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正渗透-前沿脱盐技术研究概况 新型膜材料之第三篇

2016-04-25 14:54来源:IWA微信关键词:正渗透脱盐技术反渗透RO工艺收藏点赞

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在一些FO工艺中,盐水是作为汲取液而不是待处理液,其中最为常见的是将FO应用到RO的预处理当中。在这种情况下,海水作为汲取液,淡水(或渗透压较低的溶液)作为进水溶液可将海水稀释至更有利于RO工艺的浓度。这种预处理过程大大降低了RO海水淡化所需的能量。以类似的方式,使用海水对海藻/营养液脱水以获得藻类生物燃料的创新工艺已在研究当中。

除了选择最佳的渗透剂,膜的类型和结构也会影响FO性能。由于内部和外部的浓差极化(ICP/EXP)可以显著影响性能,理想的FO膜应该具有高密度的活性层,以达到高除盐率。带有微孔的薄支撑层将限制ICP和亲水性,从而使得通量最大化,污染最小化,如嵌入聚酯网的三醋酸纤维素(CTA)、芳香聚酰胺聚合物的RO膜。

为了提高FO工艺的表现,膜配置了中空纤维膜和平板膜。研究人员用聚酯(酰胺酰亚胺)材料制造了中空纤维膜并创建了一种具备内层和外层的双层纤维膜,分别类似于RO膜和NF膜。使用2.0 mol/L的氯化钠溶液作为汲取液,使内部浓差极化最小化,中空纤维膜的通量达到41.3 L/m2.h。另有研究人员通过相转化用聚酰胺酰亚胺制造了平板FO膜,再利用高分子聚乙烯亚胺,形成类似纳滤膜的带正电截留层。

这种平板膜的水通量为29.7 L/m2.h。据报道,当阻挡层朝向汲取液时,水通量能达到54 L/m2.h。中空纤维和平板FO膜不仅实现了高水通量,也具备优越的除盐性能。

FO工艺整体的单位能耗仅仅约为多效蒸发工艺所需热能的25%-45%。相比多效蒸发工艺,FO工艺可以使用低至40℃和高至200℃-250℃的热能,可利用的热量温度范围更广。虽然有研究称FO工艺膜部分的能耗小于0.25kWh/m3,但是在考虑汲取液分离回收部分的能耗后,FO工艺的单位能耗类似于RO工艺(约3.5 kWh/m3)。

有研究人员将FO与RO相结合形成了一种能降低能耗的混合工艺。在这一创新中,将再生水(三级处理出水)通过一个FO系统,以海水作为汲取液。海水被FO处理过程中被再生水稀释,被稀释的海水之后通过RO系统,以稀释海水作为RO进水降低了海水淡化处理所需的操作压力,能耗也随之减少了。经RO系统浓缩的浓水通过第二阶段的FO工艺进一步处理,最终被排入大海。通过使用FO-RO组合工艺,海水淡化可在较低的能耗下运行,并且通过两个物理截留(FO和RO),再生水也同时得到了处理。

有研究人员以二级出水作为进水,红海海水作为汲取液,应用这种FO-RO组合工艺对红海海水进行淡化。结果表明,在淡化等量的海水情况下,该系统的能耗约为1.5 kWh/m3仅为高压SWRO系统的50%。尽管FO-RO组合工艺的能耗较低,但是成本分析表明,与传统的RO工艺相比,FO-RO组合工艺要求的最小平均通量是10.5 L/m2.h。

在另一项研究中,研究人员使用了FO-RO组合工艺来生产低硼农用水,其单位能耗为2.93kWh/m3,产水率为50%;而在相同的条件下,两段式RO系统所需的能量为3.79kWh/m3。然而,由于FO膜的操作通量较低,将FO和RO进行组合将大大增加所需的膜面积。例如,当产水率为50%时,FO-RO组合工艺的膜面积为972,000 m2,而两段式RO工艺仅需74,000 m2。

另有研究人员对比了两段式RO系统和SWRO的具体能耗。对于总溶解性固体(TDS)为35000 mg/L、水回收率为50%的海水淡化,包括超滤预处理的两段式RO系统的能耗为3.0 kWh/m3,而FO工艺的能耗计算结果是3.58 kWh/m3,其中汲取液的稀释和溶质回收过程的能耗分别为0.10 kWh/m3和3.48kWh/m3。因此,如果想要对RO工艺形成更大优势,FO工艺还需要在汲取液溶质回收过程的能耗方面进一步优化。但是,与RO工艺相比,FO工艺没有液压驱动,其膜污染较小,这是FO工艺的明显优势。FO工艺也适合一些特殊的应用情况,比如需要处理的盐水含盐量较高,以致于不能使用RO工艺处理时。

延伸阅读:

前沿脱盐技术研究概况--新型膜材料之第二篇

前沿脱盐技术研究概况--新型膜材料之第一篇

原标题:正渗透-前沿脱盐技术研究概况(3)
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