膜结晶耦合过程实现富盐有机废水的高效处理和盐分同步精制

    随着我国经济和工业的不断发展，资源短缺和环境污染日益成为限制我国工业发展的重要问题。其中，工业废水如果不经过有效地处理而直接排放，不仅会造成严重的环境污染，也是对水体和高经济附加值产品的极大浪费。

化工学院贺高红教授领导的“新型高效分离过程”学术团队，依托精细化工国家重点实验室和辽宁省石化行业高效节能分离技术工程实验室，在前期膜蒸馏-结晶耦合过程（AIChE J. 2016, 62(3), 829）、膜界面结晶成核调控机制（Chem. Eng. Sci. 2015, 134, 671）的研究基础上，提出用膜蒸馏-结晶耦合过程工艺替代原有的精馏-蒸发结晶工艺，综合处理石油化工、精细化工、医药生产等领域广泛存在的富盐有机废水。

该耦合过程对于油田采出废水为代表的多元富盐有机废水体系，可同步实现废水中乙二醇溶剂回收、纯水分离、盐分精制。实验结果表明，膜结晶耦合过程溶剂回收率（>98.8%）、水分纯度（>99.5%）和盐晶体特性（C.V.=35）相比于原有的真空蒸发结晶都有显著优势；利用膜界面优异的传质速率调控机制，有效控制了多元溶剂浓缩过程中的结晶过饱和度，将废水中盐分由粗盐颗粒转化成高经济附加值的高端精细化产品，实现了盐分产品的高端化、精细化制备（图1）。

图1 膜结晶（MDC）和真空蒸发结晶（VEC）的盐分产品性质对比

研究团队通过综合考虑了温度极化和浓差极化现象影响，建立了三元复杂溶液体系膜结晶传质过程模型，获得了与实验值准确吻合的模拟结果，为该技术的工业设计及优化提供了有效途径（图2）。同时，不同溶液条件下膜界面结晶成核临界浓度研究结果表明（图3），多元溶液体系和膜材料界面性质对盐分结晶的耦合作用机制对整个过程的分离效率、产品性质有显著影响，将是下一阶段膜结晶耦合过程控制理论的一个重要研究内容。

图2 膜结晶耦合过程传质模型与实验结果对比

图3 不同溶液条件下结晶临界成核浓度的差异

该研究成果发表在化工领域顶级期刊AIChE J.上（AIChE J. 2017, 63(6), 2187），卢大鹏硕士生是论文第一作者，姜晓滨副教授为通讯作者。此外，该研究已获授权中国发明专利1项（ZL201510259292.5）。

该技术在分离废水中水分同时，将有机物进行同步浓缩回收，实现了工业废水的近零排放和盐分同步精制，为我国水资源短缺和环境污染问题提供了一项新的解决途径。此领域的研究工作得到了国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目（21527812, 21676043）、辽宁省高等学校创新团队和大连理工大学“星海优青”人才计划支持。