化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (S2): 306-313.DOI: 10.11949/0438-1157.20200326
谭明1,2(),王文广1,2(),张晓东3,赵洪武3,张杨1,2(),杨兴涛3()
收稿日期:
2020-03-30
修回日期:
2020-04-07
出版日期:
2020-11-06
发布日期:
2020-11-06
通讯作者:
张杨,杨兴涛
作者简介:
谭明(1980—),男,博士,副教授,基金资助:
Ming TAN1,2(),Wenguang WANG1,2(),Xiaodong ZHANG3,Hongwu ZHAO3,Yang ZHANG1,2(),Xingtao YANG3()
Received:
2020-03-30
Revised:
2020-04-07
Online:
2020-11-06
Published:
2020-11-06
Contact:
Yang ZHANG,Xingtao YANG
摘要:
为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题,研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染,研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明,正渗透策略清洗方式中,淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳,其归一化通量从9.48 L/(m2·h·MPa)提升至13.6 L/(m2·h·MPa),截留率从80.59%提升至92.80%。此外,经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后,再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h,其归一化通量从9.48 L/(m2·h·MPa)提升至14.3 L/(m2·h·MPa),截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出,正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏,且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物,因此,应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗,可延长化学清洗周期,减少化学清洗剂用量,具有一定的工业应用前景。
中图分类号:
谭明, 王文广, 张晓东, 赵洪武, 张杨, 杨兴涛. 正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜[J]. 化工学报, 2020, 71(S2): 306-313.
Ming TAN, Wenguang WANG, Xiaodong ZHANG, Hongwu ZHAO, Yang ZHANG, Xingtao YANG. Forward-osmosis strategy and chemical cleaning of seawater desalination reverse osmosis membranes[J]. CIESC Journal, 2020, 71(S2): 306-313.
浸泡时间/h | 归一化通量 | ||
---|---|---|---|
2%柠檬酸 | 3%柠檬酸 | 4%柠檬酸 | |
0 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 |
1 | 7.81±0.09 | 9.41±0.02 | 7.23±0.05 |
1.5 | 7.72±0.01 | 9.79±0.05 | 6.75±0.01 |
2 | 7.57±0.01 | 10.43±0.05 | 6.16±0.08 |
表1 柠檬酸浓度与浸泡时间对归一化通量的影响
Table 1 Effects of citric acid concentration and soaking time on normalized flux
浸泡时间/h | 归一化通量 | ||
---|---|---|---|
2%柠檬酸 | 3%柠檬酸 | 4%柠檬酸 | |
0 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 |
1 | 7.81±0.09 | 9.41±0.02 | 7.23±0.05 |
1.5 | 7.72±0.01 | 9.79±0.05 | 6.75±0.01 |
2 | 7.57±0.01 | 10.43±0.05 | 6.16±0.08 |
浸泡时间/h | NaCl截留率/% | ||
---|---|---|---|
2%柠檬酸 | 3%柠檬酸 | 4%柠檬酸 | |
0 | 80.21 | 80.21 | 80.21 |
1 | 79.42 | 76.64 | 77.61 |
1.5 | 85.83 | 75.67 | 84.89 |
2 | 86.52 | 74.37 | 83.56 |
表2 柠檬酸浓度与浸泡时间对NaCl截留率的影响
Table 2 Effects of citric acid concentration and soaking time on NaCl rejection
浸泡时间/h | NaCl截留率/% | ||
---|---|---|---|
2%柠檬酸 | 3%柠檬酸 | 4%柠檬酸 | |
0 | 80.21 | 80.21 | 80.21 |
1 | 79.42 | 76.64 | 77.61 |
1.5 | 85.83 | 75.67 | 84.89 |
2 | 86.52 | 74.37 | 83.56 |
浸泡时间/h | 归一化通量 | ||
---|---|---|---|
1%EDTA四钠盐、 0.1%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.2%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.3%三聚磷酸钠 | |
0 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 |
1 | 12.65±0.09 | 12.64±0.03 | 11.97±0.09 |
1.5 | 16.53±0.02 | 15.22±0.03 | 14.30±0.03 |
2 | 15.50±0.02 | 14.94±0.03 | 15.20±0.06 |
表3 三聚磷酸钠浓度与浸泡时间对归一化通量的影响
Table 3 Effects of tripolyphosphate concentration and soaking time on normalized flux
浸泡时间/h | 归一化通量 | ||
---|---|---|---|
1%EDTA四钠盐、 0.1%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.2%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.3%三聚磷酸钠 | |
0 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 | 9.48±0.17 |
1 | 12.65±0.09 | 12.64±0.03 | 11.97±0.09 |
1.5 | 16.53±0.02 | 15.22±0.03 | 14.30±0.03 |
2 | 15.50±0.02 | 14.94±0.03 | 15.20±0.06 |
浸泡时间/h | NaCl截留率 | ||
---|---|---|---|
1%EDTA四钠盐、 0.1%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.2%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.3%三聚磷酸钠 | |
0 | 80.59% | 80.59% | 80.59% |
1 | 87.32% | 90.40% | 93.15% |
1.5 | 94.07% | 94.99% | 96.27% |
2 | 91.81% | 92.83% | 95.29% |
表4 三聚磷酸钠浓度与浸泡时间对NaCl截留率的影响
Table 4 Effects of tripolyphosphate concentration and soaking time on NaCl rejection
浸泡时间/h | NaCl截留率 | ||
---|---|---|---|
1%EDTA四钠盐、 0.1%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.2%三聚磷酸钠 | 1%EDTA四钠盐、 0.3%三聚磷酸钠 | |
0 | 80.59% | 80.59% | 80.59% |
1 | 87.32% | 90.40% | 93.15% |
1.5 | 94.07% | 94.99% | 96.27% |
2 | 91.81% | 92.83% | 95.29% |
1 | 海雅玲, 高海瑞. 反渗透膜污染分析及清洗技术应用[J]. 内蒙古电力技术, 2013, 31(6): 72-75. |
Hai Y L, Gao H R. Analysis of reverse osmosis membrane pollution and cleaning technology application [J]. Inner Mongolia Electric Power, 2013, 31(6): 72-75. | |
2 | 程新华, 舒纯, 于萍, 等. 反渗透膜用于中水回用时的污染和化学清洗[J]. 净水技术, 2010, 29(3): 39-43. |
Cheng X H, Shu C, Yu P, et al. Chemical cleaning of reverse osmosis membranes fouled in the process of the reclaimed water reuse [J]. Water Purification Technology, 2010, 29(3): 39-43. | |
3 | 胡博文. 浅析反渗透膜污染的原因及解决措施[J]. 甘肃冶金, 2017, 39(6): 47-49. |
Hu B W. Study on the reason of the reverse osmosis membrane fouling and the solutions [J]. Gansu Metallurgy, 2017, 39(6): 47-49. | |
4 | 黄艳, 谢自彬, 李晓峰. 反渗透膜的污染预防及清洗方法[J]. 科技视界, 2015, (16): 243-244. |
Huang Y, Xie Z B, Li X F. Pollution prevention and cleaning methods of reverse osmosis membrane [J]. Science & Technology Vision, 2015, (16): 243-244. | |
5 | Ang W S, Lee S, Elimelech M. Chemical and physical aspects of cleaning of organic-fouled reverse osmosis membranes [J]. J. Membr. Sci., 2006, 272(1/2): 198-210. |
6 | Davis T A, Volesky B, Mucci A. A review on biochemistry of heavy metal biosorption by brown algae [J]. Water Res., 2003, 37(18): 4311-4330. |
7 | Lattner D, Flemming H C, Mayer C. 13C-NMR study of the interaction of bacterial alginate with bivalent cations [J]. Int. J. Biol. Macromol., 2003, 33(1/2/3): 81-88. |
8 | Her N, Amy G, Park H R, et al. Characterizing algogenic organic matter (AOM) and evaluating associated NF membrane fouling [J]. Water Res., 2004, 38(6): 1427-1438. |
9 | Lee S, Elimelech M. Relating organic fouling of reverse osmosis membranes to intermolecular adhesion forces [J]. Environ. Sci. Technol., 2006, 40(3): 980-987. |
10 | Lee S, Elimelech M. Salt cleaning of organic-fouled reverse osmosis membranes [J]. Water Res., 2007, 41(5): 1134-1142. |
11 | 刘丽娜, 张鑫, 郭鹏, 等. 超滤-反渗透联合处理含聚采出水的试验研究[J]. 化学工程师, 2019, (8): 37-40. |
Liu L N, Zhang X, Guo P, et al. Experimental study on a hybrid UF and RO system of polymer-bearing waste water treatment [J]. Chemical Engineer, 2019, (8): 37-40. | |
12 | 孙永超, 解利昕, 高婷婷, 等. 反渗透海水淡化预处理工艺[J]. 化工进展, 2016, 35(11): 3658-3662. |
Sun Y C, Xie L X, Gao T T, et al. A study on different pretreatments process in sea water reverse osmosis (SWRO) desalination [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2016, 35(11): 3658-3662. | |
13 | 刘彦涛. 超滤-反渗透双膜法在海水淡化中的应用研究[D]. 北京: 清华大学, 2015. |
Liu Y T. Study on application of ultrafiltration-reverse osmosis membrane technology in sea water desalination [D]. Beijing: Tsinghua University, 2015. | |
14 | 张涵, 周俊波, 李尚志. 短流程反渗透海水淡化预处理试验研究[J]. 应用化工, 2017, 46(11): 2166-2169. |
Zhang H, Zhou J B, Li S Z. Study on short-process RO seawater desalination pretreatment experiment [J]. Applied Chemical Industry, 2017, 46(11): 2166-2169. | |
15 | 周冬严, 王伟, 齐琦. 反渗透膜污染分析及其清洗研究[J]. 清洗世界, 2016, 32(7): 22-26. |
Zhou D Y, Wang W, Qi Q, Analysis on reverse osmosis membrane fouling and its on-line cleaning [J]. Cleaning World, 2016, 32(7): 22-26. | |
16 | 艾玉莲. 聚酰胺反渗透膜清洗技术[J]. 清洗世界, 2016, 32(12): 39-43. |
Ai Y L. Study on cleaning technology of polyamide reverse osmosis membrane [J]. Cleaning World, 2016, 32(12): 39-43. | |
17 | Hong S K, Elimelech M. Chemical and physical aspects of natural organic matter (NOM) fouling of nanofiltration membranes [J]. J. Membr. Sci., 1997, 132(2): 159-181. |
18 | Rees D A. Polysaccharide conformation in solutions and gels-recent results on pectins [J]. Carbohyd. Polym., 1982, 2(4): 254-263. |
19 | Grant G T, Morris E R, Rees D A, et al. Biological interactions between polysaccharides and divalent cations: the egg-box model [J]. FEBS Lett., 1973, 32(1): 195-198. |
20 | 程杨, 丁昀, 陈欣, 等. 基于低温等离子体基膜改性的高脱盐性反渗透复合膜的制备[J]. 膜科学与技术, 2019, 39(5): 45-51. |
Cheng Y, Ding Y, Chen X, et al. Preparation of high desalting reverse osmosis composite membrane based on low temperature plasma modification of support membrane [J]. Membrane Science and Technology, 2019, 39(5): 45-51. | |
21 | 周勇. 高性能反渗透复合膜及其功能单体制备研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2006. |
Zhou Y. Study on preparation of high performance RO composite membranes and synthesis of functional monomers [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2006. | |
22 | Al-Bastaki N. Removal of methyl orange dye and Na2SO4 salt from synthetic waste water using reverse osmosis [J]. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2004, 43(12): 1561-1567. |
23 | Yang T, Zall R R. Chitosan membranes for reverse osmosis application [J]. J. Food Sci., 1984, 49(1): 91-93. |
24 | 王晓琳, 张澄洪, 欧阳平凯. 应用纳滤膜分离糖和盐的实验研究[J]. 膜科学与技术, 2001, 21(1): 44-48. |
Wang X L, Zhang C H, Ouyang P K. Separation of saccharides and salts by using nanofiltration membranes [J]. Membrane Science and Technology, 2001, 21(1): 44-48. | |
25 | 李亚娟, 贺峰, 王正江, 等. 反渗透膜污堵原因分析及解决措施[J]. 工业水处理, 2016, 36(2): 103-105. |
Li Y J, He F, Wang Z J, et al. Analysis and solutions of reverse osmosis membrane pollution and blockage [J]. Industrial Water Treatment, 2016, 36(2): 103-105. | |
26 | 张鑫, 吴海峰, 陈颖敏. 循环水处理系统中反渗透膜的污染及清洗[J]. 电力科学与工程, 2013, 29(9): 74-78. |
Zhang X, Wu H F, Chen Y M. Pollution and chemical cleaning of reverse osmosis membrane in circulating water treatment system [J]. Electric Power Science and Engineering, 2013, 29(9): 74-78. | |
27 | 林东明. 三聚磷酸钠清洗剂除去一级反渗透膜表面油脂的实验报告[J]. 广东药学, 2004, 14(5): 32-33. |
Lin D M. Experimental report on the removal of grease on the surface of primary reverse osmosis membrane by sodium tripolyphosphate cleaning agent [J]. Guangdong Pharmaceutical Journal, 2004, 14(5): 32-33. | |
28 | 张鑫. 反渗透系统膜污堵原因分析及清洗方法研究[D]. 保定: 华北电力大学, 2014. |
Zhang X. Research on membrane fouling and cleaning method in reverse osmosis system [D]. Baoding: North China Electric Power University, 2014. | |
29 | Wang W G, Liu R, Tan M, et al. Evaluation of the ideal selectivity and the performance of selectrodialysis by using TFC ion exchange membranes [J]. J. Membr. Sci., 2019, 582: 236-245. |
30 | Gumbi N N, Hu M Y, Mamba B B, et al. Macrovoid-free PES/SPSf/O-MWCNT ultrafiltration membranes with improved mechanical strength, antifouling and antibacterial properties [J]. J. Membr. Sci., 2018, 566: 288-300. |
[1] | 邵苛苛, 宋孟杰, 江正勇, 张旋, 张龙, 高润淼, 甄泽康. 水平方向上冰中受陷气泡形成和分布实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 161-164. |
[2] | 吴延鹏, 李晓宇, 钟乔洋. 静电纺丝纳米纤维双疏膜油性细颗粒物过滤性能实验分析[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 259-264. |
[3] | 赵亚欣, 张雪芹, 王荣柱, 孙国, 姚善泾, 林东强. 流穿模式离子交换层析去除单抗聚集体[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3879-3887. |
[4] | 胡建波, 刘洪超, 胡齐, 黄美英, 宋先雨, 赵双良. 有机笼跨细胞膜易位行为的分子动力学模拟研究[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3756-3765. |
[5] | 齐聪, 丁子, 余杰, 汤茂清, 梁林. 基于选择吸收纳米薄膜的太阳能温差发电特性研究[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3921-3930. |
[6] | 李艺彤, 郭航, 陈浩, 叶芳. 催化剂非均匀分布的质子交换膜燃料电池操作条件研究[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3831-3840. |
[7] | 何松, 刘乔迈, 谢广烁, 王斯民, 肖娟. 高浓度水煤浆管道气膜减阻两相流模拟及代理辅助优化[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3766-3774. |
[8] | 邢雷, 苗春雨, 蒋明虎, 赵立新, 李新亚. 井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3394-3406. |
[9] | 刘爽, 张霖宙, 许志明, 赵锁奇. 渣油及其组分黏度的分子层次组成关联研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3226-3241. |
[10] | 胡亚丽, 胡军勇, 马素霞, 孙禹坤, 谭学诣, 黄佳欣, 杨奉源. 逆电渗析热机新型工质开发及电化学特性研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3513-3521. |
[11] | 张佳怡, 何佳莉, 谢江鹏, 王健, 赵鹬, 张栋强. 渗透汽化技术用于锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮回收的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3203-3215. |
[12] | 张瑞航, 曹潘, 杨锋, 李昆, 肖朋, 邓春, 刘蓓, 孙长宇, 陈光进. ZIF-8纳米流体天然气乙烷回收工艺的产品纯度关键影响因素分析[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3386-3393. |
[13] | 张缘良, 栾昕奇, 苏伟格, 李畅浩, 赵钟兴, 周利琴, 陈健民, 黄艳, 赵祯霞. 离子液体复合萃取剂选择性萃取尼古丁的研究及DFT计算[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2947-2956. |
[14] | 高金明, 郭玉娇, 鄂承林, 卢春喜. 一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器的分离特性研究[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2957-2966. |
[15] | 张贲, 王松柏, 魏子亚, 郝婷婷, 马学虎, 温荣福. 超亲水多孔金属结构驱动的毛细液膜冷凝及传热强化[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2824-2835. |
阅读次数 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
全文 405
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||