膜蒸馏技术介绍

膜蒸馏技术介绍
膜蒸馏是近十年得到迅速发展的一种新型高效的膜分离技术，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。

膜蒸馏过程区别于其他膜过程的特征是：膜是微孔膜；膜不能被所处理的液体浸润；膜孔内无毛细管冷凝现象发生；只有蒸汽能通过膜孔传质。

膜不能改变操作液体中各组分的汽液平衡；膜至少有一侧要与操作液体直接接触；对每一组分而言，膜操作的推动力是该组分的气相分压梯度。

同其他的分离过程相比，膜蒸馏具有以下优点：①截留率高（若膜不被润湿，可达100％）；②操作温度比传统的蒸馏操作低得多，可有效利用地热、工业废水余热等廉价能源，降低能耗；③操作压力较其他膜分离低；④能够处理反渗透等不能处理的高浓度废水。

膜蒸馏技术的分类
根据在膜冷侧收集水蒸气的方式不同，膜蒸馏的类型可分为：
(1)直接接触式膜蒸馏（水吸式或外冷式(DCMD ) (见图2)
该组件内，膜两侧的液体直接与膜面接触。

其一面是经过加热的原溶液为热侧，另一面是冷却水为冷侧，膜孔内为汽相（蒸气和空气），在热侧膜面上生成的水蒸气透过膜至冷侧凝结成水，并和冷却水合而为一。

(2)气隙式膜蒸馏（内冷式）(AGMD) (见图1)
该组件内，膜的冷侧装有冷却板，在其间就是气隙室。

当热侧水蒸气透过膜在气隙室扩散遇冷壁凝结成液态导出，而冷却水在组件内部降温。

凝结水和冷却水各有通道，互不混合。

和直接接触膜蒸馏组件相反，蒸发面和冷却面之间有一定距离（气隙室宽度），这样通量和热传导均受到了阻力。

其优点是热量损失小，热效率高；不需另加热能回收装置。

缺点是组件结构较直接法复杂；其膜通量比直接法小。

(3)扫气式膜蒸馏(见图3)
该组件内，膜的冷侧通常以隋性气体（如氮气等）作载体，将透过膜的水蒸气带至组件外冷凝。

(4)减压膜蒸馏
与气隙式膜蒸馏相类似，只是将冷侧施以低压处理。

膜蒸馏技术的特点
1膜蒸馏的优点
(1)该过程几乎在常压下进行，设备简单、操作简便，在技术力量较弱的地区也有可能实现。

(2)在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程便可以运行，这就有可能利用太阳能、地热、温泉等廉价的天然能源以及工厂的余热等，对在能源日趋紧张的情况下，利废节能是很有意义的。

(3)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸气能透过膜孔，所以蒸馏十分纯净，有望成为大规模低成本制备超纯水的手段。

(4)膜蒸馏耐腐蚀、抗辐射，故能处理酸性、碱性和有放射性的溶液。

(5)膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，可进一步降低能耗。

膜蒸馏可广泛应用于海水和苦咸水淡化，污水和工业废水的处理，非挥发性酸、碱性溶液、挥发性溶液的浓缩和提纯以及在医药、食品加工等方面的应用。

2膜蒸馏的主要缺点
(1)膜成本高蒸馏通量小；(2)由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定；(3)研究工作多处于实验阶段，对传质和传热机理及参数影响的定量分析还很不够；(4)研究所用物料一般都是简单的水溶液，对一些工业废水的研究甚少，同时可以查看中国污水处理工程网更多关于膜蒸馏技术的技术文档。

膜蒸馏的工艺指标及影响因素
1 截留率
从理论上讲,对不挥发性溶质而言其截留率应为100%,但实际上往往达不到100%.其原因有两方面,一方面是膜的缺陷,如孔隙大小分布很宽,有部分孔隙太大或膜有针孔、裂纹等;其二是运行过程中膜发生“湿化”现象,即疏水性局部丧失使溶液通过了膜孔.
水通量
影响水通量的因素有:
1)溶液浓度:一般情况下,溶液浓度高,水平衡分压小,水蒸气通量小,因此随着热侧溶液的不断浓缩,水通量渐渐下降.
2)膜两侧之温差:温差大,则传质推动力也大, 水的通量增加.
3)溶液的流动状态:随两侧流动状态的改善, 膜两侧之温差会增加,蒸汽压差也会相应增加,水通量亦相应提高.
4)膜的疏水性及结构参数的影响:包括孔径、孔隙率、膜厚和膜孔的弯曲因子。