新型中空纖維空氣隙式膜蒸餾海水淡化過程研究.pdf

1、膜蒸餾（MD）技術是一種新型熱驅動膜分離過程，具有操作壓力低、截留率高、可利用低品位熱源等優(yōu)勢，用于海水淡化過程可實現經濟、高效和環(huán)保三重目標?？諝庀妒侥ふ麴s（AGMD）技術因引入一層靜態(tài)空氣使得過程熱效率大大提高。與平板膜相比，中空纖維膜比表面積大，填充密度高且空氣隙厚度調節(jié)方便，用于 AGMD過程有望獲得更高的膜通量（JW）、造水比（GOR）甚至熱效率（η）。
　　本文針對現有中空纖維AGMD膜組件（AGMD-HF）空氣隙無法

2、穩(wěn)定存在， JW和GOR較低的不足，提出了一種中空纖維螺旋纏繞式膜組件。該膜組件通過在中空纖維膜外引入一層隔熱管狀隔網，使得隔網厚度等同于空氣隙厚度，并將中空纖維膜與中空纖維冷凝管以1:3的比例呈立體交錯纏繞編排，形成中空纖維膜管束，再以膜管束為基本填充單元，在膜殼內部平行排布，從而保證了低厚度且可準確計算的空氣隙，及較高的膜通量、造水比和熱效率。
　　實驗以3.5 wt.％模擬標準海水為進水，對該新型膜組件用于海水淡化過程進行了

3、研究。系統(tǒng)考察了膜組件的運行穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和性能提升效果，以及料液進水溫度（T3）、進水流量（Fh）和冷凝液進水溫度（T1）、進水流量（Fc）對AGMD過程性能的影響，并與平板式太陽能集熱器形成耦合體系探討在具體地域利用太陽能熱源驅動膜蒸餾過程的可行性。實驗結果表明：膜組件運行穩(wěn)定性良好，連續(xù)運行600h情況下，JW、GOR和η均保持較小波動，電導率ζ在后期也逐漸處于5.8μS/cm基本不變；膜組件熱損失ΔT始終處于0.3℃-0.6℃

4、，表明傳導熱損失很小，幾乎可忽略不計；與中空纖維平行填充結構相比，螺旋纏繞結構膜組件的JW、GOR和η分別提升19.6%、26.4%和7.9%；T3增加， JW、GOR和η隨之增加，T1增加，JW下降而GOR和η增加；Fh增加，JW上升而GOR和η明顯下降，Fc對膜蒸餾過程性能影響較??；實驗過程產水ζ始終保持在10μS/cm以下，相應的離子去除率ω高于99.99%，JW、GOR和η分別達到5.87 L/m2?h、5.37和0.943；在

5、天津地區(qū)的多云和晴朗兩種天氣條件下太陽能集熱裝置運行比較穩(wěn)定，可為AGMD過程提供比較充足的熱量。
　　利用面向中心復合實驗設計（CCD）和響應曲面法（RSM）對膜蒸餾過程的JW指標進行了模擬優(yōu)化。建立了JW與T3、T1和F（Fh=Fc）三種影響因子之間的二次多項式回歸模型；回歸模型的ANOVA檢驗顯示其決定系數R2為0.986， p值低于0.0001而F值和信噪比分別達到77.3、31.7，表明模型具備較高的預測和分析響應可信度

6、；CCD實驗JW與預測響應值平均誤差僅為6.95%；回歸模型的RSM分析顯示T3和F增加而T1減小均會導致JW的上升，且T3T1，T3F和T1F對JW的交互影響呈近似線性趨勢；引入期望函數得到各影響因子的最佳操作水平為T3=83.5℃，T1=13.2℃，F=60.2 L/h，該條件下的太陽能加熱驅動驗證實驗中膜通量達到6.47 L/m2?h，與預測目標值誤差僅為7.57%，表明將太陽能引入AGMD-HF海水淡化過程具有很強的實際應用潛力