淮南废水处理设备 AGGJA85 蓝阳环保

对于高盐废水的处理，传统方法是将废水减量浓缩，将浓缩液通过蒸发技术使盐结晶，终实现废水脱盐和盐资源的回收。目前，已大规模工业化的浓缩方法主要有热法和膜分离法。热法主要是通过加热的方式，将高盐废水中的水分蒸发出来，以达到浓缩和减容的目的，该方法通常利用水蒸气作为热源，耗能巨大，运行成本非常高。膜分离法使用选择性透过膜作为过滤介质，以压力差､电势差､渗透压等作为驱动力，实现含盐废水的浓缩，常见的膜分离工艺有微滤､超滤､反渗透､电渗析等。对于膜技术，目前存在的主要问题是膜元件成本高､膜污染及清洗等问题。

膜蒸馏技术是传统热蒸发过程与膜分离技术相结合的新型分离技术，其原理是在疏水性微孔膜的拦截作用下，阻止废液以液体形式穿透膜孔，仅以挥发组分在膜两侧蒸汽压差的推动下穿透膜孔，而非挥发组分则被拦截，终实现混合物的分离和提纯，具有浓缩倍数高､能耗低等(使用30~70℃的低品热源)特点。在常见的膜蒸馏技术中，真空膜蒸馏技术(vacuummembrane distillation，VMD)是利用真空泵使膜的透过侧维持负压状态，从而增加膜两侧的蒸气压差以提高膜通量，与其他膜蒸馏技术相比，具有膜通量高､温度极化程度低等显著优点，近年来得到了研究人员的广泛关注。Mericq等采用VMD技术对反渗透处理后的海水浓缩液进行浓缩，实验结果表明，当透过侧压力为6000Pa､温度为50℃､雷诺数为4000､进水含盐量为64~300g/L时，膜通量可达7~17L/(m2•h)，VMD工艺可将反渗透处理后的海水浓缩液的体积减少81.9%。刘宇程等采用VMD技术处理经湿式氧化后的页岩气压裂返排液，结果表明，当进水COD为299mg/L､NaCl浓度为67870mg/L时，在操作条件为料液温度70℃､真空度0.085MPa､运行时间为90min情况下，出水NaCl含量仅为1.17mg/L，出水COD降至93.2mg/L。Wen等应用VMD技术处理低放射性废水，实验结果表明，当进水含盐量高达80g/L时，VMD工艺对Cs(Ⅰ)､Sr(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的去污因子可分别达到6000､3700和8300。游文婷等采用VMD工艺对硫酸钠和氯化钙模拟废水进行了处理研究，实验选用聚四氟乙烯平板膜作为膜组件，结果表明：随着进水温度的升高､冷侧压强的减小，通量随之增大，VMD工艺的截留率均达到了99.99%以上。随着膜材料和疏水膜制造工艺的不断发展，在保证较高膜通量的前提下，可有效降低膜污染问题，提高VMD工艺的稳定性和可靠性。

对于高含盐工业废水，如油气田产出水､炼化废水等须回用或外排的高盐废水，真空膜蒸馏技术是一个较好的选择。本研究采用聚丙烯中空纤维膜元件，研究了真空膜蒸馏技术在不同条件下处理模拟高含盐废水的效果，分析了各因素对膜通量的影响程度，对真空膜蒸馏技术进行了初步探索，为高含盐工业废水提供新的处理选择。

1、材料和方法

1.1 实验材料

本实验用水采用NaCl(上海国药，分析纯)模拟高含盐废水，浓度为35~200g/L。实验所用膜为聚丙烯中空纤维膜(Wochi，WHPP96-20，中国)，其主要性能参数如表1所示。

1.2 实验装置及运行

本实验所用装置如图1所示，加热后的高含盐水经蠕动泵进入膜元件的膜丝内侧，浓盐水回流至进水箱内加热继续循环，盐水中的水蒸气在疏水膜两侧蒸汽压差的驱动下透过膜孔，后冷却收集。

将配制好溶液加入加热水箱中，待温度上升至所需温度后，开始进水进行实验。每组实验运行20min，重复进行3次，结果取平均值。

1.3 分析方法

Cl-浓度使用离子色谱进行分析(Dionex，ICS—2100，USA)。

膜通量根据式(1)计算：

式(1)中：J为膜通量，L/(m2•h)；Δm为Δt时间内的产水量，kg；A为膜的有效面积，m2；Δt为时间，h；ρ为液体密度，kg/m3。

真空度根据式(2)计算：

为了方便计算，本研究认为当地大气压为1个标准大气压，即1atm(1atm=101325Pa)；真空度单位均折算为atm。

2、结果和讨论

在真空膜蒸馏工艺中，透过侧真空度､料液温度､料液流速以及料液含盐量对膜通量具有较大的影响，是VMD工艺的重要参数。本研究采用单因素法，分别研究了上述四个影响因素对膜通量的影响，并采用多元线性回归法对四个因素的重要性进行了分析。

2.1 真空度对膜通量的影响

在流量为41.8L/h､温度为70℃､含盐量为35g/L的条件下，研究了不同透过侧真空度对膜通量的影响，其结果如图2所示。可以看出，当真空度为0.1~0.6atm时，膜通量变化不大，为0.06~0.19L/(m2•h)；当真空度由0.6atm增加至0.98atm时，膜通量呈线性增长(R2=0.9461)，由0.19增加至4.21L/(m2•h)。有研究表明，当真空度由68kPa升高至82kPa时，装置的产水量由2.0t/d升高至2.5t/d，真空度与产水量整体呈线性关系；在Alsadi等的研究中，也出现了类似的研究结果，当透过侧压力由45kPa降至35kPa时，膜通量由线性增加。这是因为，在VMD过程中传质驱动力与跨膜压差成正比关系。

从图2中还可以看出，存在一个临界真空度，使膜通量开始线性增长，这可以使用安托万经验方程解释。根据式(3)，70℃时纯水的饱和蒸汽压为0.31atm，即只有当真空侧的压力小于等于0.31atm时，水蒸气才会因蒸汽压差的驱动向真空侧迁移，即相应的临界真空度为0.69atm(按当地大气压为1atm算)。在本实验中真空度的临界点偏移至0.6atm，其原因可能是由于进液温度计算方法造成的。在本实验中，进液温度是膜元件的入口温度和出口温度的平均值，由于实验装置未采取保温措施，当进液温度记录为70℃时，实际的进口温度和出口温度分别为74℃和66℃，会在膜元件中形成温度梯度，靠近进口的高温料液具有更高的饱和蒸汽压，可能会因正向的蒸气压差使部分水蒸气透过膜丝。