膜蒸馏耦合技术处理反渗透浓排水

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1、∗膜蒸馏耦合技术处理反渗透浓排水吕晓龙1(中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室，天津工业大学生物化工研究所，天津，300160)摘要：针对石化企业废水经反渗透处理产生的浓排水，设计了膜蒸馏耦合处理工艺过程。采用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，通过减压膜蒸馏进行初步浓缩处理，在0.095MPa、70℃、原水流速0.66m/s的条件下，2得到的产水电导保持在4μS/cm以内，脱盐率大于99.99%，膜蒸馏产水通量达到22L/m·h以上。之后，使用氢氧化钠/碳酸钠进行浓水化学除硬处理，相对于不同的膜蒸馏初步浓缩倍数，硬度去除率在70～80%之间。然后对化学除硬处理液进行超滤，对超滤透过液继续进行减

2、压膜蒸馏浓缩处理，至将反渗透浓排水2浓缩10倍后，得到的产水电导仍保持在4μS/cm以内，脱盐率大于99.99%，膜蒸馏产水通量保持在17kg/m·h以上。关键词：减压膜蒸馏；聚偏氟乙烯；中空纤维膜；反渗透浓水；超滤中图分类号：文献标志码：A文章编号：1．前言近年来，反渗透（RO）技术由于具有高效节能等优势而逐渐成为诸多工业部门废水处理与回用的重要手段。但RO技术的实际产水率一般在60%左右，仍有大量浓水排放，开发高效的RO浓排水处理工艺过程，提高水资源利用率，实现节水减排，具有重要意义。减压膜蒸馏（VMD）是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新型膜分离技术。能够在较低的负压和较低的溶液

3、温度下实现蒸馏过程，可利用工业废热等廉价能源，对无机盐、大分子等不挥发组分的截留率接近100%，并且可处理高浓度废水，因此日益受到研究者的重视，成为膜分离和水处理技术的研究热[1,2][3]点之一，但关于运用VMD法进行RO浓排水处理的研究很少。另外，已有的规模化生产的疏水膜的[4]膜蒸馏通量一般较低，也大大限制了膜蒸馏技术的发展和应用。[5]本课题组开发出了性能稳定的高通量聚偏氟乙烯（PVDF）疏水中空纤维膜，本文即采用此高通量PVDF膜，针对石化企业废水经RO处理后的浓排水进行VMD处理实验，设计了膜蒸馏—化学除硬—超滤—膜蒸馏耦合处理工艺过程。系统研究了VMD过程中冷侧真空度、RO浓

4、水温度、流速等对VMD处理效果的影响，考察了VMD法RO浓水处理过程中产水通量、电导、脱盐率等随浓缩倍数的变化情况。∗资助项目：国家十一五科技支撑计划项目（编号：2006BAB03A06）；国家“863”计划项目（编号：2008AA06Z303）作者简介：吕晓龙，教授，主要从事中空纤维膜材料与膜过程研究。12．实验部分2.1实验材料与仪器PVDF疏水中空纤维膜，自制，内径1.0mm，壁厚0.15mm，孔径0.16μm，孔隙率85%；中空纤维膜2-1组件，自制，有效长度23cm，有效膜面积约0.03m。石化企业废水的RO浓排水，电导值约6000μS·cm，总硬度1874mg/L，CODcr9

5、2mg/L，由北京化工研究院提供。电子天平，天津市天马仪器厂；DDS-11A型电导率仪，上海雷磁仪器厂。2.2实验装置与运行减压膜蒸馏实验系统流程如图1所示，主要由热侧回路、真空侧回路以及疏水性中空纤维膜组件构成。其中热侧回路主要包括：恒温水浴、磁力泵、流量计、温度计、压力表及控制阀等；真空侧主要由冷凝管、水循环式真空泵、产水接收器及控制部件组成。热侧RO浓水在中空纤维膜孔内发生热量和质量的传递，透过膜孔的蒸汽在冷凝系统中冷凝，并通过双阀控制实现在线收集。RO浓水在恒温水浴中加热到预定温度后，打开热侧循环泵及水环式真空泵，通过流量计调节流量（流速）到预定值。当膜组件两侧的进出口温度都稳定后

6、，开始记时并通过产水接收器收集产水。通过电子天平称量产水接收器的质量增量，即产水质量；以电导率仪测量产水电导值。通过公式分别计算产水通量F，和脱盐率R：F=Q/(A⋅t)（1）2其中Q为总的产水质量，kg；A为有效膜面积，m；t为测试时间，h。R=1[−(c/c)]×100%（2）p0其中，cp为产水盐浓度；c0为原水盐浓度。图1VMD法RO浓水处理实验流程图Fig.1ExperimentalapparatusofVMDprocessforthetreatmentofROconcentratedwastewater1.恒温水浴中的RO浓水槽；2.磁力泵；3.液体流量计；4.压力表；5.温度

7、计；6.中空纤维膜组件；27.冷凝管；8.产水槽；9.循环水式真空泵膜蒸馏耦合技术处理反渗透浓排水工艺流程如图2RO浓排水膜蒸馏浓缩液化学除硬超滤二次膜蒸馏浓缩液蒸馏水排渣蒸馏水图2膜蒸馏耦合技术处理反渗透浓排水工艺流程图3．结果与讨论3.1VMD操作条件对过程性能的影响3.1.1RO浓水流速对VMD过程性能的影响首先，在冷侧真空度为0.09MPa，RO浓水温度分别为60℃、65℃、70℃下，考察了RO浓水的流速对VMD