考虑有效能和环境影响的反渗透脱硼海水淡化操作优化

建立了反渗透过程机理模型和产水分流设计的网络模型,对每个设备的有效能损失情况进行分析,由生命周期评估方法将反渗透装置的环境影响量化为吨水温室气体CO_(2)排放量,针对产水需求和进水温度变化,系统流程设计方案同时考虑能耗、装置规模和环境影响,通过调节产水分流比例和操作条件进一步降低能耗和环境影响,提高能量利用效率,使得产水满足饮用水中硼含量的标准,虽然反渗透膜元件有所增加,但能耗可降低13.8%,热力学第二定律效率可由27.96%增加至31.66%,产水生态环境影响可降低13.4%,为中试及工程规模化应用提供技术支撑。

反渗透海水淡化预处理工艺

对不同海水预处理工艺进行了研究,对比分析了不同工艺产水浊度、化学需氧量(COD_(Mn))、污染密度指数(SDI15)等参数及不同预处理工艺对超滤膜膜比通量的影响。混凝-沉淀或气浮处理能够有效降低海水浊度,配合砂滤或纤维过滤,浊度可以降低到0.3NTU左右。当超滤处理海水时,无论采用何种预处理方法,其产水浊度和SDI15都可以满足反渗透进水要求。直接超滤时,COD_(Mn)去除效果较差,超滤结合混凝-沉淀或气浮处理时,COD_(Mn)去除率有了较大的提高。预处理方法对超滤膜膜比通量影响较大,直接采用超滤进行处理时,超滤膜膜比通量衰减较快,经混凝-沉淀或气浮处理后,膜比通量衰减有所减缓,进一步经砂滤或纤维过滤后,膜比通量的衰减得到了较好的控制。采用混凝-沉淀/纤维过滤预处理工艺时超滤膜膜比通量衰减最低。

碳酸氢铵为汲取液正渗透海水淡化研究

正渗透技术因低能耗、低膜污染和高回收率等优点逐渐成为膜分离技术的研究热点。本文以碳酸氢铵溶液为汲取液、0.6mol/L氯化钠溶液为模拟海水进行了正渗透实验,研究了不同操作条件下正渗透水通量的变化规律和汲取液部分解吸-吸收过程中氨解吸率、氨吸收率以及解吸能耗的变化。结果表明,提高进料流量和汲取液浓度,正渗透过程水通量增加;提高吸收塔进料流量,氨吸收率增加,操作条件对氨解吸率影响较小;海水淡化正渗透系统能耗主要用于汲取液解吸过程,降低解吸塔进料浓度可以降低解吸过程的能量消耗。在优化的工艺条件下,正渗透过程水通量为13.6L/(m^2·h),汲取液回收利用率达到99%,海水淡化产水总溶解固体(TDS)不高于1000mg/L,系统吨水耗电量约为195kW·h。实验结果对正渗透过程的工业化应用具有指导意义。

低温多效海水淡化系统的模拟计算

根据系统物料平衡、盐平衡、能量平衡、传热方程、热力学关系式及海水物性参数计算公式,建立了低温多效蒸馏海水淡化系统蒸汽喷射压缩器、蒸发器、淡水闪蒸罐及浓水闪蒸罐的数学模型。运用牛顿迭代法,确定了系统工艺参数计算的源程序。结合某电厂已投产四效平流低温多效蒸馏海水淡化装置,进行模拟计算,得出了系统造水比、比传热面积、比冷却海水流量等性能参数,且模拟计算结果与现场操作数据误差小于10%。

低温多效海水淡化混流效组系统优化与分析

建立了多个混流点的混流效组低温多效蒸发(LT-MED)海水淡化数学优化模型,将海水视为盐和水的混合物,其焓表达为温度的函数,降低优化模型的非线性程度,使其易于收敛。以比传热面积为优化目标分析了不同流程和参数对系统的影响。结果表明,在喷淋密度为30~80 g/(m·s)时,多混流点系统的造水比与单混流点系统相比提高了12.1%,比传热面积降低了8.4%,优化流程为5效+2效+2效组合;提高首效加热蒸汽温度可有效的减少换热面积,降低制水成本,对系统的造水比影响不大;增加系统效数,可以有效提高造水比。各效等面积蒸发方案造水比比不等面积方案略有下降,比传热面积略有增加。模拟结果与文献中相关数据吻合良好,可为低温多效蒸发海水淡化系统工程化设计提供技术支持。

日产100吨低温多效海水淡化装置中试研究

对采用铝合金换热管的4效平流进料低温多效海水淡化工业试验装置进行了性能测试,研究了装置产水量、造水比随操作条件的变化规律。结果表明,装置产水量随进料温度、最高蒸发温度、喷淋密度、总温差的增加升高,但造水比变化不大。当系统总温差为15℃时,工业试验装置产水量达到100 t/d,造水比稳定在3.4左右。研究结果可为低温多效海水淡化工业装置的设计提供依据。

平流流程多效蒸馏海水淡化系统有效能分析

以10 000 t/d四效平流流程多效蒸馏海水淡化系统为对象,建立了系统火用数学模型,计算了系统火用利用率及蒸发器、蒸汽压缩喷射器和冷凝器等处的火用损失,并采用图像火用分析法直观表示出系统不同部位的火用损失情况。结果表明,该系统火用利用率为13.02%;最大火用损失位于蒸汽压缩喷射器,约占系统总火用损失的49%;冷凝器次之,与四效蒸发器总火用损失基本相同。

海水酸化与药剂耦合蒸馏淡化阻垢工艺研究

采用水平降膜蒸发装置进行了海水蒸发浓缩实验,研究了海水酸化预处理与药剂阻垢耦合措施对钙镁离子损失的影响。酸化预处理和药剂耦合措施对垢物晶种的形成和晶体生长有明显抑制作用,在固定酸化程度的条件下,随着阻垢剂加入量的加大,钙离子损失量减少,阻垢率增加;在固定阻垢剂加入量的条件下,随着酸化程度的提高,钙离子损失量减少,阻垢率增加;而海水酸化处理与药剂阻垢耦合措施对镁离子损失量影响较小。通过海水酸化预处理与药剂阻垢耦合措施可以实现高浓缩倍率蒸馏法海水淡化的阻垢效果,在11 mg/L阻垢剂加入量、50%海水酸化或8 mg/L阻垢剂加入量、72%海水酸化条件下,海水3倍蒸发浓缩过程钙离子损失量接近目前工业蒸馏装置海水2倍浓缩实际水平。

超重力真空海水淡化蒸发室两相流动模拟研究

为实现风能对海水淡化单元的直接驱动,从而提高风能利用率,提出了1种新型的风能超重力真空海水淡化技术,并对该技术的关键设备超重力蒸发室内的流体流动和相变行为进行了研究。提出了超重力真空形成理论,据此得出超重力蒸发室主要结构参数的影响规律:增大转速和半径,减小溢流口压力和高度均有助于超重力真空环境的形成。借助CFD软件建立了无相变VOF模型,利用模拟结果优化了超重力蒸发室的结构;建立了有相变空穴模型,模拟结果表明,增设溢流堰的超重力蒸发室旋转时可生成海水常温蒸发所需的真空环境,适合于常温下风力机械能直接驱动,可减少或避免抽真空负荷和能耗。

低温多效-热压缩海水淡化混流效组系统模拟研究

建立了混流效组低温(LT)多效蒸发(MED)-热压缩(TVC)海水淡化系统的数学模型,分析了不同抽气位置和操作参数对10效系统设计的影响。结果表明,随着TVC引射位置从第2效向末效方向移动,造水比GOR呈现先增大后减小的趋势,而传热面积逐渐增加。针对4效+3效+3效组合,当TVC抽气位置位于第9效时GOR最高,与第2效抽气位置相比增幅可达58.8%,传热面积只需增加24.0%。随着最高浓盐水温度和压缩蒸汽压力的增加,TVC引射系数逐渐增加,造水比和换热面积均呈下降趋势。在实际工程设计时,需权衡系统投资(换热面积)和操作成本(动力蒸汽消耗),选择合适的最高浓盐水温度和压缩蒸汽压力。模拟结果与实际工程相关数据吻合良好,可为工程化设计提供理论和技术支持。

高浓缩倍率低温多效海水淡化药剂阻垢研究

对不同浓缩倍率下盐水中易成垢离子的变化趋势进行了实验研究,对海水淡化厂现用的性能较好的阻垢剂进行了分析,在浓缩倍率为2.5的条件下对不同阻垢剂的阻垢性能进行了研究,并模拟低温多效蒸发环境,进行了水平降膜蒸发实验。结果表明：在40-90℃的条件下,当海水浓缩倍率达到1.5倍左右时钙离子出现损失,随着浓缩倍率提高钙离子损失加大,随着温度的升高损失加剧,钙垢产生的概率变大;在70℃下模拟水平降膜蒸发实验浓缩到2.5倍时,表观结垢量约为134mg/L;阻垢剂的加入可以降低蒸发器上的表观结垢量,在高浓缩倍率下阻垢剂A显示了良好的阻钙离子和阻硫酸根离子结垢的能力;随着阻垢剂加药量的增加,表观结垢量减小,当阻垢剂A的加药量为4.28mg/L,表观结垢量为33mg/L,达到现有海水淡化厂实际运行水平。

六效平流MED-TVC海水淡化系统[火用]分析

在热法海水淡化工业中,多效蒸馏-热蒸汽压缩(MED-TVC)系统因其较低的蒸汽消耗量而受到广泛的应用。本文针对电厂六效平流MED-TVC海水淡化系统进行了热力学和[火用]分析。揭示了系统[火用]损失变化,为进一步优化系统能量结构提供了方向。并进一步研究了动力蒸汽压力、进料海水盐度以及抽吸位置对系统性能的影响。结果表明动力蒸汽压力的增加有利于提高系统造水比但同时也增加了系统的能量及[火用]输入。抽吸位置在第四效时系统的输入[火用]及[火用]损耗较小,单位面积产水量最高。

海水淡化旋流式喷头喷淋均匀性研究

水平管降膜蒸发过程中喷淋液体的分布状态直接影响蒸发器的蒸发效率。本文针对海水淡化系统中空旋流式液体喷头进行了液体分布特性及均匀性研究,当喷淋高度为600~700mm时,可以实现较为均匀的喷淋分布。为了进一步提升喷淋液体均匀分布,提出了两种多喷头的布置方案并进行了均匀性分析。采用三角形布置,比正方形布置能得到更为均匀的液体分布。当采用三角形布置且喷淋高度500mm,中心距850mm时喷淋量的分布比较均匀。

用于全氟辛烷磺酸盐检测的“开启”式荧光探针

全氟辛烷磺酸盐(Perfluorooctane sulfonate,PFOS)是一种持久有机污染物,具有生物毒性、高稳定性、存在范围广的特点,严重威胁人类健康安全。因此,对PFOS的检测具有重要意义。本文通过简单的合成制备了一种四苯基乙烯衍生物(TPE-py)用于检测PFOS。通过核磁共振谱图、荧光光谱以及紫外-可见吸收光谱等方法对其分子结构、光物理性质、检测效果和传感机理进行了研究。实验结果表明,基于静电相互作用和聚集诱导发光性质,TPE-py可实现对PFOS“开启”式的快速定量检测,检测限为0.11μmol/L。

PEIE-HT/PSf复合膜渗透选择性能的影响因素研究

利用重构法将水滑石(HT)原位构建到聚乙烯亚胺-环氧氯丙烷共聚物(PEIE)分子链间制成PEIE-HT复合物,将PEIE-HT复合物涂覆于聚砜超滤膜(PSf)上,制成PEIE-HT/PSf复合膜。以CO2/N2(15%(φ)CO2+85%(φ)N2)混合气为进料气,考察了HT衍生复合氧化物(LDO)添加量、压力、湿涂层厚度和温度对PEIE-HT/PSf复合膜渗透选择性能的影响。实验结果表明,LDO添加量为1.0%(w)、湿涂层厚度为50μm的PEIE-HT/PSf复合膜,在0.11 MPa和25℃的条件下,CO2渗透速率可达5 693 GPU,CO2/N2分离因子达268,显示出良好的CO2分离性能,具有在烟道气或密闭空间等场合捕集CO2的良好应用前景。

氧化还原脱除海水中的Cu^(2+)离子

阐述了去除海水中的重金属离子对提高海水淡化装置中铝合金材料耐腐蚀性能的作用。采用填充在离子交换塔中的5052铝合金环作为还原剂,研究了海水流速、海水温度以及海水中铜离子的初始浓度对脱除海水中Cu2+效果的影响,并对试验前后的铝合金还原剂的表面进行了表征。结果表明,铜离子的脱除率可达88%。流速的降低与温度的上升,使铜离子的脱除率升高;铜离子浓度增大,铜离子的脱除率降低。

浸没式超滤海水预处理工艺

目前渤海湾反渗透海水淡化工程多采用新型的超滤膜法预处理工艺,为提高预处理效果,主要进行超滤膜材料和性能改进以及膜组件运行参数的优化,而对超滤膜前预处理的研究相对较少。本实验研究了超滤与混凝/超滤作为反渗透海水淡化预处理工艺的处理效果。考察了两种预处理工艺条件下浸没式超滤膜比通量(SF)、进水水质、产水水质,膜孔孔径变化、反洗效果及膜表面污染情况。结果表明,超滤与混凝/超滤两种预处理工艺都能达到产水SDI15<2.0;混凝处理可以大幅度降低海水中颗粒数目,降低颗粒物在膜表面沉积和吸附的概率,减轻超滤膜的污染。当采用混凝/超滤工艺时超滤膜表面滤饼层疏松多孔,膜孔孔径变化较小,超滤膜比通量的衰减速度减缓,反洗时超滤膜比通量恢复率较高。

KMnO_4与醇类有机物制备MnOOH的研究

在140℃的条件下,用KMnO4分别与甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、1,3-丙二醇以及1,4-丁二醇进行水热反应24 h。采用X射线粉末衍射(XRD)与环境扫描电子显微镜(SEM)对反应产物进行表征。结果表明,KMnO4与乙醇、丙醇、丁醇以及1,4-丁二醇反应均可以得到较纯的棒状MnOOH晶体。KMnO4与甲醇、1,3-丙二醇反应不仅得到了MnOOH晶体并且也得到Mn3O4晶体,而与乙二醇的反应只得到了Mn3O4晶体。并简单探讨了形成这种规律的原因。

提锂吸附剂的合成与吸附过程研究

以高锰酸钾为主要原料,经水热反应、煅烧合成尖晶石型锂锰氧化物Li1.6Mn1.6O4。用盐酸对Li1.6Mn1.6O4进行锂-氢交换,制得具有锂离子吸附效果的吸附剂H1.6Mn1.6O4。采用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对反应过程的中间产物及最终产物进行表征。对H1.6Mn1.6O4进行吸附实验,结果表明吸附剂对锂离子具有较好的吸附效果,最大吸附量为46 mg/g。用盐酸对吸附饱和的吸附剂进行脱锂实验,结果表明脱附率在95%以上,溶损率在3%左右。

离子陷阱脱除Fe^(3+)的工艺研究

以铝合金为还原剂,采用离子陷阱进行了去除Na Cl溶液中Fe3+的研究。研究了Na Cl溶液流速、温度、初始Fe3+浓度和Na Cl质量分数等操作条件对Fe3+去除效果的影响规律。结果表明,随着流速减小、温度升高、初始Fe3+浓度增大和Na Cl质量分数增大,Fe3+的脱除率升高。在质量分数为3.5%的Na Cl溶液流量为10L/h,温度为60℃,初始Fe3+浓度为10mg/L时,Na Cl溶液中Fe3+的去除率可达95%以上。