反滲透(RO)是一種壓力驅動膜處理方法,其去除污染物的機理是溶解-擴散,受原液側和滲透側的濃度和滲透壓的影響,去除的主要污染物是溶解性物質,可用于微咸水處理。而膜蒸餾是膜法和熱法相結合的水處理方法,只允許水蒸汽通過,主要與原液側和滲透側的蒸氣壓差有關,受原液側溶液濃度影響較小,可用于高鹽水處理。
針對寒冷地區苦咸水資源量大、太陽能資源豐富,該文設計了一套太陽能減壓膜蒸餾RO濃水淡化系統。系統由RO濃水箱、太陽能集熱器、膜蒸餾組件、冷凝裝置、真空泵、淡水箱等構成,冷凝裝置為自制放置于反滲透淡水池中的不銹鋼換熱盤管,還有鋪設在溫室地下的地熱盤管。
a.反滲透苦咸水淡化裝置 b.太陽能集熱器
該系統前端是一套用于溫室灌溉的反滲透系統(圖a)。為了降低能耗,膜蒸餾所處理的RO濃水采用太陽能集熱器進行加熱(圖b)。由于RO濃水無法排放,因此采用減壓膜蒸餾進一步淡化(圖c)。膜蒸餾產生的淡水蒸汽利用反滲透淡水池中的冷凝裝置進行冷卻,既解決了蒸汽冷凝過程的冷卻水減排問題,又實現了相變熱回收并可用于溫室加熱(圖d)。
c.膜蒸餾濃水淡化裝置 d.冷凝裝置
試驗表明:所選的太陽能集熱器面積基本可以滿足全年的膜蒸餾用熱,在反滲透淡水池中設計的不銹鋼散熱盤管長度,可滿足蒸汽冷凝要求,在地表以下30~40cm處鋪設地熱盤管,可以滿足蒸汽冷凝要求和溫室加熱需求。在濃水進水溫度為80 ℃、滲透側真空壓力為-0.080MPa時,減壓膜蒸餾系統產水量可以達到37.62L/h。
通過試驗驗證,該系統基本能夠滿足寒冷地區溫室的使用要求。通過太陽能集熱和自制的冷凝裝置,該研究對降低膜蒸餾系統能耗、實現RO濃水零排放、減少濃水對環境污染具有重要意義。