膜蒸馏技术是一种廉价、高效的分离手段 放射性, 科学研究, 工程技术

topyq2003

本文研究工作的主要应用背景是利用西部地区苦咸水解决饮用水问题（处理苦咸水提取饮用水的要求是可用低价能源、常温常压操作、成本低、蒸馏通量大等，这正是高通量空气隙膜蒸馏的应用领域）以及工业废液（特别是腐蚀性和放射性废液）处理。早在 200 多年以前，人们就揭示了膜分离现象。然而直到 20 世纪 60 年代，利用定氮仪蒸馏器的膜蒸馏技术才进入工程技术领域。70 年代，随着膜分离装置的工业化生产，膜分离技术在各个工业领域及科学研究中到广泛应用。
　　首先出现的是超过滤（Ultrafiltration，简称 UF）和微孔过滤（Microfiltration，简称 MF），然后才出现反渗透（Reverse Osmosis，简称 RO）。这些膜分离技术已日趋成熟，且被成功用于水处理、工业分离、废水处理和实验室分离等领域。新的应用领域包括生物工程、食品处理、环境技术和气体分离等，且伴随着膜技术的进步而迅速发展。由于水资源和低品位原材料回收与再利用，以及环境保护（如废水处理）都与膜分离过程紧密相关，膜技术的重要性日趋显著，在不同的工业领域确立了自身的地位。
随着科学技术的发展，膜蒸馏技术作为一种廉价、高效的分离手段，受到普遍关注和迅速发展。特别到了 20 世纪 80 年代，发展要求节约能源，利用低品位能源，采用新的环保技术，同时制膜技术的发展，膜蒸馏日益受到重视。膜蒸馏是一种新的净化水和浓缩水溶液的膜分离方法，它利用微孔疏水的有机膜进行分离。膜将冷热两股水溶液分开，由于膜两侧水溶液温度不同，膜两侧水蒸汽的分压就不同，于是水便汽化并以气体扩散的形式通过微孔内静止空气层由膜的热侧传递到冷侧，传递到冷侧的水蒸汽重新冷凝成水，从而达到液相水与气相水分离的目的。因而，膜蒸馏是一个蒸发过程，但和减压蒸发相比，不需要真空系统即可达到低温蒸发水的目的。膜蒸馏冷侧除用冷却水外，还可以是空气隙、真空或扫气。根据膜组件的不同结构和透过膜的蒸气的不同冷凝方式，膜蒸馏过程有四种常用的结构形式。直接接触式（Direct Contact Membrane Distillation，简称 DCMD）。膜的冷侧直接与冷却水接触，蒸气透过膜孔后立即在膜冷侧冷凝下来。这种方式所需设备简单，操作最简便，但由于渗透蒸气直接与冷凝介质相遇，这种蒸馏装置通常只适用于主要成分是水蒸汽的膜蒸馏过程，如脱盐和水溶液浓缩。
　　在这种结构中，由于汽化面和冷凝面相距很近，伴随很高的传导热，热效率很低。空气隙式（Air Gap Membrane Distillation，简称 AGMD）。冷凝面与膜通过一个空气隙（一般大约为 1～4mm）隔开。增加的空气隙提高了热传导阻力，大幅度减少膜的热传导损失，得到较高的传热效率。但这样其传质阻力也增加了（除非系统去除气体），导致 AGMD 的通量一般小于其它 MD 结构。然而，AGMD 比DCMD 用途更加广泛，既可用于 DCMD 适用的场合，还可去除水溶液中的痕量挥发性成份。