膜蒸馏海水淡化过程研究: 三种膜蒸馏过程的比较

赵

晶, 武春瑞, 吕晓龙

*

( 天津工业大学 中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室 生物化工研究所, 天津 300160)

摘

要: 采用聚偏氟乙烯( PVDF ) 中空纤维疏水微孔膜, 以质量分数 3. 5% NaCl 水溶液为模

拟海水测试液, 进行膜蒸馏脱盐实验. 比较了真空( VMD) 、气扫式( SGM D) 和直接接触膜蒸馏
( DCMD) 过程的脱盐性能, 考察了料液温度、流速、

浓度以及冷侧冷凝条件等操作条件对过程

性能的影响. 结果表明: VM D 过程的产水通量最高, 达到 21. 8 L / ( m

2

h) ; DCMD 次之, SGM D

最小. 三种 M D 过程的渗透通量均随料液温度的升高而增大, 随料液浓度的增加而降低; SG
MD 和 V MD 过程通量分别随冷侧气体流速和真空度增加而提高, 而 DCM D 过程通量则几乎
不随冷却水流速变化而改变. SGMD、DCM D 和 VMD 过程的脱盐率分别为 99. 97% 、99. 98%
和 99. 99% , 几乎不随操作条件而改变.
关键词: 膜蒸馏; 海水淡化; 聚偏氟乙烯; 中空纤维疏水膜
中图分类号: T Q028. 8

文献标识码: A

文章编号: 1007- 8924( 2009) 01- 0083- 07

膜蒸馏( M D) 是膜技术与蒸馏过程相结合的膜

分离过程, 它以疏水微孔膜为介质, 在膜两侧蒸汽压
差的作用下, 料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜
孔, 从而实现分离的目的. 与其他 常用分离过程相
比, M D 具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原
料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点,
引起了国内外的高度重视

[ 1, 2]

.

自 20 世纪 60 年代提出膜蒸馏概念至今, 已开

发出 了 多 种 膜 蒸 馏 形 式, 如 直 接 接 触 式 膜 蒸 馏

( DCM D) 、气 扫式 膜蒸馏 ( SG MD ) 、气 隙式 膜蒸馏

( A GM D) 和真空膜蒸馏( V M D) 等. 利用 MD 过程进
行的净水研究已经扩展到海水及苦咸水淡化

[ 3- 5]

、

化学物质及热敏性物质的浓缩和回收

[ 6- 8]

、水溶液

中挥发性溶质的脱除和回收

[ 9]

、

废水处理

[ 10, 11]

等诸

多领域, 关于海水脱盐过程一直以来都是 MD 过程
研究的热点. 针对盐水淡化的 MD 过程分离机理与
运行工艺的研究广泛开展

[ 12- 15]

, 但目前 MD 过程

所采用的分离膜多为聚丙烯材料的微孔膜, 利用相
同分离膜与组件对不同 MD 过程的脱盐淡化效率

的系统性比较研究较少.

本文采用疏水性聚偏氟乙烯( PVDF ) 中空纤维

微孔膜, 以 3. 5% NaCl 水溶液为模拟海水测试液,
对 DCM D、SGMD 及 VMD 过程进行了较系统的盐
水淡化过程性能的对比实验研究, 着重考察了料液
温度、

流速及浓度等因素对三种形式膜蒸馏过程的

脱盐效果与效率的影响.

1

实验部分

1. 1

主要实验材料和仪器

疏水性聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜, 自制, 内径

1. 0 mm, 壁厚 0. 15 mm, 平均孔径 0. 16 m, 孔隙率
85% . 中空纤维膜组件有效长度 23 cm, 有效膜面积
约 0. 03 m

2

; 氯化钠, 分析纯, 天津市化学试剂一厂.

电子天平, 天津市天马仪器厂; DDS- 11A 型电

导率仪, 上海市雷磁仪器厂.
1. 2

实验装置与运行

MD 实验系统流程如图 1 所示, 主要由热侧、冷

侧两个回路和 P VDF 疏水膜组件构成.

收稿日期: 2007- 09- 05; 修改稿 收到日期: 2007- 12- 13
基金项目: 国家科技支撑计划项目( 2006BAB03A 06) , 天津 市重大科技攻关项目( 05YF GDGX10000)

作者简介: 赵 晶( 1983- ) , 男, 河北 邢台 人, 硕 士生, 主 要从事 真空 膜蒸馏 含盐 废水 处理 过程 研究.  zhaojingnm@

163. com!. * 通讯联系人 lux iaolong@ 263. net!

第 29 卷 第 1 期

膜

科

学

与

技

术

Vol. 29

No. 1

2009 年 2 月

M EM BRAN E SCI EN CE AN D T ECHNOL OGY

F eb. 2009