正渗透过程中驱动溶质反渗规律研究

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和反渗透(RO,Reverseosmosis)相比,正渗透(FO,Forwardosmosis)技术具有能耗低,抗污染性能强等众多优点,是一种环境友好型技术。然而正渗透过程中找不到合适的驱动液以及浓差极化现象(CP,Concentrationpolarization)等因素的影响导致其发展缓慢。理想的正渗透膜只允许水分子通过而将一切溶质排除在外,而目前的正渗透膜都会遇到驱动溶质反渗情形,不仅造成膜孔的堵塞,也会造成膜通量的下降。如果是在污水处理系统中,反渗过去的离子更会危害系统中的微生物,造成整个反应器的瘫痪,故研究正渗透过程中驱动溶质反渗的规律至关重要。
　　本课题以现在已有的浓差极化模型为基础,建立了正渗透过程中驱动溶质反渗通量以及膜通量的数学模型,然后以NaCl为驱动液时的水通量和反渗通量的实验值验证模型,结果证明模型的预测结果与实验结果高度吻合。另外选择NaCl(1-1型)、Na2SO4(1-2型)、MgCl2(2-1型)、MgSO4(2-2型)四种具有不同价态阴阳离子的典型驱动液,做另外一组序批式实验并结合数学模型,研究正渗透过程中驱动溶质的反渗规律以及运行过程中的主要影响因素。通过分析我们有以下结论:温度对低浓度驱动液中驱动溶质反渗通量影响比较小,而高浓度驱动液中溶质的反渗通量先随温度的升高而升高后随着温度的升高而降低;同时运行FO模式和PRO模式两组反应器,使其初始渗透压一致,都是在常温下运行,最后发现不管是什么驱动液,PRO模式的反渗通量总是比FO模式要大;溶质的反渗通量还与渗透压差有关,随着渗透压的升高,反渗通量也随着升高,但增加的幅度减小;驱动液中阴阳离子的反渗通量相差很大,阳离子的反渗通量比阴离子的小,一般来讲,离子水力半径越大反渗通量就会越小,反之越大。然而,根据唐南平衡,溶液体系总体是呈电中性的,那么反渗过去的阴阳离子是相互作用的,如果阴离子的反渗通量大的话,即使阳离子的水力半径很大,其反渗通量也会相应的变大,反之一样,阳离子反渗通量大的话,阴离子也会相应的变化,故四种驱动液中,反渗过去的量是NaCl>Na2SO4>MgCl2>MgSO4。
　　最终,我们建立一个正渗透膜生物反应器(FO-MBR)平台,以NaCl为驱动液,监测反应器的运行效果。结果表明,FO模式中的膜通量和溶质反渗通量都大于PRO模式,这与模型预测的结果相悖。而我们推测主要原因是,原料液中的阳离子(如Ca2+,Mg2+)会和料液中的有关物质(如污泥中微生物代谢产生的SMP)相结合,形成泥饼层,污染层的形成改变了溶质反渗的规律。

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作者
吴晴;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科环境科学与工程
授予学位硕士
导师姓名田禹;
年度 2013
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类废水的处理与利用;
关键词
正渗透过程; 溶质反渗; 膜污染; 正渗透膜生物反应器;

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