原文发表在《高压电器》2025年第1期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2025.01.005
直流电晕放电协同膜蒸馏处理含盐废水的研究
杨国清1，2，单繁1，2，王德意1，2，张梦烨1，2，徐佳英1，2
(1. 西安理工大学电气工程学院，西安 710054；2. 西北旱区生态水利国家重点实验室， 西安 710054)
一 内容简介
膜蒸馏技术因能量需求与盐度无关，尤其适合处理高盐度水体，但低膜通量是限制其广泛应用的技术瓶颈。文中采用电晕放电协同膜蒸馏的手段，在不同电极结构、电压极性和放电强度下，研究了电晕放电对聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）疏水膜膜蒸馏过程的影响。实验发现：膜通量促进效果与电极结构有关，且存在极性效应。在单针和多针电晕放电下，PVDF膜通量可由0.108 g/（cm2·h）提高到0.146 g/（cm2·h），电晕停止后，膜通量恢复至初始水平。文中研究表明，将电晕放电和膜蒸馏相结合可以提高膜通量，并且电晕放电对PVDF疏水膜无破坏。在电晕辅助膜蒸馏过程中，薄膜上方荷电液滴的定向电泳对膜通量起一定程度的抑制作用，而离子风的形成及发展起促进作用。
二 主要内容
缓解淡水资源匮乏、控制燃煤电厂脱硫废水排放对社会可持续发展和环境治理有着重要意义。各类含盐含碱水淡化和污水处理技术是突破这一问题的有效手段。膜蒸馏技术是近年来发展的一种新型水淡化技术，与传统的蒸馏法、反渗透法相比较，膜蒸馏技术利用疏水膜两侧蒸汽压差使水蒸汽通过疏水膜，而其他非挥发性的离子和分子不能通过，对不挥发性组分有100%理论截留率，需求和盐碱度无关，有着广阔的应用前景，可用于海水及干旱地区盐碱水淡化以及处理燃煤电厂脱硫废水和工业废水。
但膜蒸馏技术未被广泛应用的主要原因为膜蒸馏过程中膜通量不能满足工业应用要求。因此，寻求膜通量的提升方法是该领域热点。
近年来，国内外学者对膜蒸馏过程进行深入分析，从不同角度探究提高膜通量的方法。一部分通过组件优化来提高膜通量，如将自加热焦耳加热器与膜蒸馏过程结合，在膜表面直接加热高盐水获得单程回收率高达100%。还有部分学者通过疏水膜表面改性来改善膜通量，如Seeger等人通过四氟化碳等离子改性制备出超疏水聚偏氟乙烯纳米纤维膜。张迅等人采用针和管结构的介质阻挡放电装置在大气压下成功制备出超疏水表面。除此以外，将膜蒸馏与其他场相结合来提高膜通量也是该领域研究热点之一。曹祖海等人研究发现，微波辅助膜蒸馏对膜通量具有强化效果，而且微波辐射作用对截留率没有明显影响。苗成朋等人发现在相同实验条件下，附加不对称静电场可以同时提高水通量和分离性能。司一然等人对微电场耦合作用下膜蒸馏过程进行研究，发现在负极化条件下有效抑制了膜污染。
以上提高膜通量研究方法中，组件优化操作复杂、成本相对较高，且提高膜通量仍局限于借助膜两侧的蒸汽压差来推动传质。研制新型疏水膜材料进入实用阶段还存在一定困难。静电场协同膜蒸馏可在压力梯度的作用下叠加电场来推动水分子传质，膜通量得到一定提高，但静电场促进膜通量的效果仍有待提升。
文中在已有高压静电场促进膜通量研究的基础上进一步研究了电晕放电对膜蒸馏过程膜通量的影响和作用机理。在传统膜蒸馏结构中附加电晕放电，构建了电晕协同膜蒸馏实验系统，对比研究了电极结构、外施直流电压极性和放电强度对膜通量的影响规律，分析讨论了电晕放电对膜蒸馏传质过程的影响及主导机理。
1 机理分析
2 实验设计
2.1 疏水膜的制备和测试
2.2 实验系统
3 验结果与讨论
3.1 疏水膜位于两电极下方对膜通量的影响
3.2 疏水膜位于两电极中间对膜通量的影响
3.3 疏水膜不同位置对膜通量的影响的比较
三 结论
文中对电晕放电协同PVDF膜蒸馏过程进行研究，分析了电极结构、外施直流电压极性及放电强度对膜通量的影响，得到主要结论如下：
1)将电晕场和膜蒸馏相结合可以提高PVDF膜蒸馏过程传质效率，不同电极结构、电压极性和放电强度下，膜通量可提高1.39%至35.38%，且电晕放电对PVDF薄膜无破坏作用。
2)膜通量促进效果与电极结构参数有关，并存在极性效应，总体呈现出弱放电时负极性强于正极性，强放电时正极性强于负极性的趋势。
3)在电晕助蒸过程中，荷电液滴的定向电泳起抑制作用，离子风的形成及发展起促进作用，并且正离子风风速整体强于负离子风。疏水膜位于两电极下方时可以产生比疏水膜位于两电极中间更加显著促进膜通量的效果。
作者简介
杨国清(1979—)，男，教授，主要从事气体放电、纳米绝缘材料、新能源发电技术方面的研究(E-mail：yanggq@xaut. edu. cn)。
单繁(1994—)，女，硕士，主要从事高电压技术研究和变电运维工作(E-mail：852654237@qq. com)。
王德意(1962—)，男，教授，主要从事气体放电、纳米绝缘材料、新能源发电技术方面的研究(E-mail：hxwdy@163. com)。
本文索引
杨国清，单繁，王德意，等. 直流电晕放电协同膜蒸馏处理含盐废水的研究[J]. 高压电器，2025, 61(1)：41-53.
YANG Guoqing，SHAN Fan，WANG Deyi，et al. Study on treatment of saline wastewater by DC corona discharge in cooperation with membrane distillation[J]. High Voltage Apparatus，2025, 61(1)：41-53.
《高压电器》，CN 61-1127/TM，ISSN 1001-1609，邮发代号：52-36，1958年创刊，月刊，国内外公开发行，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。陕西省科技期刊精品期刊。
《高压电器》入选的数据库有：中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心刊、RCCSE中国核心学术期刊、世界期刊影响力指数（WJCI）报告。另外，《高压电器》还被国际著名的Scopus数据库收录，同时被俄罗斯的《文摘杂志》（AJ，VINITI）、英国的《科学文摘》（SA）及日本科学技术振兴机构数据库（JST）等著名期刊检索机构列为来源期刊。
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