聚合氯化鋁廠家：圖文詳解正滲透全概念

 

 

　　正滲透簡介：

　　正滲透過程(Forward Osmosis,簡稱FO)是以選擇性分離膜兩側的滲透壓差為驅動力,溶液中的水分子從高水化學勢區(原料液側)通過選擇性分離膜向低水化學勢區(汲取液側)傳遞,而溶質分子或離子被阻擋的一種膜分離過程,正滲透過程是通過跨膜滲透壓差,而不是通過外加壓力(如反滲透膜過程),作為驅動力使水通過分離膜,最終會導致原料液的濃縮和汲取液的稀釋,濃縮的原料液可以作為下一次正滲透過程的汲取液循環利用,而稀釋的汲取液可以借助化學沉降冷卻沉降、熱分解、熱揮發等標準方法從汲取液中獲取產品純水,并使汲取液得到濃縮。

　　膜材料的要求和發展趨勢：

　　(1)具有致密的皮層，對溶質有高截留率;

　　(2)膜的皮層具有較好的親水性，實現較高的水通量和水回收率，同時又能降低膜污染趨勢;

　　(3)膜的支撐層盡量薄，并且孔隙率盡量大，以便能減小內濃差極化;

　　(4)具有較高的機械強度，實現較高的膜強度，增加膜壽命;

　　(5)具有一定的耐酸、堿、鹽等腐蝕的能力以便能夠在較寬的 pH 值范圍以及各種不同組成的溶液條件下正常運行。

　　外濃差極化：

　　伴隨著滲透過程的進行,原料液側膜表面處有溶質的積累,導致膜表面滲透壓升高,從而使得有效滲透驅動力降低,稱為濃縮的濃差極化;同時汲取液側膜表面處溶液被滲透過來的水稀釋,水化學勢卻顯著增大,這種現象稱為稀釋的濃差極化,這兩種極化現象都會導致膜兩側主體溶液的滲透壓差要遠低于膜活性層兩側的滲透壓差,即:正向滲透的傳質推動力減小了,也就是說,正滲透過程也同樣存在濃差極化現象。

　　FO膜兩側的外部濃差極化都會導致有效滲透壓的降低,但可以通過提高膜面的流速和擾動來消除外部濃差極化的影響。研究表明,由于FO過程中基本不使用外壓,其外部濃差極化影響要遠小于 RO,不是造成 FO 膜通量遠低于預期值的主要原因。

　　內濃差極化：

　　正滲透的影響因素：

　　溫度的影響

　　溫度對反滲透的影響主要在于溫度升高會降低水的粘度,從而提高擴散系數,最終使得水通量增大表明溫度升高,會降低內濃差極化,提高水通量,但并不是越高越好,為水通量增大到一定程度后會加重內濃差極化。

　　膜方位的影響

　　膜的方位不同,會產生兩種不同的濃差極化現象,有研究表明這兩種極化現象對水通量的影響差別很大,因此要根據具體應用選擇合適的膜朝向,一般的在水純化與脫鹽的應用中,正滲透膜的朝向多為活性分離層面向原料液。

　　流速的影響

　　外濃差極化卻可以通過增大流速,增加漩渦來消除,因此在運行時要采用錯流的方式,提高流速,減小邊界層的厚度,以削弱外濃差極化的影響。

　　原料液和汲取液的濃度的影響

　　當原料液的濃度一定時,汲取液濃度增大,會使得滲透壓差加大,從而提高水通量,但當濃度增大到一定值時,水通量會下降,這是因為濃度很高時,濃差極化會加劇。

　　應用：

　　應用—海水淡化

　　進料溶液0.5mol/LNaCl,驅動溶液為6mol/L銨鹽,膜兩側的滲透壓差高達 22.5MPa

　　膜通量 25 L/(m2·h )

　　鹽的截留率大于95%

　　通過適度加熱(約 60℃),將銨鹽分解成氨和 CO2并循環使用,剩余的液體就是稀鹽水。該稀鹽水蒸餾或膜蒸餾即可獲得純凈水。

　　應用—廢水與垃圾滲濾液的處理

　　垃圾滲濾液的處理,TDS達到100mg/L一下,也可用于污泥濃縮,總磷去除完全,氨氮總凱氏氮去除90%

　　膜通量 25 L/(m2·h )

　　抗污能力很強,通過測定鹽度確定受污染程度

　　應用—減壓滲透發電

　　首先,淡水過濾后進入壓力阻尼滲透模塊,透過膜擴散進入高壓的海水側,海水被稀釋后壓強增大,然后稀釋后的海水分成二股,一股海水在管道內減壓用來發電,另一股通過壓力交換器給進入裝置的海水增壓"壓力阻尼滲透發電系統的關鍵是壓力交換器和膜件。

　　在較低溫度下,通過循環利用 NH3-CO2驅動溶液,將滲透能產生的高水壓轉化為電能,能夠將低價值的廢熱源或環境友好的低溫熱源(地熱、太陽能等)轉化成電能。目前滲透熱泵的轉化效率為 5%～10%,還需要進一步分析和優化膜的能量密度、熱交換面積以及熱源的質量、數量和最終的能量輸出的關系。

　　其他應用：

　　航天工業中的運用

　　正滲透技術是美國航空航天局太空水回用系統候選技術之一。人類長期的太空任務需要一個可靠、耐用、輕便且能耗低的廢水處理系統。

　　正滲透水袋

　　濃鹽水再濃縮

　　此外正滲透過程具有抗污染、較高的水回收率的特點，通過選擇合適的驅動溶液，可進行濃鹽水的再濃縮，甚至使鹽析出，減少排放。理想的正滲透脫鹽過程目標是實現零液體排放，這點對于在內陸地區建設脫鹽工程尤為重要。

　　食品和醫藥方面的運用

　　正滲透技術的另一個特點是操作低溫低壓。結合上面的低能耗、低污染特點，其已經廣泛運用到了液體食品的濃縮，有利于食品的包裝、運輸和儲存，還可降低水的活度，提高產品的穩定性。

 

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