張春堯，耿洪鑫,，郎慶成，李憑力，武曉燕

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2天津市膜科學(xué)與海水淡化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；3中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津 300191）

新型氣隙式膜蒸餾組件脫鹽過程

張春堯1,2，耿洪鑫1,2,3，郎慶成3，李憑力1,2，武曉燕3

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2天津市膜科學(xué)與海水淡化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；3中華全國供銷合作總社天津再生資源研究所，天津 300191）

利用基于聚丙烯中空纖維膜和聚丙烯中空纖維換熱管的新型能量回收式膜組件(AGMD-HF)，以70 g·L?1的氯化鈉溶液為研究對象，考察了膜組件長度和膜孔徑大小對膜組件脫鹽性能的影響。為直接衡量操作條件、組件參數(shù)以及溫差、濃差極化現(xiàn)象對傳質(zhì)系數(shù)的影響，引入總傳質(zhì)系數(shù)，并研究進(jìn)料溫度和膜孔徑對總傳質(zhì)系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，總傳質(zhì)系數(shù)隨著溫度的升高、膜孔徑的增大而增大，提高膜孔徑可有效提高總傳質(zhì)系數(shù)，同時(shí)可有效提高通量和造水比。通量隨組件長度的增大而減小，而造水比增大，因此在應(yīng)用過程中可綜合考慮通量和造水比以便選擇合適的組件長度。

氣隙式膜組件；膜蒸餾；脫鹽；傳質(zhì)

引 言

水資源短缺是當(dāng)前全球面臨的最嚴(yán)重的問題之一，目前超過1/3的人口生活在嚴(yán)重缺水的地區(qū)[1]，海水淡化是目前最經(jīng)濟(jì)的淡水取用方式，是解決全球水資源危機(jī)的重要途徑之一[2]。目前全球海水淡化能力約為6.64×107m3·d?1，預(yù)計(jì)到2015年可達(dá)到1×108m3·d?1[3]，而目前工業(yè)上應(yīng)用的海水淡化技術(shù)主要分為熱法（多級閃蒸、多效蒸發(fā)、壓氣蒸餾）和膜法（反滲透、電滲析），其中反滲透海水淡化技術(shù)占到60%以上。反滲透海水淡化技術(shù)的回收率一般為30%～50%，所副產(chǎn)的大量濃鹽水直接排放到海洋中，對海洋生物和海洋環(huán)境造成新的污染。高鹽廢水對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，對操作條件要求較高，因此研究低成本、低污染高鹽廢水處理技術(shù)具有重要意義。

膜蒸餾（MD）技術(shù)是一種以疏水微孔膜為介質(zhì)，以膜兩側(cè)蒸氣壓差為推動力，溶液中揮發(fā)性組分以蒸氣形式透過膜孔，從而實(shí)現(xiàn)分離的新型分離技術(shù)。根據(jù)透過疏水膜蒸汽冷凝方式的不同可以分為直接接觸式膜蒸餾（DCMD）、氣掃式膜蒸餾（SGMD）、氣隙式膜蒸餾(AGMD)和真空膜蒸餾（VMD）。膜蒸餾具有設(shè)備簡單、操作方便、截留率高、耐腐蝕并可利用低品味熱源等優(yōu)點(diǎn)，在高鹽廢水處理領(lǐng)域引起人們的關(guān)注。Tun等[4]利用膜蒸餾處理反滲透濃水得到的最終的淡水回收率達(dá)到了95%。Martinetti等[5]將經(jīng)過反滲透處理的地下水濃水通過膜蒸餾處理后，淡水回收率達(dá)到96%。此外，因?yàn)槟ふ麴s過程為溫度驅(qū)動膜過程，該過程的滲透通量受料液濃度的影響相對較小[6]，所以可以利用膜蒸餾將料液濃縮到飽和狀態(tài)。Gryta等[7-8]即通過膜蒸餾將NaCl溶液濃縮到飽和狀態(tài)，再經(jīng)結(jié)晶得到了NaCl固體產(chǎn)品。劉捷等[9]對減壓膜蒸餾傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行了研究，將溫度極化和濃度極化引入傳熱傳質(zhì)模型；閻建民等[10]用氣隙式膜蒸餾裝置測定了膜兩側(cè)的流體溫度、流量和料液濃度對膜通量的影響。目前膜蒸餾技術(shù)存在熱效率較低，蒸汽潛熱未能有效回收等缺點(diǎn)，至今未在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用，設(shè)計(jì)新型的膜組件和相關(guān)工藝以提高膜蒸餾過程的熱效率和能量利用率是目前研究的熱點(diǎn)[11-12]。Guijt[13]對單根中空纖維膜和單根換熱管組成的體系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究，實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)部換熱式膜組件濃縮鹽水具有可行性。Cheng等[12]采用氣隙式膜蒸餾組件(AGMD-HF)進(jìn)行脫鹽實(shí)驗(yàn)研究，并利用動量、能量和質(zhì)量守恒對該形式的膜組件的傳熱與傳質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究，建立了傳質(zhì)傳熱模型。Yao等[11]采用內(nèi)部換熱式多效膜蒸餾組件處理反滲透濃水，其最大膜通量為6.8 L·m?2·h?1，造水比為11.5，脫鹽率可達(dá)99.99%，熱效率達(dá)80%以上。

本文設(shè)計(jì)一種基于聚丙烯中空纖維膜和聚丙烯中空纖維冷卻管的新型能量回收式膜組件(AGMD-HF)，以70 g·L?1的氯化鈉溶液為研究對象，考察了膜組件長度和膜孔徑大小對膜組件脫鹽性能的影響，同時(shí)為考察操作條件和組件參數(shù)以及濃差、溫差極化現(xiàn)象對膜蒸餾過程傳質(zhì)的影響，引入并計(jì)算得到膜蒸餾脫鹽過程總傳質(zhì)系數(shù)，并研究進(jìn)料溫度和膜孔徑對總傳質(zhì)系數(shù)的影響。

1 AGMD-HF膜組件的結(jié)構(gòu)與原理

1.1 AGMD-HF膜組件結(jié)構(gòu)

AGMD-HF膜組件結(jié)構(gòu)如圖1所示，膜組件由中空纖維膜單元、中空纖維換熱管單元以及它們之間的塑料格網(wǎng)組成，通過中空纖維換熱管單元回收透過中空纖維膜的蒸汽潛熱，回收的能量用來加熱中空纖維換熱管中的原料液，中空纖維膜單元和中空纖維換熱管單元間隔排布，中間通過一層塑料格網(wǎng)隔開，通過格網(wǎng)的厚度來調(diào)節(jié)氣隙的寬度，保證了氣隙的真實(shí)存在，從而減少因直接導(dǎo)熱損失的能量。同時(shí)通過格網(wǎng)和中間的膜/管分布器可約束中空纖維膜和中空纖維換熱管的運(yùn)動，避免中空纖維膜單元和中空纖維換熱管單元的排布在運(yùn)行過程或者移動過程中被打亂。

圖1 AGMD-HF膜組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic presentation of AGMD-HF membrane module

1.2 AGMD-HF膜組件能量與質(zhì)量衡算

圖2為氣隙式膜組件內(nèi)部物料具體流動情況。溫度為Tb,i，質(zhì)量為mb,i的原料液進(jìn)入中空纖維換熱管，從中空纖維換熱管流出后的溫度升高至Tb,o，經(jīng)過外部換熱器換熱溫度升高至Td,i后進(jìn)入中空纖維膜，在中空纖維膜內(nèi)蒸發(fā)，透過膜的蒸汽冷凝后的質(zhì)量為mp，從中空纖維膜流出后的溫度為Td,o，質(zhì)量為md,o。

圖2 AGMD-HF膜組件內(nèi)原料液流動情況Fig.2 Feed flow in AGMD-HF membrane module

在AGMD-HF膜蒸餾脫鹽實(shí)驗(yàn)中，傳質(zhì)與傳熱同時(shí)進(jìn)行，質(zhì)量和能量守恒方程為

式中，Hb,i、Hb,o、Hd,i和Hd,o分別為料液在換熱管進(jìn)口、出口和中空纖維膜進(jìn)口、出口的焓值；Qloss為脫鹽過程中向外界散失的能量。

在海水淡化系統(tǒng)中，常用造水比衡量其系統(tǒng)的生產(chǎn)能力或強(qiáng)度，造水比是蒸發(fā)裝置中淡水產(chǎn)量與加熱蒸汽量之比。膜蒸餾過程中將造水比作為評價(jià)裝置性能的參數(shù)，其定義為蒸汽潛熱與外部供應(yīng)熱量的比值，反映膜組件的能量回收效果和產(chǎn)水能耗。

其中外部供應(yīng)熱量是原料液為達(dá)到操作所需溫度需要外部提供的能量，在AGMD-HF膜組件中其計(jì)算公式為

因此造水比計(jì)算公式如下[14]

式中，ΔHv為水的蒸發(fā)焓[11]

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1 材料與儀器

表1為計(jì)算AGMD-HF膜蒸餾傳質(zhì)過程總傳質(zhì)系數(shù)的膜組件參數(shù)，實(shí)驗(yàn)中用聚丙烯中空纖維膜與聚丙烯換熱管均由天津市凱賽特科技有限公司提供；實(shí)驗(yàn)試劑NaCl等，天津江天化工技術(shù)有限公司；DDS-307電導(dǎo)率儀，上海越磁電子科技有限公司；HH-501超級循環(huán)水箱，金壇市鴻科儀器廠；MP-5RZ型磁力驅(qū)動循環(huán)泵，上海新西山實(shí)業(yè)有限公司。為考察AGMD-HF膜組件參數(shù)對膜蒸餾過程的影響，制作了長度分別為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m的膜組件，其使用的中空纖維膜平均孔徑包括0.2、0.26、0.37 μm，分別編號為M-0.20 μm、M-0.26 μm、M-0.37 μm。

表1 AGMD-HF膜組件參數(shù)Table 1 Details of AGMD-HF membrane module in AGMD process

2.2 裝置與流程

氣隙式膜蒸餾脫鹽實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，NaCl溶液經(jīng)過恒溫水浴箱A預(yù)熱后通過磁力泵輸送到膜組件底部中空纖維換熱管進(jìn)口，從膜組件上部中空纖維換熱管流出后在恒溫水浴箱B中繼續(xù)升溫至實(shí)驗(yàn)所需溫度后，進(jìn)入膜組件中空纖維膜進(jìn)口，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制料液流量，從中空纖維膜出口流出后進(jìn)入濃縮液儲槽，產(chǎn)水通過量筒收集，待溫度和壓力穩(wěn)定后測量產(chǎn)水質(zhì)量和記錄溫度計(jì)示數(shù)。

圖3 AGMD-HF膜蒸餾脫鹽實(shí)驗(yàn)裝置Fig.3 Schematic of AGMD-HF experimental apparatus

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)指標(biāo)

膜蒸餾過程的評價(jià)指標(biāo)主要有通量JD、造水比GOR、熱效率η和截留率R，通量JD衡量膜蒸餾過程的產(chǎn)能，其定義為單位時(shí)間單位膜面積產(chǎn)生的餾出液的質(zhì)量，其計(jì)算公式為

式中，mp為單位時(shí)間內(nèi)膜組件透過液質(zhì)量，kg·s?1；s為膜組件的膜面積，m2。

AGMD-HF膜組件熱效率η是指用于蒸發(fā)水所需要的熱量與熱側(cè)溶液提供的總熱量之比，其計(jì)算公式為

截留率R定義為被截留的溶質(zhì)質(zhì)量占溶液中該溶質(zhì)總質(zhì)量的百分率，截留率計(jì)算公式如下

式中，Cf為原料液鹽濃度，mg·L?1；Cp為透過液鹽濃度，mg·L?1。其值可通過測定溶液的總固含量或者電導(dǎo)率計(jì)算得到。

3 結(jié)果與討論

3.1 AGMD-HF膜組件脫鹽過程總傳質(zhì)系數(shù)

AGMD-HF組件膜蒸餾傳質(zhì)過程主要包括跨膜傳質(zhì)和氣隙內(nèi)傳質(zhì)，其總傳質(zhì)系數(shù)一般可表示成

式中，C為AGMD-HF膜蒸餾過程總傳質(zhì)系數(shù)；Δp為水蒸氣跨膜壓差。在跨膜傳質(zhì)過程中，根據(jù)水蒸氣分子的平均自由程與膜孔徑大小關(guān)系，其傳質(zhì)方式可分為：Knusden擴(kuò)散、Molecular擴(kuò)散、Knusden-Molecular擴(kuò)散[15-17]。

跨膜傳質(zhì)過程中，當(dāng)水蒸氣分子平均自由程與膜孔徑的比值大于1時(shí)，水蒸氣的擴(kuò)散主要以Knusden擴(kuò)散為主[15-17]

式中，CKn為Knusden擴(kuò)散系數(shù)；RKn為Knusden擴(kuò)散阻力；ε為膜的孔隙率；τ為曲折因子；δm為膜的厚度；Tavg,m為膜兩側(cè)的平均溫度；Mv為水的摩爾質(zhì)量。

當(dāng)水蒸氣分子平均自由程與膜孔徑的比值小于0.01時(shí)，水蒸氣的擴(kuò)散主要以Molecular擴(kuò)散為主[15-17]

式中，CM為Molecular擴(kuò)散系數(shù)；RM為Molecular擴(kuò)散阻力；pt為總壓力；paM為膜兩側(cè)空氣的對數(shù)平均壓差。

當(dāng)水蒸氣分子平均自由程與膜孔徑的比值介于0.01與1之間時(shí)，Knusden擴(kuò)散和Molecular擴(kuò)散同時(shí)存在。

在氣隙內(nèi)傳質(zhì)過程中，由于氣隙的寬度比較大，其傳質(zhì)方式主要是Molecular擴(kuò)散。在實(shí)際傳質(zhì)過程中，料液流量和進(jìn)料溫度會影響溫差極化和濃差極化，進(jìn)而影響傳質(zhì)過程，因此采用總傳質(zhì)系數(shù)C來總體評價(jià)膜蒸餾過程的傳質(zhì)能力。

在NaCl水溶液中，水的飽和蒸氣壓計(jì)算公式如下[18]

式中，xw為水的摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖4為NaCl水溶液飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系，隨著溫度的升高，水蒸氣的飽和蒸氣壓呈指數(shù)方式增大。因此升高進(jìn)料溫度Td,i有利于增大通量，并且溫度越高，通量增大越快，因?yàn)樵谙嗤臏夭钕拢瑴囟容^高時(shí)具有較大的跨膜壓差。

圖4 NaCl溶液水蒸氣飽和蒸氣壓隨溫度的變化Fig.4 Relation between temperature and water vapor pressure

總傳質(zhì)系數(shù)C與操作條件（溫度、流量）、膜參數(shù)（膜厚度、孔隙率、孔徑分布）以及組件參數(shù)（換熱管厚度、膜管比例、排列方式）有關(guān)。濃差極化和溫差極化對膜蒸餾傳質(zhì)過程影響較大，它們降低了水蒸氣分壓，使得跨膜推動力下降，造成通量減小。在式(10)中總傳質(zhì)系數(shù)C包括濃差極化和溫差極化對水蒸氣跨膜傳質(zhì)的影響，更實(shí)際直觀并且更有利于優(yōu)化操作條件，因此著重考察膜孔徑與總傳質(zhì)系數(shù)C的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中AGMD-HF膜組件長度為0.1 m，其他參數(shù)不變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 溫度與膜孔徑對總傳質(zhì)系數(shù)的影響Fig.5 Effect of feed temperature and membrane pore size onC

在原料液進(jìn)料溫度Tb,i為30℃，流量為15 L·h?1時(shí)，總傳質(zhì)系數(shù)C隨著溫度的升高而升高。進(jìn)料溫度Td,i從75℃升高至95℃時(shí)，M1、M2和M3膜組件的總傳質(zhì)系數(shù)分別從5.92×10?8、7.73×10?8、10.4×10?8升至8.63×10?8、10.25×10?8、13.4×10?8kg·m?2·Pa?1·s?1，分別升高了45.8%、32.6%、28.8%。從圖5中可知，膜平均孔徑越大，總傳質(zhì)系數(shù)C越大。水蒸氣分子的平均自由程約為0.11 μm，當(dāng)膜平均孔徑較小時(shí)，其跨膜傳質(zhì)形式以Knusden擴(kuò)散為主，當(dāng)膜平均孔徑較大時(shí)，其跨膜傳質(zhì)形式以Molecular擴(kuò)散為主。在以前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)[19-20]，當(dāng)氣隙寬度較小時(shí)，氣隙式膜蒸餾傳質(zhì)過程中跨膜傳質(zhì)阻力大于氣隙內(nèi)的傳質(zhì)阻力，因此跨膜傳質(zhì)是氣隙式膜蒸餾傳質(zhì)的控制步驟。根據(jù)式（11）和式（12），Knusden擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于Molecular擴(kuò)散系數(shù)，因此隨著膜平均孔徑的增大，總傳質(zhì)系數(shù)增大。

3.2 AGMD-HF膜組件參數(shù)對脫鹽過程影響

以前的研究中詳細(xì)討論了操作條件包括進(jìn)料溫度、進(jìn)料流量對AGMD-HF膜組件脫鹽性能的影響[19-20]，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)升高Tb,i和Td,i能有效增大造水比，升高Td,i和增大流量能有效增大通量。但要從根本上提高膜組件的性能，需要改變膜組件參數(shù)，其中膜孔徑和組件長度是AGMD-HF膜組件兩個(gè)最重要的參數(shù)，對膜組件的性能影響最大。因此本實(shí)驗(yàn)采用孔徑分別為0.20、0.26、0.37 μm的聚丙烯中空纖維膜，長度分別為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m的AGMD-HF膜組件，在原料液進(jìn)料溫度Tb,i為30℃和Td,i為95℃，流量為15 L·h?1時(shí)進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 組件長度和膜孔徑對通量的影響Fig.6 Effect of membrane module length and membrane pore size onJD

從圖6中可知，膜組件通量JD隨著膜長度的增大而減小，在組件長度大于0.8 m后，趨于平穩(wěn)。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，組件長度較小時(shí)，膜組件出口溫度Td,o降低速度較快，而在組件長度較大時(shí)，其降低速度較慢。從圖4和圖5中可知，在溫度較高時(shí)，總傳質(zhì)系數(shù)C和跨膜壓差Δp較大，通量JD較大，因此膜組件長度較小時(shí)溫度較高，通量JD較大，隨著膜組件長度的增大，溫度不斷降低，通量JD不斷減小。從圖7可以看出，通量JD隨著膜孔徑的增大而增大，在組件長度較小時(shí)，更加明顯。當(dāng)組件長度為1.0 m，膜孔徑從0.2.0增大到0.37 μm，其通量JD從5.5增大到6.9 kg·m?2·h?1，增大了25.5%。在實(shí)驗(yàn)中，透過液的電導(dǎo)率最大值為16.8 μS·cm?1，截留率可達(dá)99.9%。因此在操作壓力允許的范圍內(nèi)（小于液體進(jìn)入壓力），盡量增大膜孔徑能有效增大膜通量。

圖7 組件長度和膜孔徑對總透過液質(zhì)量的影響Fig.7 Effect of membrane module length and membrane pore size onmp

從圖8可知，造水比隨著膜組件長度的增大而增大，在式(5)中，造水比與膜組件上端溫差呈反比，與通量JD與進(jìn)料量F的比值呈正比。盡管當(dāng)膜組件長度增大時(shí)，通量減小，但是透過液的總質(zhì)量增大，較多的蒸汽在中空纖維換熱管外壁冷凝，換熱管中的料液獲得較多的能量，使得換熱管出口溫度升高，膜組件上端溫差減小，因此造水比增大。實(shí)驗(yàn)中同樣制作了長度為0.1和0.2 m的組件，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其造水比小于0.5，在工業(yè)中應(yīng)用價(jià)值不大。從圖9中可知，熱效率隨著膜組件長度的增大而減小，在AGMD-HF膜蒸餾脫鹽過程中，熱量從熱料液側(cè)傳遞到冷料液側(cè)，傳遞的總熱量包括水蒸氣潛熱和直接導(dǎo)熱量，當(dāng)組件長度較小時(shí)，通量較大，水蒸氣攜帶的潛熱量較大，而直接導(dǎo)熱量與溫差呈線性關(guān)系，所以在膜組件長度較小時(shí)，其熱效率較高，隨著組件長度的增大，通量減小，水蒸氣攜帶的潛熱量減小，而直接導(dǎo)熱量基本不變，因此熱效率減小。

圖8 組件長度和膜孔徑對造水比的影響Fig.8 Effect of membrane module length and membrane pore size onJD

圖9 組件長度和膜孔徑對熱效率的影響Fig.9 Effect of membrane module length and membrane pore size onη

4 結(jié) 論

本文基于聚丙烯中空纖維膜和聚丙烯中空纖維冷卻管的新型能量回收式膜組件(AGMD-HF)，通過中空纖維換熱管能有效回收透過膜的蒸汽潛熱，通過塑料格網(wǎng)可有效控制間隙，減少直接熱傳導(dǎo)傳遞的熱量，實(shí)驗(yàn)中熱效率可達(dá)80%以上，造水比最大可達(dá)5.7，通量最大可達(dá)13.8 kg·m?2·h?1，截留率為99.9%。與傳統(tǒng)膜蒸餾組件相比，熱效率、造水比和通量都有很大程度提高。

考察了膜組件長度和膜孔徑大小與總傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)總傳質(zhì)系數(shù)隨溫度的升高、膜孔徑的增大而增大，當(dāng)溫度為95℃，膜組件長度為0.1 m，流量為15 L·h?1時(shí)，計(jì)算得到總傳質(zhì)系數(shù)為13.4×10?8kg·m?2·Pa?1·s?1，因此在膜操作壓力允許的范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)增大膜孔徑，有利于提高膜蒸餾過程通量。

符 號 說 明

C——總傳質(zhì)系數(shù)，kg·m?2·Pa?1·s?1

cp——溶液的比定壓熱容，kJ·kg?1·℃?1

F——原料液流量，L·h?1

ΔHv——水的蒸發(fā)焓，kJ·kg?1

JD——膜蒸餾通量，kg

L——膜的有效長度，m

mb,i——膜組件冷進(jìn)料質(zhì)量流量，kg·h?1

md,i——膜組件熱進(jìn)料質(zhì)量流量，kg·h?1

mp——產(chǎn)水質(zhì)量，kg·h?1

p——壓力，Pa

s——膜組件面積，m2

T——溫度，℃

xw——溶液中水的摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

δm——膜厚度，m

ε——孔隙率

τ——曲折因子

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New air gap membrane distillation module for desalination

ZHANG Chunyao1,2, GENG Hongxin1,2,3,LANG Qingcheng3, LI Pingli1,2, WU Xiaoyan3
(1School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin300072,China;2Tainjin Key Laboratory of Membrane
Science and Desalination Technology,Tianjin300072,China;3Tianjin Recyclable Resources Institution,All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives,Tianjin300191,China)

A new air gap membrane distillation module based on hollow fiber with energy recovery was developed for desalination using 70 g·L?1NaCl solution as the feed. The effects of membrane module length and membrane pore size were investigated. For measuring directly the effects of operating conditions, membrane module properties, and temperature and concentration polarization on the mass transfer coefficient, the total mass transfer coefficient was introduced. The effects of membrane pore size, feeding temperature and feeding flow rate were studied. The results showed that the total mass transfer coefficient increased with the increase of membrane pore size and feeding temperature. The membrane flux and gained-out put ratio were increased effectively with increasing membrane pore size. Since increasing membrane module length would reduce the membrane flux while enhance the gained-out put ratio, the membrane flux and gained-out put ratio should be considered comprehensively for selection of the appropriate membrane module length in the application process.

air gap membrane module; membrane distillation; desalination; mass transfer

Prof. LI Pingli, tdlpl@163.com

10.11949/j.issn.0438-1157.20150105

TQ 028.8

：A

：0438—1157（2015）10—4000—07

2015-01-21收到初稿，2015-05-08收到修改稿。

聯(lián)系人：李憑力。

：張春堯（1989—），女，碩士研究生。

Received date: 2015-01-21.