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煤炭学报 2024年第5期49卷 2462-2471页

作者：刘兆峰郭强王霄唐佳伟蒋斌斌曹志国张锁闫祖喻王群李井峰国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102209 神华新街能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200 山东科技大学化学与生物工程学院山东青岛266590 山东海化集团有限公司山东潍坊262737

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高... 详细信息

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：高矿化度矿井水集成膜系统零排放双极膜电渗析技术矿井水资源化

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基于双极膜电渗析的膜集成技术用于高矿化度矿井水资源化研究

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煤炭学报 2024年

作者：刘兆峰郭强王霄唐佳伟蒋斌斌曹志国张锁闫祖喻王群李井峰山东科技大学化学与生物工程学院国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室神华新街能源有限责任公司山东海化集团有限公司北京低碳清洁能源研究院

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下，西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放，不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏，而且造成严重的水资源浪费，最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统... 详细信息

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下，西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放，不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏，而且造成严重的水资源浪费，最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析，该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题。基于此，西部某矿井水为原水，以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计，并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件（操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等）对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律，之后以实验数据及经济评估模型，探究其经济可行性，旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术，为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析-双极膜电渗析实验过程探究，发现双极膜系统进料液浓度应不超过80000 mg/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外，证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理，以电渗析系统进料液总含盐量20，000 mg/L为例，总的净收益为￥18，604，299/年，且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应，二氧化碳减排将超过3，162吨/年，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：高矿化度矿井水集成膜系统零排放双极膜电渗析技术矿井水资源化

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纳滤海水软化中试及其长期稳定性运行的研究

纳滤海水软化中试及其长期稳定性运行的研究

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作者：李哲超中国海洋大学

学位级别：硕士

海水(苦咸水)软化是解决我国淡水资源短缺问题的有效途径之一。本课题拟结合国家战略需求,积极探索全膜法海水软化集成膜技术,降低产水成本,推动海水软化技术的产业化发展。纳滤作为海水软化的主要技术之一,可有效去除海水中二价离子,... 详细信息

海水(苦咸水)软化是解决我国淡水资源短缺问题的有效途径之一。本课题拟结合国家战略需求,积极探索全膜法海水软化集成膜技术,降低产水成本,推动海水软化技术的产业化发展。纳滤作为海水软化的主要技术之一,可有效去除海水中二价离子,其既可作为反渗透等工艺的预处理部分,从而降低其结垢和有机污染等现象,提高系统回收率;又可直接作为工业化软化海水工艺加以利用,如海上油田的采油配聚用水。本实验着重于集成膜法海水软化工艺,在胶州湾现场进行海水软化试验研究,其中纳滤系统共采用两种工艺——模式1和模式2,其研究主要包括：考察在不同操作及清洗条件下纳滤预处理工艺——自清洗-超滤工艺的稳定性等问题,并优化预处理操作参数;考察操作压力、进水流量、产水的回收率等操作参数对纳滤海水软化性能的影响,对该工艺的运行成本进行了估算,确定纳滤最佳操作参数;考察了纳滤膜对有机物和营养盐的去除性能;对该中试装置进行了长期稳定性实验,从而验证中试成撬装备的运行稳定性、经济性和海上使用的适应性。研究表明,研制的100m3/d集成膜法海水软化装置具有良好的运行稳定性,其能够应对复杂的水质环境变化,产水稳定可靠,具体结论如下： (1)中试试验中,自清洗-超滤工艺作为纳滤的预处理工艺,其产水完全可以满足纳滤的进水要求,且产水水质稳定,不受原海水水质影响。该预处理工艺对海水中的有机物和营养盐有一定的去除效果,这对降低纳滤膜的污染有一定的意义。 (2)本实验共设计了两种纳滤工艺,同时考察了操作压力、进水流量、回收率以及能量回收装置等操作工艺对两种纳滤工艺的膜通量和回收率的影响。结果显示,操作条件对两种纳滤工艺的膜通量和回收率均有影响。模式1的产水量大,但产水水质较差,难以满足海上油田配聚用水的要求;模式2产水量较小,但产水水质很好,其钙、镁离子含量总和小于25mg·L-1,且操作条件对其影响很小。 (3)纳滤膜对有机物均有较好的去除性能,对DOC的平均去除率在80%以上,对UV254的平均去除率在70%以上,其对营养盐和总磷、总氮有一定的去除性能。 (4)100m3/d集成膜软化装置在3.5MPa下运行的总电能耗约为3.86kWh/m3,运行成本约3.83元/,产水总投资成本约0.94元/,产水总成本约为4.77元/。 (5)在长期稳定性试验中,所研制的100m3/d集成膜法海水软化装置具有良好的运行稳定性,能够应对复杂的水质环境变化,产水稳定可靠。本实验对纳滤膜法海水软化工业具有十分重大的意义,为该技术的最终产业化推广应用奠定了坚实的基础。

关键词：集成膜系统海水软化纳滤长期稳定性运行

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纳滤海水软化中试工艺优化及结垢趋势预测研究

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作者：吴桐中国海洋大学

学位级别：硕士

淡水资源已经成为制约国民经济发展的一个重要因素,而传统的跨流域调水、节水措施已经不能适应现阶段的生产实际和国民发展需求,随着科技的发展海水淡化技术逐渐成为解决水资源短缺的有效途径之一。膜法(反渗透法)是一种最主要的海水淡... 详细信息

淡水资源已经成为制约国民经济发展的一个重要因素,而传统的跨流域调水、节水措施已经不能适应现阶段的生产实际和国民发展需求,随着科技的发展海水淡化技术逐渐成为解决水资源短缺的有效途径之一。膜法(反渗透法)是一种最主要的海水淡化技术,目前的装机容量约占61.1%。纳滤膜能够有效地去除海水中的二价钙、镁和硫酸根离子,降低海水的硬度,是一种很有前景的海水淡化预处理技术。在海水淡化过程中,膜面离子浓度升高,结垢不可避免的产生。结垢现象会增加膜清洗的频率、减少膜的使用寿命、提高操作成本,这限制了海水淡化的进一步推广。随着膜技术在海水淡化领域的应用,如何尽可能的降低能耗、减少投资决定了膜法海水淡化技术的大规模的推广。本论文运用适用于高浓度溶液的Pitzer理论求取在高浓度下的活度系数,结合浓差极化模型对于各操作条件下的结垢趋势(用过饱和指数SI表示)进行了预测;结合浓差极化模型和通量计算公式以及Pitzer渗透系数计算公式,通过迭代的方式求得膜末端的通量,并对纳滤膜组件末端的结垢趋势进行了预测：分别对纳滤2支、4支、6支膜组的有机物去除率、截留率、产水流量、能耗、过饱和度指数进行了研究;探讨了两种提高回收率的方式对纳滤系统性能影响;并考察了循环泵对纳滤系统性能的影响。结果如下：1、膜面结垢趋势预测模型的建立。将海水看作钠、钾、钙、镁、硫酸根、氯离子六种离子组成的混合溶液,利用Pitzer理论计算了结垢离子的活度系数,结合浓差极化及通量模型,构建了预测膜面结垢趋势的模型。2、纳滤膜组数量探讨。在相同操作条件下,不同纳滤膜组对有机物和离子的平均去除率、平均产水通量、以及平均能耗均相差较大。2支、4支纳滤膜组对有机物的去除率相对较高,大多在90%左右,而6支膜组对有机物的去除率相对较低。2支纳滤膜组的各离子截留率高于4支膜组,6支膜组的离子截留率最低;但各膜组对于二价离子的截留率均较高。6支纳滤膜组的平均产水通量小于4支膜组,而2支膜组的平均产水通量最大。2支纳滤膜组的平均能耗明显高于4支、6支膜组的平均能耗,6支膜组的平均能耗最小。3、两种提高回收率方式探讨。在总进水量保持不变的条件下,采用了两种提高回收率的方式(回收率模式1：通过提高压力的方式提高回收率;回收率模式2：通过提高循环流量(不使用循环泵)的方式提高回收率)。在相同回收率下,6支膜组的截留率均高于4支膜组,6支膜组的平均能耗均低于4支膜组。对于回收率模式1,随着回收率的增大,产水流量逐渐增大;对于回收率模式2,随着回收率的增大,产水流量逐渐降低。回收率模式1与回收率模式2相比,在相同回收率下,前者离子截留率均高于者;低回收率下前者的能耗大于后者,高回收率下则相反。4、浓水循环对膜的性能影响。在不改变进水压力和补充进水量的条件下,通过循环泵增加进水流量对有机物截留率和产水流量均没有明显影响,但各膜组能耗均低于无循环泵条件下的能耗。5、末端结垢趋势预测。在回收率模式1和回收率模式2条件下,4、6支膜组均随着回收率的增大,结垢趋势逐渐上升,在相同压力回收率下,4支膜组的结垢趋势要大于6支膜组的结垢趋势。

关键词：集成膜系统海水软化纳滤 Pitzer理论结垢预测

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集成膜法海水软化试验及阻垢剂对纳滤过程的影响研究

集成膜法海水软化试验及阻垢剂对纳滤过程的影响研究

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作者：宋金玲中国海洋大学

学位级别：硕士

由于淡水资源日益紧张、淡水资源短缺问题的加剧，海水淡化技术的重要性日益突显。集成膜法海水淡化技术凭借着自身的优势在海水淡化技术中占居着重要地位并逐渐发展成熟，现已被许多沿海城市广泛应用于生活和饮用水的淡化，并在海上油... 详细信息

由于淡水资源日益紧张、淡水资源短缺问题的加剧，海水淡化技术的重要性日益突显。集成膜法海水淡化技术凭借着自身的优势在海水淡化技术中占居着重要地位并逐渐发展成熟，现已被许多沿海城市广泛应用于生活和饮用水的淡化，并在海上油田石油开采中也有十分重要的应用。本文是基于海上油田采油配聚的课题背景下，利用胶州湾近海海域海水，通过集成膜法海水软化过程的研究，为进一步海水淡化及油田注水开发提供优质水源。本文着重进行了基于纳滤软化的集成膜法海水软化的试验研究和纳滤过程阻垢剂的影响研究，主要包括：利用集成膜法小试和中试装置开展了操作压力、进水温度、浓水循环比等参数变化对膜性能的影响研究;二级纳滤海水淡化过程及应用探究;纳滤-反渗透耦合技术过程工艺研究;阻垢剂对纳滤过程的影响试验探究。集成膜法海水软化小试试验研究表明，操作压力较进水温度、浓水循环比等参数对纳滤膜产水通量和水质影响显著。随着操作压力的升高，产水通量线性增加，而各离子的截留率也呈现一定的上升趋势，但是当操作压力升高到一定时，由于膜面浓差极化等原因，造成产水各离子截留率上升趋势变缓;当温度变化时，产水通量变化较大，产水水质随温度变化较小。随着浓水循环比的增加，回收率有所提高，但是产水水质下降，这是由于进水中混有一部分浓水，使得总进水水质变差，这也说明了实际应用过程中要综合考虑回收率和产水水质等各方面因素。二级纳滤试验结果表明，当一级纳滤操作压力为2.0.2MPa，二级纳滤在较低的操作压力2.5MPa下能够达到500L·m·h的产水通量，极大地提高了产水能力。纳滤-反渗透耦合技术综合了纳滤技术与反渗透技术的优势，纳滤膜过程在较高的操作压力3.0MPa下可为反渗透提供更优质的进水，从而使反渗透在较低的操作压力为3.0MPa下即能够获得优质的产水TDS为18mg·L。二级纳滤及纳滤-反渗透耦合技术，使得海上平台可以充分利用海水来获取低TDS的生活及生产用水，解决了海上油田淡水资源短缺的问题。随着回收率的提高，膜面污染逐渐严重，制约了集成膜法海水软化技术的应用。加入阻垢剂是降低纳滤过程污染的一个重要解决方案，本研究通过重点考察不同阻垢剂对纳滤膜过程的影响，探究适于纳滤过程的专用阻垢剂，并通过优化操作参数，保证纳滤过程长期稳定运行，延长膜的使用寿命，保障膜的优良性能，降低海水软化吨水成本。随着阻垢剂浓度的增加，产水水质逐渐变优，当纳滤过程操作压力为3.0MPa，进水温度为25℃，阻垢剂浓度为4mg·L时，产水通量达17.23L·m·h。通过有无阻垢剂的对比试验表明，在较适宜的阻垢剂添加量4mg·L时，可以延缓膜面的结垢形成，降低通量下降趋势。本课题的研究，为面向海上油田的海水纳滤软化的实际工业化应用提供了必要的基础数据和可行性论证，具有很好的指导意义。

关键词：集成膜系统海水软化二级纳滤纳滤-反渗透耦合阻垢剂

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浸没式超滤膜在水质预处理中的应用

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广西轻工业 2011年第9期27卷 144-146页

作者：周武旋赵江萍纪晓声柳州市环境保护监测站广西柳州545001 柳州市环境保护局广西柳州545006 宁波市中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201

为了将膜生物反应器运用到集成海水淡化系统的预处理中,研究了不同操作条件下的浸没式超滤膜如何去除海水中存在的天然的有机物。实验结果表明,浸没式超滤膜能有效的减少反渗透膜的生物污染以及膜结晶设备里妨碍或影响膜结晶动力学的外... 详细信息

为了将膜生物反应器运用到集成海水淡化系统的预处理中,研究了不同操作条件下的浸没式超滤膜如何去除海水中存在的天然的有机物。实验结果表明,浸没式超滤膜能有效的减少反渗透膜的生物污染以及膜结晶设备里妨碍或影响膜结晶动力学的外源物质,有机物的有效去除对海水淡化体系的预处理起到积极的促进作用。

关键词：脱盐集成膜系统海水淡化预处理浸没式超滤膜

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