正渗透-膜蒸馏集成膜脱盐工艺关键技术基础研究

Low energy consumption，environment amicably forward osmosis (FO) membrane separation technology was the research hotspots in membrane and environmental science fields. This study aims at the key issue of low-cost and highly efficient recovery and recycling method for high salty draw solution of FO hybrid system application process. On the basis of previous study of FO and membrane distillation (MD) technologies, a forward osmosis-membrane distillation (FO-MD) hybrid membrane separation system of low energy consumption, resource recovery characteristics will be structured. The process optimization of FO-MD combined process, the mass transfer mechanism of typical inorganic/organic contaminants on the membrane surfaces in FO-MD combined process, heat effect comprehensive analysis of FO-MD combined process and the microwave assisted MD key technology of high flux for the desalination of high salt concentration draw solution will be investigated. The biological toxicity assessing of effluents from different treatment units in FO-MD combined process and water quality safety assessing by using biological toxicity detection methods will be further developed. On the base of above research, the technical and economic analysis of the FO-MD combined process will be investigated through long term experimental with the actual wastewater. This study can develop and enrich FO membrane scientific theory & technology, can resolve the reuse treatment technical problem of the typical pollutants wastewater, it has great scientific significance.

低能耗、环境友好型正渗透(FO)膜分离技术是国内外膜和环境科学领域研发的热点。本项目针对FO系统中高盐汲取剂安全、高效、低成本循环回收关键难题，在前期FO及MD单项研究工作的基础上，构建低能耗、资源回收型"FO-MD"组合膜分离工艺。重点开展FO-MD组合工艺优化、FO-MD过程中典型无机/有机污染物传质机理、FO-MD集成膜分离过程热效应综合分析以及高浓汲取剂高通量微波辅助MD脱盐关键技术等方面的研究，并运用生物毒性检测手段，对FO-MD组合工艺各单元水质进行生物毒性与安全性评价。在此基础上，结合实际废水长周期运行实验，完成FO-MD组合工艺的技术经济分析。本项目对丰富与发展FO膜科学理论和技术，解决含典型污染物废水回用处理技术难题，不仅具有十分重要科学意义，而且具有显著的实际应用前景。

本项目针对FO系统中高盐汲取剂安全、高效、低成本循环回收关键难题，构建低能耗、资源回收型"FO-MD"组合膜分离工艺。重点开展了FO-MD组合工艺优化与应用、FO-MD过程中典型无机/有机污染物传质机理、FO-MD集成膜分离过程热效应综合分析以及高盐汲取液高通量微波辅助MD脱盐关键技术等方面的研究。.FO-MD集成膜工艺研究结果表明：PRO模式较FO模式的初始通量高，但随时间衰减明显；增大膜面流速，能缓解外浓差极化和膜污染的影响，提高膜通量；增大汲取液浓度，能够提高FO驱动力，通量明显增加；且FO膜两侧料液温差越大，水通量越高，汲取液温度影响比原料液显著。温度影响汲取液动态稀释、浓差极化和膜污染等的效应程度，进而影响正渗透性能。高温能够明显增加水通量和回收率，且汲取液温度影响比原料液显著。.微波作用明显强化膜蒸馏的传质过程，膜蒸馏传质系数增加率达27.7%，而且低进料温度，低进料流速、高真空度和较高的膜丝分散度更有利于微波对真空膜蒸馏传质过程的强化。微波辐射会减小NaCl在膜表面沉积晶体颗粒的数量，但会造成CaCO3晶体沉积颗粒数量大大增加；微波作用下沉积晶体粒度更为均匀。微波辐射明显加速了两种钙盐污染的清洗速率，反映微波强化效率的参数“清洗速率比”最大达到了1.58。微波干燥具有常规干燥不可比拟的超高效率。.正渗透过程对酚类物质的截留受电荷排斥效应和空间阻隔效应的共同作用，高原料液pH值和NaCl汲取液浓度有利于正渗透过程对酚类物质的截留。FO-MD集成工艺对生活污水中大部分污染物去除效率优于FO工艺单元，达90%以上。色氨酸类芳香族蛋白质基本被去除，仍含有低浓度的酪氨酸类芳香族蛋白质类有机物和溶解性微生物代谢产物。膜表面主要污染物为多糖类和蛋白质类有机物，无机污染物以硅酸盐为主。.本项目对丰富与发展FO膜科学理论和技术，解决含典型污染物废水回用处理技术难题，不仅具有十分重要科学意义，而且具有显著的实际应用前景。