Ключевые слова
Как цитировать
Аннотация
В работе исследована оптимизация производительности системы мембранной дистилляции с воздушным зазором (Air Gap Membrane Distillation, AGMD) с использованием ортогонального экспериментального плана Тагути. Рассмотрены четыре основных эксплуатационных параметра: температура питающей воды (T₁), температура охлаждающей воды (T₂), расход питающего потока (V₁) и расход охлаждающего потока (V₂). Эффективность процесса оценивалась по трём показателям: поток дистиллята, масса дистиллята и электрическая проводимость полученного продукта.
Материалы и методыЭксперименты выполнены на лабораторной установке AGMD в PURA-Lab (PSA, CIEMAT, Испания) с использованием плоской гидрофобной мембраны из PTFE с воздушным зазором 3 мм. Питающий и охлаждающий потоки циркулировали в противоточном режиме, а температура поддерживалась термостатическими ваннами (±0,5 °C). Оптимизация проводилась по ортогональному плану Тагути L8. Исследуемые диапазоны параметров составляли: T₁ = 70–80 °C, T₂ = 20–25 °C, V₁ = 100–150 л/ч и V₂ = 100–150 л/ч. Поток дистиллята, масса дистиллята и электрическая проводимость продукта были обработаны методами статистического анализа.
РезультатыЭкспериментальные исследования показали, что поток дистиллята изменялся в пределах 36,72–122,11 л/ч, масса дистиллята — 0,158–1,328 кг, а электрическая проводимость продукта — 1,23–3,69 μS/см. Анализ Тагути показал, что температура питающей воды (T₁) является наиболее значимым фактором, определяя 56,4 % изменчивости потока дистиллята и 69,8 % изменчивости массы дистиллята. Повышение T₁ с 70 °C до 80 °C привело к снижению потока и массы дистиллята более чем на 60 %. Оптимальные условия процесса были достигнуты при T₁ = 70 °C, T₂ = 20 °C, V₁ = 150 л/ч и V₂ = 100 л/ч, обеспечив максимальный поток дистиллята 118 л/ч при высокой чистоте продукта (1,3 μS/см).
ЗаключениеМетод ортогонального экспериментального планирования Тагути подтвердил высокую эффективность при оптимизации параметров работы системы AGMD. Температура питающей воды является основным фактором, определяющим производительность процесса. Оптимизация режимов работы позволяет существенно повысить выход дистиллята при сохранении высокого качества очищенной воды.
Библиографические ссылки
[6]. Camacho L., Dumée L., Zhang J., Li J.D., Duke M., Gomez J., Gray S. Advances in Membrane Distillation for Water Desalination and Purification Applications // Water. – 2013. – Vol. 5, No. 1. – P. 94–196. – DOI: 10.3390/w5010094.
[7]. Alkhudhiri A., Darwish N., Hilal N. Membrane distillation: A comprehensive review // Desalination. – 2012. – Vol. 287. – P. 2–18. – DOI: 10.1016/j.desal.2011.08.027.
[8]. Jing L., Sun J., Zhang Y., Chen J., Guo F. Experimental Investigation of Temperature Polarization near Membrane Surface During Air Gap Membrane Distillation Processes // Membranes. – 2025. – Vol. 15, No. 6. – Article 185. – DOI: 10.3390/membranes15060185.
[9]. Roy R.K. Design of Experiments Using the Taguchi Approach: 16 Steps to Product and Process Improvement. – New York: Wiley, 2001. – 538 p.
[10]. Khalifa A.E., Lawal D.U. Application of response surface and Taguchi optimization techniques to air gap membrane distillation for water desalination – A comparative study // Desalination and Water Treatment. – 2016. – Vol. 57, No. 59. – P. 28513–28530. – DOI: 10.1080/19443994.2016.1189850.
[11]. PURA-Lab – Automated Membrane Distillation Facility. Plataforma Solar de Almería [Electronic resource]. – Available: https://www.psa.es (accessed 14.11.2025).
[12]. El-Bourawi M.S., Ding Z., Ma R., Khayet M. A framework for better understanding membrane distillation separation process // Journal of Membrane Science. – 2006. – Vol. 285, No. 1–2. – P. 4–29. – DOI: 10.1016/j.memsci.2006.08.002.
[13]. Minitab Support. Response Table for Analyze Taguchi Design [Electronic resource]. – Available: https://support.minitab.com/en-us/minitab/help-and-how-to/statistical-modeling/doe/how-to/taguchi/analyze-taguchi-design/interpret-the-results/all-statistics-and-graphs/response-table/ (accessed 14.11.2025).
[14]. Khayet M. Membranes and theoretical modeling of membrane distillation: A review // Advances in Colloid and Interface Science. – 2011. – Vol. 164, No. 1–2. – P. 56–88. – DOI: 10.1016/j.cis.2010.09.005.
[15]. Gryta M. Long-term performance of membrane distillation process // Journal of Membrane Science. – 2005. – Vol. 265, No. 1–2. – P. 153–159. – DOI: 10.1016/j.memsci.2005.04.049.
[16]. Leman M. Central Asian and Northern Cyprus Water Desalination Experience // American
Journal of Water Science and Engineering. – 2024. – Vol. 10, No. 3. – P. 48–53. – DOI:
10.11648/j.ajwse.20241003.11.
[17]. Tiwari A., Rathod M.K., Kumar A. A comprehensive review of solar-driven desalination
systems and its advancements // Environment, Development and Sustainability. – 2023. – Vol.
25, No. 2. – P. 1052–1083. – DOI: 10.1007/s10668-021-02040-5.
[18]. Montgomery D.C. Design and Analysis of Experiments. – 8th ed. – Hoboken: John Wiley &
Sons, 2013. – 730 p.
[19]. Roy R.K. A Primer on the Taguchi Method. – Dearborn: Society of Manufacturing Engineers,
1990. – 247 p.
[20]. Shahu V.T., Thombre S.B. Air gap membrane distillation: A review // Journal of Renewable
and Sustainable Energy. – 2019. – Vol. 11, No. 4. – DOI: 10.1063/1.5063766.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Copyright (c) 2026 Axatov, J., Kuralov, M., Juraev, T., Halimov, A. (Muallif)