正滲透-反滲透工藝同步污水再生和海水淡化的特性研究.pdf

1、城市污水回用和海水淡化是解決全球水資源短缺的重要方式。傳統(tǒng)的城市污水深度處理技術(shù)和海水淡化技術(shù)存在高耗能和高處理成本等問題。因此，有必要建立新技術(shù)能夠降低能耗并可同時實現(xiàn)城市污水再生和海水淡化。近幾年發(fā)展起來的正滲透（Forward Osmosis, FO）膜分離技術(shù)與需要施加外加壓力的傳統(tǒng)膜法相比，具有低能耗、低膜污染等特點。本實驗在優(yōu)化FO運行條件的基礎(chǔ)上，與反滲透（Reverse Osmosis, RO）聯(lián)用，考察了系統(tǒng)的水通量、

2、脫鹽率和污染物截留特性，最后進行了經(jīng)濟和能耗分析，為同步污水再生和海水淡化提供了技術(shù)支持。
　　論文首先研究不同壓力下TFC-ES、CTA-ES和CTA-NW膜的純水滲透系數(shù)（A值）和鹽滲透系數(shù)（B值），以及不同汲取液濃度、不同錯流速率和不同汲取液溶質(zhì)對三種FO膜的水通量（Jw）和鹽返混通量（Js）的影響以及膜污染情況，優(yōu)選出性能最佳FO膜。結(jié)果表明：FO膜結(jié)構(gòu)性能測試過程中，使用網(wǎng)格墊片時，三種FO膜的A值和B值均有增加，且隨著

3、壓力增加而增加，其中TFC-ES膜的增加最多。汲取液濃度從0.1mol/L增加到0.6mol/L時，三種FO膜水通量和鹽返混均增加，但非線性增長，三種FO膜水通量和鹽返混大小順序為TFC-ES>CTA-ES>CTA-NW。當原料液錯流速率從8 cm/s增加到32 cm/s時， TFC-ES和CTA-ES膜的水通量增加幅度相當，而CTA-NW的增幅較少。
　　接著采用優(yōu)選的TFC-ES膜進行壓力協(xié)同滲透（ Pressure assi

4、ted osmosis, PAO）性能測試，觀察RO運行特性，在此基礎(chǔ)上分析了PAO-RO組合工藝同步污水再生和海水淡化的可行性，并采用三維熒光光譜和凝膠色譜分析了處理過程中有機物和分子量的分布變化情況。結(jié)果表明：PAO測試過程中，Jw與壓力成正相關(guān)，JS成下降趨勢，對TOC的截留略有下降。RO測試中，隨著進水濃度的增加，產(chǎn)水量和脫鹽率均下降。以二沉出水為原料液，模擬海水為汲取液，采用PAO-RO聯(lián)合工藝，運行12h后，系統(tǒng)產(chǎn)水量較單獨

5、RO工藝增加約150％，海水脫鹽率達到94.8%，整個系統(tǒng)對二沉出水中TN、TP和TOC的去除率分別達到98.1%、98.4%和99.6%，蛋白類和腐殖酸類有機物均得到了很好的去除，出水物質(zhì)分子量主要分布在80~500Da之間，達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT19923-2005)。連續(xù)運行10天后，PAO初始水通量下降約25.6%，RO產(chǎn)水初始水通量下降19%，經(jīng)反沖洗后PAO通量恢復95.2%，RO通量恢復99.1%。<

6、br>　　論文最后采用二沉出水為原料液，杭州灣海域海水為汲取液，研究PAO-RO工藝運行特性，并進行經(jīng)濟能耗分析。結(jié)果表明：運行12h后，系統(tǒng)產(chǎn)水量與單獨RO工藝相比增加約45%，海水脫鹽率達到97.8%。系統(tǒng)對二沉出水的TN、TP和TOC的去除率分別達到98.2%、97.5%和99.8%，產(chǎn)水純凈透明，達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT19923-2005)。產(chǎn)水分子量主要分布在40~400Da之間。連續(xù)運行10天后，PAO

7、初始水通量下降約23%，RO產(chǎn)水初始水通量下降9%，經(jīng)反沖洗以后PAO通量恢復98%，RO通量恢復98.4%。FO-RO工藝相比單獨SWRO節(jié)約30%的能耗成本，增加20%~25%的固定成本（Capital expenditure，CAPEX），同時節(jié)省15%%~25%的運行成本（Operational expenditure， OPEX）。當FO膜通量達到25L/m2h以上，F(xiàn)O-RO混合系統(tǒng)經(jīng)濟可行。與模擬海水條件下的結(jié)果相比，RO