针对传统污泥浓缩脱水工艺占地大、效率低、或脱水液回流造成系统负荷升高等问题,本青年基金项目将正渗透原理应用于污泥浓缩脱水,建立了高效、低耗、紧凑的污泥脱水新工艺。研究结果显示在一定条件下,正渗透工艺可将污泥脱水至含水率70%左右,证明了该工艺的可行性。但正渗透污泥脱水工艺中实际水通量低于理论值。针对该问题,课题主要研究了工艺要素(汲取液、FO膜、污泥调理方法)对正渗透污泥脱水过程中的传质阻力及传质阻力在污泥层、渗透膜、汲取液层的分布的影响,探讨其影响规律。并对渗透膜支撑层孔道结构对膜传质阻力的影响进行了深入的研究。 汲取液方面主要研究了膜面流速和汲取液浓度的影响。研究结果显示,汲取液膜面流速达到5.75 cm•s-1后对汲取液侧外浓差极化的影响不再显著。汲取液浓度对外浓差极化和内浓差极化均有显著影响。当汲取液(NaCl溶液)浓度由0.5提高到2.0 mol•L-1之间变化时,PRO模式下的两种FO膜的原料液侧外浓差极化阻力随汲取液浓度提高而均匀增加,内浓差极化则显示为先缓后急的增加。 FO膜方面主要研究了膜朝向(FO模式和PRO模式)及渗透膜支撑层结构对工艺性能的影响。研究结果显示,FO模式下,原料液侧外浓差极化阻力低于PRO模式。其机理主要是因为,较光滑的分离层面向原料液利于反混盐离子的扩散。渗透膜截盐性能优,则原料液侧外浓差极化阻力低。FO模式内浓差极化所致阻力分别高出PRO模式的2倍和5倍。FO模式下,渗透膜厚度高、支撑层裸露且粗糙,则内浓差极化所致阻力高。PRO模式下膜厚度和支撑层的影响较小。 在FO膜结构对传质阻力影响方面,结果显示,减小TFC FO膜支撑层厚度,提高膜支撑层的亲水性,提高支撑层的孔径以及下表面的开孔率等均可降低膜的ICP,有利于正渗透膜水通量的提高。 在整体传质阻力分布方面的研究结果显示,脱水污泥层阻力发展迅速,是正渗透污泥脱水过程总阻力的主要部分,其中污泥在膜面处凝胶层阻力的占比依初始污泥厚度不同可以达到30%~60%。初始污泥厚度2cm脱水4h含水率可从99%降低到78%。污泥层阻力的时间增长率随初始污泥厚度的增加而升高,污泥含水率降低至91~92%时有可能使脱水阻力急剧增加。阳离子型聚丙烯酰胺和聚合氯化铝在正渗透污泥脱水中的应用对脱水效果的提升并无助益。 2100433B