正向渗透工艺脱盐的效能及影响因素研究.pdf
《正向渗透工艺脱盐的效能及影响因素研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《正向渗透工艺脱盐的效能及影响因素研究.pdf(72页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - III - AbstractAbstractAbstractAbstract Using membrane separation technology for desalination of sea water from seawater to freshwater resources is one important way. Traditional reverse osmosis membranes can effectively achieve the separation of the solute and solvent (water), but
2、there is a high energy consumption and serious membrane fouling. Recently, the forward penetration (Forward Osmosis, FO) as a new type of membrane technology is causing widespread concern. FO to take advantage of the osmotic pressure of the solution itself (rather than the external pressure) drive t
3、he water molecules and the separation of the solute material, with low energy consumption, high efficiency, small membrane fouling advantage, it is possible to make desalination easier, economical and practical and therefore has potential applications in the desalination field. However, the forward
4、penetration technology applied to desalination research is still at the exploratory stage, yet to see a related studies reported in the country. Especially FO membrane asymmetrical structure causes a serious concentration polarization and temperature polarization resulting from both sides of the sol
5、ution atdifferenttemperatures,thesefactorslargelyrestrictedFOengineering applications. First, the paper examines that the FO in the field of water treatment may be of potential applications and feasibility. Results show that, FO has the higher the retention rate (99.8% above) for treating heavy meta
6、l ions(Zn2+, Cu2+, Cr3+, Ni2+, Cd2+) . And iron manganese water also have better treatment effect. In addition, using FO to treat sea water(Mg2+、Na+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-) also get a higher retention effect (98.6% above). But after 20min, water flux will has a large attenuation, since then the water flu
7、x stabilized. Therefore, in order to alleviate the concentration and the temperature difference between polarization caused due to the use of asymmetric membrane in the FO, FO over water flux, subject to the FO processprincipleandtheasymmetricmembranestructurecausedbythe polarization as a starting p
8、oint to study the FO process, concentration polarization, the generation and variation of temperature difference between polarization, put forward an effective strategy to control concentration polarization, and the the FO heat flux in non-isothermal conditions and influencing factors, FO amplificat
9、ion test provide a basis for practical and engineering applications. The FO water flux in different membrane toward are different. The results show that the active layer (Active layer) toward the liquid (Feed solution, AL-FS) mode, the internal concentration polarization effect of water flux(Draw so
10、lution, AL-DS) mode, the support layer is very poor, so the water flux under the same experimental conditions (The concentrations of FS and DS, the flow rates), AL-DS mode greater 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - IV - than the water flux in the AL-FS mode. For internal concentration polarization control, the diffu
11、sion coefficient of water molecules in the support layer is a key factor to control the internal concentration polarization; external concentration polarization, increasing the cross-section flow able to compress the fluid boundary layer of the membrane surface, therefore can effectively reduce the
12、impact of the external concentration polarization. Finally, the FO water flux under different temperature conditions were compared, the results show that the FS and DS both sides of the temperature difference exists, due to temperature changes caused by changes of viscosity and diffusion coefficient
13、 of water molecules of the FS side affect water through a key factor in the amount of, mainly because of the increase in temperature can reduce the viscosity of the water molecules within the diffusion layer (decreases 39.32%), to improve its diffusion rate (increased by58.87%). In contrast, the DS
14、side of the solution osmotic pressure due to temperature changes caused by changes in transmembrane water flux in FO is not significant (the osmotic pressure of the DS is only 6.83%). The study also found that inevitably occur when the membrane on both sides of the temperature difference heat transf
15、er, increasing the flow rate causes the membrane surface turbulence intensified, the temperature difference between the polarization boundary layer is compressed, so the boundary layer heat transfer coefficienthFS-BL, orhDS-BLvalue increases, the membrane on both sides to speed up heat transfer; the
16、 temperature of the membrane surface compared to the low flow rate, the closer the temperature of the bulk solution. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords: : : :Forward Osmosis, Concentration Polarization, Temperature polarization, Transmembrane Water Flux 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - V - 目录 摘要.I Abstract.III 第 1 章
17、 绪论1 1.1 海水淡化技术与应用概述2 1.1.1 多级闪蒸(MSF).2 1.1.2 低温多效蒸馏(LT-MED)3 1.1.3 膜法海水淡化(Membrane Technology)4 1.2 正向渗透(Forward Osmosis)膜处理技术6 1.2.1 正向渗透的渗透原理.6 1.2.2 正向渗透工艺流程.7 1.2.3 正向渗透膜过程中的关键技术8 1.2.4 正向渗透研究现状及其发展9 1.3 课题的提出.16 1.3.1 课题研究目的和意义.16 1.3.2 课题研究的主要内容.16 第 2 章 实验材料和方法. 18 2.1 正向渗透反应装置与工作流程.18 2.2 实
18、验试剂和仪器19 2.3 膜性能指标的测试方法19 2.3.1 水通量的测定方法.19 2.3.2 盐通量的测定方法.20 2.4 截留率的测定方法20 2.5 正向渗透膜结构形貌特性表征.21 2.5.1 扫描电子显微镜(SEM)分析21 2.5.2 原子力显微镜(AFM)分析. 21 第 3 章 正向渗透去除金属离子和脱盐效果23 3.1 引言.23 3.2 正向渗透对水中重金属离子的去除效果.23 3.3 正向渗透对含铁含锰水的处理应用.24 3.4 正向渗透对苦咸水的处理应用.25 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - VI - 3.5 正向渗透在海水淡化中的应用.27 3.6 正向渗透
19、膜的表征29 3.6.1 正向渗透膜的 SEM 表征29 3.6.2 正向渗透膜的 AFM 表征30 3.7 本章小结.30 第 4 章 浓差极化对于正向渗透的影响及其控制31 4.1 引言.31 4.2 正向渗透过程中产生浓差极化的原因.31 4.3 浓差极化对水通量的影响32 4.3.1 AL-DS 模式下浓差极化的特点 32 4.3.2 AL-FS 模式下浓差极化的特点.33 4.4 浓差极化实验结果与分析34 4.4.1 浓差极化的基本原理.34 4.4.2 结果分析. 37 4.5 对浓差极化的控制41 4.5.1 内部浓差极化(ICP)的控制与削弱.41 4.5.2 外部浓差极化(
20、ECP)的控制与削弱42 4.6 膜两侧相同浓度时的渗透过程.44 4.7 本章小结.46 第 5 章 温差极化对于正向渗透的影响 48 5.1 引言.48 5.2 温度对于正向渗透过程中的作用.48 5.2.1 反应条件. 48 5.2.2 温度对于水通量的影响 49 5.2.3 温度对于盐通量的影响 53 5.3 正向渗透中的热传递过程54 5.4 本章小结.60 结论.61 参考文献 62 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明.68 致谢.69 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 进入新世纪以来,全球范围内的水
21、危机正以前所未有的速度扩展。全球变 暖问题和气候变化问题使得缺水问题变得更加的复杂和严峻。例如 El Nino 现 象带来的洪灾、干旱和突如其来的降雨等带来灾害等。不仅如此,随着人类文 明的进步,现代工农业的发展,人口的不断增长,水污染也变得越来越严重, 虽然人们采取了相应的处理机应对方案,但是水污染仍然在不断地加深加重。 水污染不仅使人们没有清洁的饮用水源,其中的污染物还会进入到食物链中, 不断地在人体内富集。越来越多的人因为长期饮用或接触不清洁水源造成患上 癌症、身体残疾、后代畸形等。 水资源相对匮乏和水质恶化已经愈来愈严重地影响着人类生活健康,制约 着经济发展。各国政府及社会团体已经战略
22、地意识到未来的和平与发展将与净 水和淡水的获得息息相关。众所周知,地球上绝大部分的水资源均以海水形式 存在,而淡水资源却不及水资源总量的 4%。因此“向海水要淡水”是人类追 求了几百年的梦想,海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。另一 方面,我国淡水资源在时间和空间上的分布极其不均,尤其对于发达的沿海城 市,快速的城市化进程、人口数量的增加和淡水资源供给之间的矛盾已经逐渐 上升为制约国民经济发展的桎梏。对于我国,淡水资源存在着以下几个特征1: 1人均占有量很低。 虽然我国淡水资源总量排在世界前列, 但是由于存在 着巨大的人口压力,因此在 149 个国家里,我国的排名已退至 110 位;
23、 2淡水资源南北分布不均。 81%的淡水资源都集中在我国长江流域及其长 江以南地区。但是淮河以北地区的耕地面积却占了全国总面积的 64%; 3全国范围内的淡水资源均受到不同程度的污染; 4对淡水资源的使用效率低下,许多地区农业灌溉还采用漫灌方式; 5存在对淡水资源过度开发的问题, 尤其是对地下水的过度开采导致京津 唐地区、长三角地区出现了不同程度的地表塌陷。 由此可见,随着今后经济的发展,人民生活水平的不断提高,对于淡水资 源的需求将会不断加大,矛盾也会不断突出,因此,人们不得不转向大海,向 大海要水喝2。从这个意义上说,海水脱盐是实现水资源利用的开源增量技术, 可以增加淡水总量,对我国乃至世
24、界范围内的社会经济发展具有十分重要的战 略意义,因此一直是人们所关注的热点和前沿问题。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 2 - 1.1 海水淡化技术与应用概述 如今在海水淡化技术不断地进步和发展,成本因素是决定其能否广泛应用 的重要因素。在我国以反渗透(RO)和低温多效蒸馏(LT-MED)为代表的两 类方法一直是海水淡化的主流技术。 截止到 2011 年, RO 法以 58.0818104m3/d 的产水量排在第一位,占总设计产能的 74.12%,LT-MED 以 18.65104m3/d 占 第二位。而在国外,多级闪蒸(MSF) 、低温多效蒸馏(MED)和反渗透(RO) 是使用较为广泛的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正向 渗透 工艺 脱盐 效能 影响 因素 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-3582469.html