膜蒸馏技术在水处理主要的发展方向

膜蒸馏技术的发展方向

膜蒸馏技术的研究始于20世纪60年代的美国。1963年美国的Sodell首先在其专利申请中对膜蒸馏的初步成果进行了介绍。1967～1969年，Findley在美国、Hendergcky在欧洲同时进行了试验。Findley尝试了多种膜材料，然而膜通量却非常小，但他预言只要找到合适的膜材料，这种技术是很有前途的。进入90年代以后对膜蒸馏的研究逐渐增多，但多数还是处于实验研究阶段。P. A Hogan与Sudjito等在澳大利亚利用太阳能作为热量来源进行了直接接触膜蒸馏，实验证明太阳能膜蒸馏在技术上是可行的，可以进行实际应用。机理研究方面，1995年俄罗斯的Agashichcv和Sivakov基于质量和热量平衡方程，考虑温度和浓度极化提出直接接触式膜蒸馏的数学模型，但因其过于复杂而没有被广泛接受。1998年，Gryta等考虑在温度极化影响的情况下对毛细管状物膜组件层流问题进行了研究，并得出了一些理论依据。

我国对膜蒸馏技术的研究始于20世纪80年代，1988年，吴庸烈综述了膜蒸馏及其相关的膜过程、挥发性溶质水溶液的膜蒸馏，微孔膜的透过蒸发和蒸发吸收等膜过程的发展、机理和应用等情况。1991年余立新等使用北京塑料研究所提供的孔径0.3μm、膜厚80μm的聚四氟乙烯微孔膜对古龙酸水溶液进行蒸馏浓缩。结果发现这一方法是可行的，并得出结论是膜蒸馏可用于热敏性物质水溶液的浓缩，并能很好地发挥该过程低温浓缩的优势。机理研究方面，1999年，李凭立等进行了膜蒸馏传质的强化研究，提出了传质通量因子的概念。

20世纪80年代才开始有关于气隙式膜蒸馏的研究报道，而且理论和实验研究比较少。尽管与直接接触式膜蒸馏相比，气隙式膜蒸馏通量低，但是因其热效率相对高而且能耗少，冷却水与凝结水分开，各行其道。所以在制取超纯水和含挥发性物质时，有着直接接触式膜蒸馏无法比拟的优势，因此气隙式膜蒸馏越来越受到人们的青睐。1989年，Gostod采用PTFE膜，以乙醇水溶液为实验物系，对含易挥发溶质水溶液的空气隙膜蒸馏作了研究，提出用分离因子的概念来表示挥发性溶质的提纯程度，初步探明了挥发性溶质水溶液膜蒸馏的规律。2000年，阎建民等对气隙式膜蒸馏传递过程进行研究，他们测定膜两侧流体的温度、流量及料液浓度对膜通量的影响，并从理论上描述了传热、传质过程，建立了可以预测膜蒸馏通量的数学模型，实验结果与模型预测吻合较好。2002年，丁忠伟等采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏（DCMD）和气隙式膜蒸馏（AGMD）过程进行了比较研究，模拟计算及实验结果表明，AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力，使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差，在AGMD中随气隙厚度的增加膜通量是下降的，随气隙厚度的增大，下降速度有所减缓，为提高AGMD的膜通量，减少气隙厚度是有效手段之一。

膜蒸馏技术主要的房展方向主要有以下几个方面：

(1)研制分离性能好，价格低廉的膜。目前之所以膜蒸馏与其他分离技术相比较竞争力不强，一个很主要的原因是用于膜蒸馏的膜成本较高。迫切需要研制出具有良好分离性能而且价格低廉的膜以适应膜蒸馏的发展。

(2)完善机理模型。机理模型是进行过程优化及设计计算的理论指导。虽然许多研究者已经从不同角度对膜蒸馏的机理进行了研究，但仍存在着不少缺陷，有必要加以进一步完善。

(3)提高热量利用率。膜蒸馏是具有相变的、需要消耗热量的过程，热量利用率是它的一个重要技术经济指标。膜蒸馏中不可避免地存在着因热传导造成的热量损失，如何减少这部分热量损失，是值得研究的重要课题。

(4)发挥常压低温脱水的优势，开展应用研究。研究表明重点应用是热敏性物质水溶液的浓缩。另外，膜蒸馏过程简单和设备技术要求不高等特点，很适合于小规模的盐水淡化，这对偏远地区及野外作业人员解决饮用水问题有着重要意义。

(5)和其他过程的结合。膜蒸馏可与其他分离过程相结合，以提高分离效率如反应与蒸馏的集成、渗透蒸发与膜蒸馏的结合。

(6)加强对减压膜蒸馏的研究。在四种膜蒸馏方式中，减压膜蒸馏的通量相对较大，而且操作过程中膜不易损坏，下游侧的阻力也较其他三种小。