微多孔结构耦合效应下高氨氮废水回收热质传递机理及调控研究

国家自然科学基金（No. 52176060）

本课题组提出气隙扩散蒸馏（AGDD）实现溶液分离，其在脱盐领域已取得一定的研究成果，为该技术用于高氨氮废水的脱氨和资源回收提供了技术支持。本项目搭建氨氮废水回收实验台（图1），氨氮废水至上而下流经多孔介质蒸发器，在多孔介质两侧界面蒸发，由于蒸发器和冷凝器在气隙两侧温差效应引起的蒸汽分压力差的作用，水蒸气穿过气隙扩散到冷凝壁面形成冷凝液，冷凝热量传递给冷却水；同时氨气在浓度差的作用下从多孔介质蒸发器表面逸出，经气隙扩散到冷凝侧并被冷凝液吸收，最后吸收液收集到量筒中。本项目将AGDD与多孔结构吸收相结合，发展了气隙扩散多孔吸收（AGDPA）技术，其单元物理模型如图2所示。首先氨氮废水在多孔介质蒸发器顶部进入并向下降膜流动，由于气隙两侧存在的冷热温度差，氨氮废水在多孔介质蒸发器界面蒸发；然后产生的水蒸气和氨蒸气在蒸气分压差和浓差的驱动下进入气隙并扩散；最后被多孔结构吸收器内流动的吸收液吸收，吸收的热量被吸收液及冷流道内的冷却水带走，吸收后的水溶液被回收利用。为实现低品位热能的高效利用，在真空辅助下进行气隙扩散蒸馏（VAGDD）的降膜流动和热质传热机理的研究，阐明氨氮废水回收过程中热质传递的主动调控机制，采用亲水的微多孔结构材料作为蒸发器/吸收器，可以进一步提高气隙扩散蒸馏系统的脱氨效率和降低脱氨比能耗。本项目的研究成果在节能减排、绿色环保领域的应用具有重要意义。

图1

图2