太阳能真空膜蒸馏和肥料汲取液正渗透处理反渗透浓水的节能性和经济性分析

针对太阳能真空膜蒸馏(Solar vacuum membrane distillation,SVMD)和肥料汲取液正渗透(Fertilizer draw forward osmosis,FDFO)系统处理反渗透(Reverse osmosis,RO)浓水的试验研究较多,而对其能耗和经济性分析的较少.通过对试验规模和工业规模条件下2种系统的膜通量、能耗和成本进行对比分析,结果表明,在试验规模条件下,将RO浓水浓缩4倍,无辅助热源SVMD系统的膜通量为2.46 kg/(m^(2)·h),比能耗为110.6 kWh/m^(3),单位水生产成本为96.6元/m^(3);有辅助热源SVMD系统的膜通量为3.75 kg/(m^(2)·h),比能耗为230.7 kWh/m^(3),单位产水成本为13.4元/m^(3);FDFO系统的膜通量为3.62 kg/(m^(2)·h),比能耗为20.44 kWh/m^(3),单位产水成本为26.8元/m^(3).在工业化规模条件下,设计产水量均为240 m^(3)/d时,SVMD系统比能耗为12.8 kWh/m^(3),单位产水成本为10.8元/m^(3);FDFO系统比能耗为12 kWh/m^(3),单位产水成本为9.38元/m^(3).可见生产规模越大,不同系统的产水成本越小,差别也越小.

基于FDFO的反渗透浓水处理试验

针对目前反渗透、膜蒸馏等众多高能耗的苦咸水淡化技术,该研究采用无需加压无需再生的肥料汲取液正渗透技术对苦咸水进行处理。对KCl、KNO_(3)、NaNO_(3)、NH_(4)HCO_(3)、(NH_(4))2SO_(4)、NH_(4)Cl进行肥料汲取液正渗透(Fertilizer Draw Forward Osmosis,FDFO)单因素试验,通过改变汲取液种类、浓度、温度及原料液浓度,分析正渗透过程的正向水通量和反向盐通量的影响因素。结果表明汲取液种类不同,其正向水通量和反向盐通量差别较大,6种汲取液的正向水通量从大到小依次为KCl、NH_(4)Cl、NaNO_(3)、NH_(4)HCO_(3)、(NH_(4))2SO_(4)、KNO_(3),反向盐通量为NaNO_(3)、NH_(4)HCO_(3)、KNO_(3)、KCl、NH_(4)Cl、(NH_(4))2SO_(4)。KCl、NH_(4)Cl的正向水通量最大,反向盐通量较小,因此优先选用KCl和NH_(4)Cl作为肥料汲取液。改变KCl汲取液的浓度和温度进行正渗透试验。结果表明,2 mol/L的KCl汲取液其正向水通量是0.5 mol/L的3.56倍,55℃条件下的KCl汲取液其正向水通量大约是25℃条件下正向水通量的2倍,因此随着汲取液浓度的增加和温度的升高,正向水通量增加。改变NaNO_(3)汲取液的浓度和温度进行正渗透试验,结果表明,汲取液浓度从0.5 mol/L增大到2 mol/L,反向盐通量增大了2.94倍,汲取液温度从25℃上升到55℃,反向盐通量增大了1.64倍,因此随着汲取液浓度的增加和温度的升高,反向盐通量增加。