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反渗透技术广泛应用于海水淡化、污水深度处理、苦咸水脱盐等领域,然而,反渗透过程能耗较大,一直是制约其发展的重要瓶颈。本论文从改进系统运行模式的角度出发,基于模型分析和实验验证,分别比较了传统单级过滤模式、分级直接过滤模式(Multi-stage direct pass configuration,DP-RO)和闭路循环过滤模式(Closed circuit configuration,CC-RO)的能耗水平。提出了基于循环过滤的工艺单元优化运行模式,并用于沼液的反渗透浓缩减量,取得良好的实际应用效果。首先,研究以理想过滤过程为基础,从理论上对分级式过滤过程能耗削减效果进行了分析并利用4英寸卷式膜组件构建了反渗透系统进行了进水浓度为5000mg/L(NaCl)的中试规模过滤试验。单级直接过滤模式下吨水能耗为5.40MPa·m~3,2级和4级直接过滤模式下吨水能耗分别为3.87 MPa·m~3和2.90 MPa·m~3,而2级和4级循环过滤模式下吨水能耗分别为3.73 MPa·m~3和3.01 MPa·m~3。运行能耗随着分级级数的增加而减少。其次,本论文研究了不同运行模式对反渗透系统能耗削减的原理。结果表明,能耗的降低主要是由于构型能耗以及通量能耗的降低导致的。具体来说,4级直接过滤模式和4级循环过滤模式相对于单级直接过滤模式来说,总吨水能耗分别降低了2.50MPa·m~3和2.39MPa·m~3,其中构型能耗从0.26MPa·m~3降低至0.05MPa·m~3和0.06MPa·m~3;通量能耗从4.03MPa·m~3降低至1.30MPa·m~3和1.11MPa·m~3。当进水浓度提升为35000 mg/L,4级直接过滤模式和4级循环过滤模式相对于单级直接过滤模式来说,构型能耗从2.67MPa·m~3降低至0.41MPa·m~3和0.43MPa·m~3,在高浓度进水条件下因构型产生的能耗降低更加明显。分级过滤模式和循环过滤模式对于削减反渗透系统能耗具有显著优势。其中,循环过滤和分级过滤模式相比,无需额外添加设备。因此综合考虑能耗与投资成本的关系,分级式循环过滤模式能够在降低系统能耗的同时不显著增加投资成本,更具有实际应用价值。最后,基于碟管式反渗透膜系统(Disk-tube Reverse Osmosis,DTRO)进行中试实验,将循环过滤模式应用于实际沼液的减量化浓缩处理。结果表明DTRO浓缩沼液过程中,其透过液的COD和TP去除率能保持在99%以上,电导率、TN、氨氮的去除率也能达到接近95%。优化运行压力为5-6MPa,采用循环浓缩运行模式可以提升沼液浓缩倍数达到6-7倍,浓缩液的COD值达到56950mg/L,TN达到21640mg/L,TP达到789mg/L。循环过滤模式在耦合资源回收的同时,具有着显著的节能效益,在浓缩倍数为4倍的时候节省14%能耗。