膜法海水软化与浓缩技术研究

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我国水资源严重短缺,海水淡化是解决我国沿海地区水资源匮乏和维护远海岛屿领土主权问题的战略途径。随着海水淡化产业规模的扩大,副产浓海水的排放问题亟待解决。浓海水中化学资源丰富,实现浓海水综合利用和零排放,能显著提高海淡的综合效益,避免环境污染。本文系统研究了纳滤、反渗透、电渗析等膜法浓海水软化与浓缩工艺,构建并优化了的膜技术集成方案,从而为降低淡化成本、推动大规模海水淡化技术的绿色可持续发展提供坚实的技术支撑。  本研究主要内容包括:⑴采用纳滤、1价选择性离子交换膜电渗析对浓海水中一、二价离子分离过程进行了研究。纳滤法研究了对浓海水、脱钙、脱钙镁浓海水体系中二价离子脱除效果及水透过性能,考察压力、温度、浓度、浓侧流量等因素的影响,并通过半循环纳滤实验探究多级浓缩、分离效果。研究发现,SO42-截留率均能达90%以上,但DL2540膜对Mg2+截留率占明显优势,半循环实验回收率80%时,SO42-、Mg2+最高截留率能达94.3%、47.3%,故后续涉及Na+、Mg2+分离,均用DL2540膜;但NF270膜通量高,若仅分离Cl-、SO42-,均用NF270膜。1价选择性离子交换膜电渗析主要研究了对脱钙浓海水体系一、二价离子分离浓缩效果,电压为12V,Na+/Mg2+、Cl-/SO42-选择性迁移比分别能达2.9、18.4,可见电渗析对阴离子分离效果好于阳离子,能实现分离和浓缩过程耦合。⑵采用高压反渗透对纳滤产水浓缩,系统研究了NaCl体系浓度、压力、温度、浓侧流量及其他离子添加等条件对浓缩效果的影响,同时考察淡水品质,并利用DOW-ROSA9软件对反渗透元件排列组合。研究发现,SW30-2540膜仅能将盐溶液浓缩到74600mg/L左右,经一级或两级淡化,淡水TDS能降到500 mg/L以下,符合《生活饮用水卫生标准》。⑶采用电渗析对经反渗透、选择性电渗析浓水进行深度浓缩研究,考察了电压、浓淡室体积比、浓度等对浓缩效果的影响,并将纯浓缩膜与1价选择性膜的性能进行了对比。以脱钙浓海水为原料,CSO/ASA、CMV/AMV膜分别能将TDS浓缩到170648 mg/L、162658mg/L,对应NaCl浓度分别为145306mg/L、134732mg/L,占TDS的85.1%、83.0%,Mg2+含量分别为6604mg/L、7055mg/L,SO42-含量分别为5703mg/L、8084mg/L。故1价选择性膜浓缩分离效果优于纯浓缩膜,得到浓缩液体盐NaCl纯度较高。电渗析浓缩、淡化不受浓度限制,离子能近乎完全迁移,能将TDS浓缩到200000mg/L以上。
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