膜蒸馏性能和NaCl晶体产品性质调控作用。结果表明随着温度升高导致饱和蒸气压增大,增大了跨膜压差,膜的渗透通量逐渐升高;随着溶液中Mg²⁺浓度的逐渐升高,膜的渗透通量呈下降的趋势,主要是由于水的质量分数下降和溶液黏度增加;膜蒸馏过程中,通过对比实验,分析了疏水微孔膜表面在膜蒸馏操作条件下表面晶体颗粒沉积的程度,证实了使用的中空纤维膜性能稳定,重复使用20次后仍能保持稳定通量;操作温度为65℃时,不同离子浓度的饱和原料液(MgCl₂质量占NaCl和MgCl₂总质量的0%、5.0%和10.0%)得到NaCl晶体产品平均粒径分别为91.04、91.38和122.56 μm,粒度分布的变异系数C.V.值分别为28.78、30.63和36.77,粒径分布集中,表面相貌平整,呈完美的立方体形态,没有团聚现象;同时,膜蒸馏得到的水纯度较高,电导率均小于5 μS?m^-1,采用选择性溶剂乙醇洗涤后的NaCl晶体产品纯度均大于98.15%。综上,通过膜蒸馏过程中渗透通量和膜界面的有效调控,在适宜的操作温度和较低的Mg²⁺含量下,膜蒸馏结晶过程从多元高盐废水(Na⁺、Mg²⁺//Cl^--H₂O)控制分离获得纯度较高、表面形貌完好、粒度均一的NaCl晶体产品。这一研究将为综合治理多元无机高盐废水,实现废水的近零排放和无机盐资源回用开拓新的思路。     

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。     

苯酚的膜蒸馏及结晶回收处理研究

采用中空纤维蒸馏技术研究了含酚废水的膜蒸馏处理及结晶回收，考察了料液相的温度、酸度、流速、吸收液浓度以及结晶回收苯酚等因素对苯酚膜蒸馏及结晶过程的影响。结果表明：以2％的NaOH溶液为吸收液时，膜蒸馏通量与料液相流速率有苯酚的浓度成正比，而当料液pH低于2．5及温度高于40℃的条件下，膜蒸馏通量几乎不受上述两因素的影响。以浓度为5000μg/mL的苯酚溶液为料液，经膜蒸馏处理可降至50μg/mL。采用CO2气流处理NoOH吸收液，即可得到结晶苯酚。     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

真空膜蒸馏和膜吸收耦合处理电镀废水

采用疏水聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜对高盐有机电镀废水进行真空膜蒸馏(VMD)和膜吸收(MGA)实验。结果表明,在VMD中,曝气可提高产水通量,当曝气量超过2 m3/(m2·h)时,产水通量趋于稳定;随着料液温度和真空度的提高,产水通量显著增加。连续180 d运行实验表明,产水通量保持在2.4~2.6 kg/(m2·h),产水指标除NH3-N含量以外,均达到GB 8978-1996排放二级标准。MGA脱氨实验表明,当产水p H和流速分别为10.5和0.20 m/s,吸收剂浓度和流速分别为0.2 mol/L和0.20 m/s时,在30 min内可将NH3-N的质量浓度从270 mg/L脱除至10 mg/L以下,产水指标达到污水综合排放标准。     

多效膜蒸馏过程用于海水和浓海水的深度浓缩

研究了离子交换法选择性脱钙与多效膜蒸馏相结合用于海水淡化和淡化厂浓水深度浓缩的可行性。海水或浓海水中钙离子能脱除90%以上,可防止高倍数浓缩时海水中硫酸钙沉淀对膜造成污染。本文以膜通量、造水比和馏出液电导率为多效膜蒸馏过程的性能指标,研究了操作条件对过程性能的影响。膜通量最高可达6.07 L/(m2?h),造水比最高可达13.2;当海水浓缩至250 g/L时,馏出液的电导率小于200 μm/cm,膜通量和造水比仍可达3.61 L/(m2?h)和4.96。以除钙后的浓海水为料液,利用两种多效膜蒸馏组件分别进行了持续45天的操作稳定性实验研究,在试验期间膜组件性能没有明显下降。该研究结果表明,多效膜蒸馏结合选择性脱钙是适合于海水深度浓缩及资源综合利用的高效节能技术。     

Concentrating aqueous hydrochloric acid by multiple-effect membrane distillation

Multiple-effect membrane distillation (MEMD) using a hollow fiber-based air-gap membrane distillation module was experimentally examined for concentrating dilute aqueous hydrochloric acid. The effects of the hot and cold feed-in temperatures, and the feed-in volumetric flow rates on the performance of the MEMD process were studied. The performance was evaluated using the performance ratio (PR), the average selectivity of water over HCl (β_avg) and the permeation flux (N). Two types of porous fibers made from polypropylene were used to fabricate the MEMD modules. The experimental data indicated that hollow fibers with high porosity were preferred for the MEMD process. The PR, β_avg and N all decreased as the feed concentration increased. When the feed concentration was below 12 wt-%, the PR was 6.0 – 9.6 and β_avg was 10 – 190. When the concentration of HCl reached 18 wt-%, the PR and β_avg were about 4.4 and 2.3, respectively. However, β_avg sharply decreased to around 1.0 when the feed was further concentrated. During an operational stability test that lasted for 30 days, the performance of the MEMD modules remained good.     

减压多效膜蒸馏过程试验研究

针对膜蒸馏(MD)过程能耗高、蒸汽冷凝耗水量大的问题,首次设计了减压多效膜蒸馏过程(MEMD)。其特征是在减压膜蒸馏(VMD)过程中设立特殊的多效蒸发区。其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原料液的升温蒸发双重作用,从而实现VMD过程蒸发潜热的高效回收利用。试验研究了主蒸发区膜组件面积、多效蒸发区组件管程的进液流量、多效蒸发区组件长度等参数对MEMD过程性能的影响。当主蒸发区膜组件面积为0.10 m2、多效蒸发区组件长度为868 mm、管程进液体积流量为4.0 L/h时,系统的当量膜通量最大(34.8 kg/(m2.h)),额外冷却水用量仅为传统VMD过程的30.8%(每L产水消耗17.2 L冷却水);增加多效蒸发区的组件长度,能显著提高蒸汽相变热回收率,但不能提高系统的当量膜通量。     

Hydrophobic polyethersulfone porous membranes for membrane distillation

Membrane distillation (MD) is a thermal, vapor-driven transportation process through micro porous hydrophobic membranes that is increasingly being applied to seawater and brine desalination processes. Two types of hydrophobic microporous polyethersulfone flat sheet membranes, namely, annealed polyethersulfone and a polyethersulfone/tetraethoxysilane (PES/TEOS) blend were prepared by a phase inversion process. The membranes were characterized and their performances were investigated using the vacuum membrane distillation of an aqueous NaCl solution. The performances of the prepared membranes were also compared with two commercially available hydrophobic membranes, polytetrafluorethylene and polyvinylidene fluoride. The influence of operational parameters such as feed temperature (25–65 °C), permeate vacuum pressure (200–800 mbar), feed flow rate (8–22 mL/s) and feed salt concentration (3000 to 35000 mg/L) on the MD permeation flux were investigated for the four membranes. The hydrophobic PES/TEOS membrane had the highest salt rejection (99.7%) and permeate flux (86 kg/m²·h) at 65 °C, with a feed of 7000 ppm and a pressure of 200 mbar.     

Simultaneous recovery of phosphorus and nitrogen from liquid digestate by vacuum membrane distillation with permeate fractional condensation

A vacuum membrane distillation(VMD) process with permeate fractional condensation on membrane downstream has been developed for simultaneous recovery of phosphorus and nitrogen from liquid digestate. The polytetrafluoroethylene(PTFE) membrane flux could reach 6000 g·m~(-2)·h~(-1) with the rejection efficiency of total phosphorus(TP) over 0.99, under the condition of flowrate being 120 L·h~(-1) and temperature being 40°C. Membrane fouling occurred with a film of organics and microorganism deposited on the surface of the membrane. Membrane flux could be reversed after the membrane was rinsed by water. Higher feed temperature and flowrate could improve the membrane flux, while hardly affect the rejection efficiency of total phosphorus. The concentration of TP could reach 1600 mg·L~(-1) after membrane distillation, which is about 5 times of that in initial liquid digestate. On the downstream of the membrane, some of the permeate vapor was condensed under the vacuum condition and most of water was collected here. The remaining vapor enriched with total nitrogen(TN) was compressed and pumped to the atmospheric condition to condense. The TN concentration in atmospheric condensate was as high as 7000 mg·L~(-1) with the process separation factor for ammonia being enhanced to 114.     

分子筛膜-精馏耦合用于费托合成水相副产物混合醇回收的工艺流程模拟

费托合成油水相副产物混合醇的回收多采用萃取精馏的分离方法,此方法需要配置7个精馏塔和5路循环回路。通过分析发现,流程冗长的关键因素在于混合醇中除甲醇外各个组分均与水产生共沸,而分子筛膜渗透汽化技术不受汽液平衡的限制,因此可以利用分子筛膜渗透汽化技术将混合醇中的水分先脱除,然后再利用精馏技术对混合醇各组分进行分离。本文完成了精馏-膜分离耦合工艺分离混合醇的全流程模拟,并与传统的萃取精馏工艺流程进行对比。精馏-膜分离耦合工艺大幅简化了原有萃取精馏工艺流程,整体能耗降低30%。并根据此流程在陕西延长石油（集团）有限公司建成了国内第一套膜分离-精馏耦合工艺的1000t/a低碳混合醇回收和分离的工业示范装置。     

电渗析-真空膜蒸馏集成膜法回收离子液体

为了达到最大限度回收离子液体循环再利用的目的,用电渗析-真空膜蒸馏集成膜法浓缩低浓度质量分数（下同）为1%~5%的离子液体水溶液,实现了有效可操作的膜集成浓缩过程控制。分析了膜集成过程中电渗析施加电压、料液初始浓度和料液体积比等操作参数对优化工艺的影响,获得了此电渗析过程的最高浓缩浓度。当电渗析可浓缩[AMIM]Cl至最大浓度时,即可切换至真空膜蒸馏过程深度浓缩,最终可将[AMIM]Cl水溶液浓缩至48.2%。     

减压膜蒸馏浓缩硫酸钠溶液的实验研究

采用减压膜蒸馏技术在较低真空度下浓缩Na2SO4水溶液，研究了真空度、料液温度、料液流速以及料液浓度对膜通量与截留率的影响。结果表明，随着膜下游真空度增加，膜通量增大；料液温度显著影响膜通量；随着料液浓度增加，膜通量严重衰减；实验条件下聚丙烯中空纤维膜表现出很好的疏水性，Na2SO4的截留率接近100%。     

膜蒸馏用PDMS/PVDF/PTFE三元共混微孔膜制备

采用浸没沉淀相转化法制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯/聚四氟乙烯（PDMS/PVDF/PTFE）三元共混微孔膜,并用于20 g/L NaCl水溶液的膜蒸馏脱盐实验。通过扫描电子显微镜观察以及接触角、膜孔隙率和膜平均孔径分析,研究了PTFE含量对膜结构与性能的影响。结果表明,随着PTFE含量的增加,共混微孔膜断面的指状孔逐渐被海绵状取代,平均孔半径由0.234 μm增加到0.354 μm,膜孔隙率由53.4 %增加到81.3 %;膜下表面与水接触角从118.52 °增加到131.11 °;膜蒸馏过程中通量逐渐增加,截留率先稳定后降低,PTFE含量为40 %（质量分数,下同） 时达最大,为99.99 %,此时膜蒸馏通量达16.60 kg/(m2·h)。