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膜蒸馏技术 敢问路在何方?

更新时间:2019-09-24 10:45 来源:膜法水处理札记 作者: 阅读:2394 网友评论0

膜蒸馏(MD):Membrane Distillation。

说实话MD也是一项曾一度被人遗忘的膜技术,而目前不管在从学术上还是实际市场应用上,其实都能听到关于它的很多声音。

在美国编写的“超越分子前沿―化学与化学过程面临的挑战”中,膜蒸馏浓缩技术列为21世纪重点关注并发展的新型分离技术。

懂它,才能知道怎么用它

蒸馏,想必学过化学的都了解,它是一种热力学的分离工艺。

蒸馏,它是利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同,使低沸点组分蒸发,再冷凝以分离整个组分的单元操作过程,是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。

而膜蒸馏系统,则可以看作是膜技术和传统蒸馏工艺的有效结合,就过程的本质而言,它依旧是一个蒸发、冷凝的过程;就MD技术而言,它的驱动力源于膜两侧的蒸汽压差。

全球膜蒸馏技术真正兴起于20世纪80年代,而在国内,其实从03年开始,国内从事相关研发工作的人员逐年倍数增加。不难发现,其实国内这些年,很多膜技术的发展都非常快,当然这也得益于市场需求的推动。

国内研发膜蒸馏技术的团队很多,不过主要以科研为主,比如:天津工业大学、大连理工大学、河北工业大学、同济大学、清华大学等。

膜蒸馏系统中,核心还是膜材料。膜的疏水性、微孔性是膜蒸馏中膜材料选择的关键因素,而其次机械强度、导热系数、热稳定性等也是基本。

膜蒸馏目前所用膜材料主要为:微孔聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF)等,这几种材料,各有利弊。

目前国内膜蒸馏工业化应用案例不多,其中基本以PTFE材料为主,而设备形式则主要为:管式、板式、中空纤维式。其中管式在国内应用较早,而板式目前应该应用最多。

MD系统中,根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏过程主要有以下类型:(1)直接接触膜蒸馏(DCMD);(2)空气隙膜蒸馏(AGMD);(3)真空膜蒸馏(又称减压膜蒸馏,VMD);(4)气扫膜蒸馏(SGMD)。

在膜蒸馏形式方面,目前AGMD、VMD应用相对为主,其次是DCMD,而SGMD的研究则较少。

MD系统的优势&劣势

谷腾环保网 每一种存在的膜技术肯定有它的市场定位,膜蒸馏也不例外。

从MD原理来分析,在盐浓缩系统中,比如:1%浓缩至10-20%,跟其他ED、DTRO等成熟膜工艺相比,在投资、运行成本上,其实膜蒸馏没有太大的优势,即使在厂区有余热可以利用的情况下,也没有优势。

如果针对于20%以上的盐浓缩,其实主要跟蒸发对比,吨水投资成本都是100万级别。另外,两者原则上都是蒸发水,但是其实蒸发系统相对成熟,换热、传热效果要更好,其运行能耗其实要更低。

难道MD技术真的这么乏力吗?可以先了解下它的特点。

MD更多的是针对于特定的系统,比如:1. 对材质要求特殊的浓缩系统,如废酸、废碱的浓缩;2. 某些有机产品的浓缩;3. 部分无法直接膜浓缩的系统;4. 对浓缩浓度有特定要求的系统;5. 有大量余热、低品位热源可利用的系统等。

在很多有机膜系统,无机结垢、晶体析出、有机物污染、表面活性剂等是影响系统稳定运行的重要因素,这些问题在膜蒸馏系统中依旧存在。

MD技术-国内应用

尽管做膜蒸馏研发的团队不少,但是国内做膜蒸馏工业化的企业非常少。膜蒸馏成功应用案例很有限,项目系统一般也比较小,100m3/d以上的系统基本算超大型系统。

在工艺可行性较高的基础上,投资成本、运行成本是往往是影响一个项目落地的重要因素。而在这一方面,膜蒸馏其实是有劣势的。

像管式的膜蒸馏,材质基本为PTFE,典型代表企业为浙江森诺,而且一般采用AGMD。他们做材料研发比较厉害,应用其实偏少一些,这两年他们膜蒸馏这一块业务也基本收缩了。

像板式的膜蒸馏,材质基本为PTFE,典型代表企业为中科瑞升,而且一般采用AGMD,减压多效。目前主要依靠德国Memsys Group的MD技术。这一块,其实他们是做的挺好的,推广力度也大。

像中空纤维式的膜蒸馏,典型代表企业为中环膜,但是目前基本没有工业化的应用。

MD系统的路在何方?

谷腾环保网 目前很多行业会议、研讨会上不难发现,从某种程度上讲,膜蒸馏技术目前已成为海水淡化、浓缩分离、工业废水处理、结晶零排放等领域研究的新热点。

尽管是这样,膜蒸馏貌似依旧没有被大多数人或市场看好。第一:膜材料成本较高,系统投资偏高,目前只能应用于某些特定的需求系统。第二:系统的运行成本偏高,尽管可以利用余热、太阳能、地热能等,工艺也可以做成四效、五效等,但是运行成本目前依然是劣势。第三: 系统的无机结垢、有机污染等依然也制约着膜蒸馏技术的推广。

很多的膜技术其实都是夹缝中求生,尽管膜蒸馏技术目前应用有限,也存在一些问题,但是在大市场需求的推动下,在国内这种大环境下,它在膜界还是很有一席之地的。

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