基于海水和盐田水的正渗透驱动液

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摘要：采用海水和盐田水作为驱动液，研究正渗透过程中的通量变化和膜污染特征，探索其作为驱动液的可行性。结果表明，海水和盐田水含有大量的盐离子，具有高的渗透压，海水、2#、5#和9#盐田水与0.42、0.8、2.2和4.2 mol/L的氯化钠具有同样的通量行为。


随海水和盐田水浓度增加，通量增加，同时污染也越严重。扫描电子显微镜观察和荧光光谱分析发现，盐田水中的硅酸盐和有机物会沉积在膜表面，引起比较严重的膜污染，尤其是高浓度的盐田水。海水和盐田水作为正渗透过程中的驱动液需要进行一定的预处理。


正渗透（forwatd osmosis，FO）是利用膜两侧的渗透压梯度使水从原料液中透过正渗透膜进入到驱动液中的过程，具有高污染物截留率，低能耗和低污染等优点，是当前膜技术领域的研究热点之一。国内外学者已经尝试将正渗透应用于污水处理，海水淡化、食品浓缩和电力开发等过程，但目前还主要集中于实验室研究，大规模应用相当有限。


驱动液是正渗透应用的瓶颈之一。驱动液的渗透压是正渗透过程的主要驱动力，寻找高效价廉的驱动液对正渗透应用具有重要的意义。研究者已经提出了各种类型的驱动液，如无机盐，有机物如糖类、醇类，有机盐溶液，纳米粒子，聚合物水凝胶等，但这些物质均来源于人工合成或生产，使用过程中需要考虑驱动液溶质的损失和回收，其成本和能耗较高。相比与此，海水和盐田水作为自然资源，来源广泛，不需要复杂的加工或生产过程，成本低廉，同时具有较高的渗透压，可以考虑将其作为正渗透过程中的驱动液。


本实验以海水和盐田水为研究对象，对其组成和渗透压进行分析，同时考察将其作为驱动液时的通量行为和膜污染特征，探索其用于正渗透过程中驱动液的可行性。


1材料与方法


1.1水样来源


海水和盐田水取自厦门大嶝晒盐厂。大嶝盐田采用晒水式盐田，海水经过M级盐田，在太阳能作用下逐级浓缩至饱和，在第9级盐田中进行结晶。实验收集来自2#，3#和9#盐田的浓水水样，使用前经0.45μm微滤膜过滤。


海水和不同浓度的盐田水的水质特征如表1所示。





1.2实验装置


实验装置示意图如图1所示。采用错流膜单元，中间放置膜片，两侧为矩形流道，原料液和驱动液在蠕动泵作用下循环，有效膜面积33.8cm2。实验采用的错流速率为18cm/s。采用恒温水浴槽控制温度为（25±1）°C，采用数据收集系统和电子天平监测驱动液重量变化。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。





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