科技成果——膜蒸馏脱盐技术

科技成果——膜蒸馏脱盐技术
成果简介
本技术方案利用错流过程提高了膜蒸馏的膜通量，利用多级/效蒸发过程实现了热量的高效循环利用，通过改善膜结构和预处理防止膜污染，通过过程控制实现高淡水产出比和排出液高浓缩比，通过技术集成形成完整的MD脱盐工艺和设备系统。

该技术获得天津市科技支撑计划重点项目“节能减排膜蒸馏海水淡化研究与应用示范”（12ZCZDSF02200）和国家科技支撑计划“膜蒸馏海水淡化技术研究”（2006BAB03A06）等资助。

目前，已建起了初具规模的膜蒸馏疏水膜生产线、膜组件制造生产线、膜蒸馏成套设备生产车间以及较完善的测试系统。

膜蒸馏的应用规模达到了百吨级水平、造水比≥5、浓水含盐量≥20%。

膜蒸馏（MD）是一种将膜技术与蒸发技术相结合的新型脱盐技术。

在MD过程中既有常规蒸馏的蒸汽传质与冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程，膜蒸馏是一种结合了蒸馏过程的膜过程。

MD技术特征包括：
（1）非挥发性物脱除率高；
（2）盐浓度对MD效率影响相对较低，浓缩比高；
（3）良好的抗污染性能，物料水预处理要求相对低，MD水质适应性较强；
（4）MD水处理过程在接近常压及较低温度（60到≤100℃）下进行；
（5）膜、膜组件及主要设备由高分子材料制备，因而能够处理具有腐蚀性的酸碱盐等工业废水；
（6）蒸发效率高、能够利用低温热源，如：太阳能、地热、工业废热、排空天然气、热电厂/锅炉乏汽等；
（7）MD采用组件化设计，设备体积小、集成化程度高、易于维护和操作；
（8）MD能同其它脱盐技术（RO、MED等）联用以提高整个系统的效率；在有低温热源可利用的情况下，极具成本优势。

膜蒸馏脱盐技术是目前国际国内研究的热点，在高浓盐水体系的脱盐方面具有独特优势。

迄今膜蒸馏技术还没有大规模产业化应用。

在国际上，世界主要发达国家和跨国公司加大了在膜蒸馏方面的研发力度和投入（比如美国、德国、韩国等国家，GE、凯发等公司曾经和正在同天津大学等合作），试图抢占深度脱盐领域的技术与市场先机。

在国家和地方科技计划的支持下，近几年我国的膜蒸馏技术研究取得了质的进步，突破了许多技术难点，包括膜与膜组件生产制造、膜蒸馏节能工艺、膜蒸馏系统设计、装配与运行等，在脱盐方面已显示出了可预期的规模化应用前景。

目前，膜蒸馏在反渗透浓水深度脱盐淡化、高盐废水脱盐与资源化、卤水脱盐与淡化等方面获得了应用，取得了很好的成效。

在海水淡化方面，由于缺乏投入，膜蒸馏应用研究进展相对较慢。

总体上，我国在膜蒸馏的研发方面处于世界领先水平。

原海水含盐量35000mg/L，海水进水温度90℃左右，装置产水量80-100m3/d，造水比≥4-5，产品水TDS≤15mg/L，浓水含盐量15-20%，
吨水耗电<2kWh。

膜蒸馏脱盐技术可在海水淡化浓盐水、高盐废水资源化方面进行了较多的应用。

典型案例
案例名称：膜蒸馏海水淡化装置系统
项目概况：天津碱厂是我国大规模海水冷却的先行先试者，海水经过冷却工艺后其盐度和其它化学成分含量都有较大增加（特别有机物），直接排放会造成污染方面的担忧。

将其淡化产生淡水是一种大胆尝试。

在多方面的支持下，一个百吨级的膜蒸馏海水淡化系统于2011年建成出水。

本项目是目前国际国内最大规模的膜蒸馏海水淡化装置，标志着我国的膜蒸馏海水淡化设备研发已达到国际领先水平。

工艺流程：本项目采用自主研发膜蒸馏集成系统技术。

通过具有完全自主知识产权的错流设计显著提高了膜通量和膜的抗污染性能，即提高了膜蒸馏效率；将多级/效蒸的技术原理应用于膜蒸馏过程实现热量的高效循环利用，以降低热成本；利用TIPS中空纤维膜和膜表面的改性提高膜的抗污染性能，通过科学的过程控制实现高淡水产出比和排出液高浓缩比，通过技术集成形成了完整的MD海水淡化工艺和设备系统。

创新性和特色：
（1）开发出TIPS膜蒸馏用疏水PVDF中空纤维膜，具有较高强度和均匀的孔径结构；
（2）开发出错流式膜组件，并进行了放大，尽可能克服了膜蒸
馏组件的放大效应，保证了膜蒸馏过程具有较大的膜通量；
（3）开发出导热中空纤维及其换热组件，并应用于膜蒸馏过程的热量回收；
（4）开发出适用于MD工况的多级/多效式热量循环利用工艺，即利用前段较高温度的蒸汽加热后段较低温度的海水，如此循环达到了热量的循环利用，显著降低了MD的热成本；
（5）根据MD海水淡化的规律设计出两级MD海水淡化工艺，实现海水淡化过程的优化配置。

膜蒸馏海水淡化装置图
运行结果：原海水含盐量35000mg/L，海水进水温度90℃左右，装置产水量80-100m3/d，造水比≥4-5，产品水TDS≤15mg/L，浓水含盐量15-20%，吨水耗电<2kWh。

效益分析：MD处理100m3海水产生85m3淡水和15吨氯化钠含量20%的浓盐水；淡水（蒸馏水）价格按照5元/m3，20%氯化钠浓
盐水（供电解车间）的价格按照100元/m3计，总收益约为1900元；100m3MD海水淡化的直接运行费用成本（包括化学药品消耗、电力消耗、热力消耗（废热）、人工成本等）约为1400元。

则直接收益为500元/100m3海水，即处理1m3海水的收益为5元。

应用情况：膜蒸馏脱盐技术可在海水淡化浓盐水、高盐废水资源化方面进行了较多的应用。