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【6h】

电渗析浓缩浓盐水实验研究与多段浓缩流程优化

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摘要

海水淡化技术的发展、产水规模的不断扩大以及环境保护要求的提高，使海水淡化后浓盐水的处理问题越来越受到重视。浓缩制盐成为资源化利用浓盐水和减少排放的一个有效途径。其中，电渗析技术(ED)是广泛关注和应用的盐水浓缩技术之一。本文以提高电渗析浓缩浓盐水过程的浓溶液浓度、降低过程能耗为目的，进行了以下研究工作:
　　(1)设计正交实验，以75g/L的NaCl溶液模拟海水淡化浓盐水出水，以提高浓盐水浓度和降低过程能耗为目标，进行了一段浓缩实验。研究了操作温度、操作电压、浓室溶液流量和浓、淡室溶液流量比对浓缩过程的影响，并对ED浓缩过程进行优化。实验表明，浓室流量和操作温度对相对浓缩率和能耗影响不大;提高操作电压可以提高相对浓缩率，但能耗同时增大;降低浓、淡室溶液流量比对能耗影响不大，而相对浓缩率随之降低。实验得到的最佳操作条件为:流量250 L/h，浓、淡室流量比2∶3，电压19V，温度30℃，在此条件下获得的浓缩浓盐水浓度达到177.63g/L，能耗为171.71kWh/t。
　　(2)考察了电渗析浓缩过程中的膜性能，主要考察了实验温度和初始浓度对膜电阻和膜传质特性参数的影响。结果表明，提高操作温度可以降低膜电阻。电渗析总传质方程中的四个特性参数中除了电迁移系数对温度变化不敏感以外，浓差扩散系数、电渗透系数和浓差渗透系数都随操作温度升高而增大。溶液初始浓度在9％以下时，膜电阻随着溶液初始浓度增加而降低;浓度增加至9％以上时，膜电阻不再发生明显改变;提高溶液浓度对电迁移系数和浓差扩散系数无明显影响，但使电渗透系数减小，浓差渗透系数增大。
　　(3)为了提高浓缩后浓溶液的浓度，以不同初始浓度的盐水浓缩实验模拟了二段浓缩过程。实验发现，通过两段浓缩能够有效地提高浓室溶液浓度;但是两段浓缩过程能耗也约为一段浓缩的4倍，原因主要是二段浓缩盐回收率相对较低。进而提出了降低系统能耗的两种方案:一是将浓度较高的淡室溶液进行回流;二是延长各段流程长度，降低淡室溶液浓度。
　　(4)建立电渗析过程传质模型，应用有限元法进行电渗析过程模拟，并以间歇过程的实验数据验证了模型的有效性。通过模拟多段浓缩过程，验证了本文提出的两种优化方案对系统能耗的改善效果，结果表明，增加回流和降低淡室浓度分别可以降低能耗10.92％～27.61％和28.57％～41.67％。优化后的浓、淡室溶液出口浓度分别为215.05 g/L和29.93 g/L，系统能耗为260.64 kWh/t。

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