膜蒸馏技术(membrane distillation，MD)是膜技术与传统蒸发技术相结合的新型膜技术，在海水淡化、工业循环冷却水和反渗透浓水及其它高盐度水的深度浓缩方面具有较好的应用潜力。但传统膜蒸馏过程疏水膜与被处理液体直接接触，导致疏水膜的选择范围窄、膜的亲水化渗漏以及膜蒸馏过程中的膜污染等问题。此外，膜蒸馏过程有相变发生，热量利用率仅为30％。如何减少热量损失，开发热能回收装置，是目前面临的重要课题。　　 本文利用空气在不同温度下的吸湿差异，设计了一种疏水膜与料液不直接接触的曝气膜蒸馏(aeration membrane distillation，AMD)方法。将课题组自主研发的高效疏水PVDF微孔膜做成海藻型膜组件，对某钢厂RO浓水进行曝气膜蒸馏法浓缩处理。实验研究了空气加湿距离、气液分离距离、膜组件面积、温度、曝气量、浓缩倍数等参数对AMD过程膜通量、产水及浓水水质、系统耗能的影响。结果表明，温度及曝气量对膜通量的影响较大，空气加湿距离对膜通量的影响不显著；气液分离距离对产水电导的影响较大，空气加湿距离、膜组件面积、温度、曝气量、浓缩倍数等对产水电导率的影响不显著。对RO浓水连续浓缩225h(22倍)，膜通量没有衰减，产水电导较低(σ<300μS/cm)，膜组件没有发生亲水化和膜污染问题。　　 本文利用热泵技术在余热回收和低位能源有效利用等方面的明显优势，用压缩式热泵回收减压膜蒸馏(vacuum membrane distillation，VMD)过程的相变热，研究VMD过程与热泵耦合技术。实验研究了膜组件面积、VMD系统进料流量、原料液加热循环流量及蒸汽冷凝循环流量等参数对膜通量、产水电导率、热泵制热量、热泵COP、PVDF中空纤维换热器换热性能等的影响。研究表明，热泵系统较好的回收了VMD过程的相变热，经压缩机提高其能量品位后，能将热量有效的传递给VMD系统的原料液，实现能量的循环利用，降低VMD过程能耗。实验得到了二者耦合工作的最佳工艺条件。在组件进膜温度为70℃，膜组件面积为0.1m2，VMD系统进料流量为1.5L/min，原料液加热循环流量为2.3L/min，蒸汽冷凝循环流量为2.0L/min，真空度为0.09MPa条件下，热泵COP为3.08，膜通量为17.8kg/(m2·h)，产水电导率小于10μS/cm。