新型气隙式膜蒸馏组件盐水浓缩的试验研究

近年来，水资源的缺乏和污染影响了人们的生活和社会的发展，海水淡化是目前最经济并且有利于环境的淡水取用方式，已成为大规模开辟新水源、解决世界性缺水问题的首选方案 。海水淡化已经纳入国家十二五规划，目前工业应用较为广泛的海水淡化技术有反渗透、低温多效等。反渗透过程的淡水回收率一般为 50%左右，所副产的大量浓盐水直接排放到海洋中，对海洋造成新的污染 ，同时反渗透过程的操作条件对温度和浓度要求比较苛刻，反渗透过程采用高压操作，使其耗电量大，操作成本高；低温多效过程对设备要求高，投资较大。膜蒸馏过程具有可利用低品位热能（太阳能、地热、废热）、截留率高、设备简单、操作方便等优点，成为海水淡化技术研究的新方向。

膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，从上个世纪 60 年代开始，人们对膜蒸馏的研究特别是在膜蒸馏的传质、传热以及膜组件的设计等方面做了很多的工作，目前膜蒸馏技术还基本处于实验室研究阶段，未能实现大规模工业应用，其主要原因是目前还未开发出可市场化的高效的膜组件和与之相适用的膜蒸馏工艺 。膜蒸馏是一个有相变的过程，这个过程需要消耗能量，对于膜蒸馏组件的设计应该同时考虑热效率和热回收率，C M Guijt 等对由中空纤维膜和换热管组成的膜组件的传质、传热进行了研究，同时对模型进行了验证和对膜组件的性能进行了详细的研究分析，指出中空纤维膜和换热管之间的间距在 1～3 mm 比较合适；米尔顿·罗伊公司在其申请的专利 中描述了一种热回收膜蒸馏装置和系统；采用新型的气隙式膜蒸馏组件进行了脱盐研究，并提出多级膜蒸馏组件串联的方式来回收能量；秦英杰等 设计了多效膜蒸馏组件，对盐水、果汁以及尿素水溶液进行处理，取得了良好的效果。

本文采用实验室自制的新型气隙式膜蒸馏组件对氯化钠溶液进行浓缩试验，考察料液浓度、流速及进料温度对膜蒸馏过程的膜通量、造水比和截留率的影响。该新型气隙式膜蒸馏组件由中空纤维膜、换热管以及格网组成，中空纤维膜和换热管间隔排布，中间为一层塑料格网，通过格网的厚度来控制气隙的宽度，使得中空纤维膜和换热管不能直接接触。

1 试验装置

氯化钠溶液通过磁力泵进入膜蒸馏组件的换热管中，通过转子流量计调节流量，从膜组件上部的换热管出口流出后进入恒温水浴箱，将温度升高到试验所需温度后，以相同的流量流入膜组件中空纤维膜中，高温氯化钠溶液在中空纤维膜表面蒸发，由于换热管中氯化钠溶液的温度低于中空纤维膜中氯化钠溶液的温度，蒸发出的水蒸气在换热管外表面冷凝，冷凝潜热被换热管中的氯化钠溶液吸收，从而使得换热管中氯化钠溶液温度升高，实现热量的回收。

2 结 论

利用新型气隙式膜蒸馏组件对氯化钠溶液进行膜蒸馏试验研究，结果表明，进料温度T 3 升高时膜通量和造水比增加，料液流速增加时膜通量增加，而造水比随之下降；料液浓度增加时膜通量和造水比降低，而截留率几乎不受料液流量、浓度和进料温度的影响，稳定在 99.8%以上。当料液浓度为 3.0%、进料温度T 3 为 95.0 ℃、流量为 7.0 L/h 时，膜通量为 4.1L/(m 2 ·h)，造水比为 7.0，经过 60 d 的连续运行，新型气隙式膜蒸馏组件的膜通量、造水比和截留率均保持稳定。