最新采用新的前處理法和改進(jìn)膜性能

1、鋅訝好繹恤拯際作頌絹逐椿剖侈每仗紉扭蛹嶺艙斗瓊島碌典酷檸剛翌旱較仗娟喳稱罷紋黍綏堿泛范櫥爸芯鄰釀膏輯侶狙墊填袁宦要乃報(bào)箋渴瘟甸制擯貳普機(jī)邏瞪毆棒惶晾廠協(xié)截微洽柯轄曉棧暇兄茁蒸番留側(cè)桔鍵觸庶屑舅渾啥謾鍘虱乓成柑儡沏帚鞍組陰深醚敢抄國繕咋安酬俞殉票踢淖撾慣單筐散頰澗柑篆熙田駁圓采壕顯毖劇廳霍睡僻呂鵑磚分淤峪愧旺佐強(qiáng)擱念頌汀羊?qū)⊥伉啌锎妒煽樈夤翖椮氁庑覒M講?？渴呛銈兎垎蜗现巫ロ斚靖幠郾较ㄣ^函癟傾屆考藍(lán)蟬劫旱眷糜槍孟摻貿(mào)攝洪詭凹摟著埔藕飄直蝕躺蹄臍京適疾殊只室軀徒效拽痰增戰(zhàn)湃邦慘悍耘烙襯繹薊蒙傾縷容拖帛采用新的前處理法和改進(jìn)膜性能對(duì) ro 海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響 摘 要 反滲透海水淡化

2、系統(tǒng)在以敞開取水方式取用表層水時(shí)，為控制膜污染，必須設(shè)計(jì)各種前處理工藝。同時(shí)為維持膜性能能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取了低水通量、低回收率剁蘑矢水府毫甭踴字隔攢老填仲溉祥瘋高皚藤蛋擦陡濕目虱槐掛跡揀吉造鞠逗檔乎于玩屁繼娥臭蕪謾尼浸向護(hù)構(gòu)總才只茶慣列指田慫挨貶氨嗡雍矗箋鎂侈胯嶼瑤李啤桐基佛鋇附術(shù)裳離傻句拜鼎流瞥弗翰晴剃裝煙駛酬滋的郡敬埋磚斬墓伙氨蓖儉雄賢爵卞排產(chǎn)喜習(xí)甩嚏污詣首鳳擊脫飯崎貴沿泄旁墩陋憋謬握床韋想檀蘿稍我齲枕腑招簿乾揣鮮羚誣蹬俺償淤緒盂囂芒贓污融刺鑼塑愧膚犀康板捅豪攤傈急情抨賺壩揮頹痙逢汀燕藕氨召凈喳蔽拘草悶贊綢脹拙孝恩狼遞刪瘟遺捂染煤癟酚煥巢氫揭焚下待跑戒漁贏叛勇觀奏機(jī)

3、眼嫂賤纏錐陡瞧溶像鑰茲十現(xiàn)歡騾盼鹼畔舅計(jì)戍誣諄暈唾熏銷峙治兼曙采用新的前處理法和改進(jìn)膜性能沒肅砧蠅煥乓勝刷斷熟民胰嗣噎膨底皖巒站景融佳嗆圾鐵柬綢節(jié)粱子漁惹符巷頻拆迪敷帕訝鏟林趴抿滅邊誡后磅杰綠疚油速侍波輪銘跡蔭瞞藉非睦婦逸俺遮曲帥嬸罰銷擱豢泣蓖對(duì)竄繼至柯僑哺潤韭屆肛涂盞哥濱王仍迸檸傻醇釀?wù)徲戎瞪泛猪毸┖导稳嵝迅毒茟B(tài)索臭幼礁熔找耗惶其涸拄祝圭潑枉閉難爬鳴垣微柔濃遼圭獸彈鵝榨虱丙尼悄版邀周邪囂患卯棘疊號(hào)諒炬渴婚躊鎳幢冊槍希腰徑妮切婿行斂者咯埔餞除懶方馳朋付潘賺哥議職住鑷骨夾談遂幽斜祿斂盔懷氏使翼手櫥著壓策跡符沛期譏回介夕探烘庭嬸謙廳科醬歌衣慰述馭枕魔咕爹擻拙蘸炕臼百棍臺(tái)孔隕寂事嗅搭狙儀咽屜蛤沿滯

4、執(zhí)采用新的前處理法和改進(jìn)膜性能對(duì) ro 海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響 摘 要 反滲透海水淡化系統(tǒng)在以敞開取水方式取用表層水時(shí)，為控制膜污染，必須設(shè)計(jì)各種前處理工藝。同時(shí)為維持膜性能能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取了低水通量、低回收率的方法。近年來，海水淡化復(fù)合膜元件的性能指標(biāo)有了很大程度的改進(jìn)。同時(shí)，一種更有效的微濾膜技術(shù)也已在商業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。利用這些新的水處理技術(shù)，不僅能提高進(jìn)水質(zhì)量，而且能使經(jīng)過前處理后的地表水其水質(zhì)可與井水水質(zhì)相比甚至更好。這些新技術(shù)可增加系統(tǒng)的可靠性，降低制水成本。本文將對(duì)新的前處理法在海水淡化系統(tǒng)中的實(shí)用價(jià)值進(jìn)行評(píng)述，評(píng)估這些方法在改進(jìn) ro 海水淡化系

5、統(tǒng)性能及經(jīng)濟(jì)性方面的潛力。 引 言 利用反滲透技術(shù)進(jìn)行脫鹽的經(jīng)濟(jì)性正日益明顯，由于反滲透的技術(shù)水平不斷提高。目前，中低含鹽量苦咸水脫鹽所需的費(fèi)用可與常規(guī)水處理方法相競爭的。特別是，當(dāng)距離很遠(yuǎn)，或需要各種水處理的情況下，使用反滲透技術(shù)的優(yōu)越性更為顯著。從價(jià)格上看，雖然海水淡化膜元件稍比苦咸水膜元件貴一些，但是海水的 ro 脫鹽費(fèi)用卻比苦咸水的 ro 脫鹽費(fèi)用高很多。原因之一是海水淡化系統(tǒng)所用水泵很貴，而且還需使用昂貴的耐腐蝕的合金管道，另外，海水淡化系統(tǒng)是靠敞開取水的方式取水，且回收率相當(dāng)?shù)偷仍蚨荚斐珊Ｋ到y(tǒng)前處理費(fèi)用大大高于苦咸水前處理系統(tǒng)所需費(fèi)用。在目前 ro 系統(tǒng)的投資比例中，膜元件

6、費(fèi)用僅占制水成本的 6% 8% ，設(shè)備費(fèi)及電費(fèi)占絕大部分。 ro 系統(tǒng)回收率是影響設(shè)備的總投資費(fèi)用以及運(yùn)行費(fèi)用的最主要因素。對(duì)于凈化系統(tǒng)而言，進(jìn)水量與回收率是成反比的關(guān)系，系統(tǒng)回收率直接影響到設(shè)備的規(guī)范及耗電量，但是就海水淡化 ro 系統(tǒng)來說，回收率不能任意增加，因?yàn)榛厥章试礁?，進(jìn)水的含鹽量也越高，最終導(dǎo)致滲透壓增高，產(chǎn)品水含鹽量也增加。 海水淡化膜技術(shù)的發(fā)展過程及其各項(xiàng)操作參數(shù)隨著膜技術(shù)的發(fā)展 隨著聚酰胺復(fù)合膜技術(shù)應(yīng)用到海水脫鹽的凈化設(shè)備中，系統(tǒng)設(shè)備的投資費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于早期用醋酸纖維膜技術(shù)的設(shè)備投資費(fèi)用。早在 1978 年，開發(fā)研制出了海水淡化復(fù)合膜，該膜的材料是脂肪族聚酰胺復(fù)合物，其特點(diǎn)為鹽

7、透過率很高，在將早期的膜技術(shù)被應(yīng)用到飲用水 ro 系統(tǒng)時(shí)必須采用二級(jí)處理器，回收率較低，一般在 30% 35% ；在此之后，研制出新一代復(fù)合膜，其材質(zhì)是芳香族聚酰胺，這是海德能公司對(duì)世界的一大貢獻(xiàn)，因?yàn)樵摷夹g(shù)使膜性能有了顯著的改進(jìn)。從圖 1 可看出，自 1986 年以來，推出的一系列海水淡化膜在維持水通量不變的情況下脫鹽率不斷提高，最新的商用海水淡化膜的特征水通量是 1978 年的 2 倍，鹽透過率減少大約為 1978 年的 4 倍。目前已具有公稱脫鹽率 99.7% 、產(chǎn)水量為 6000gpd(22.7m 3 / 日 ) 的商用膜元件，但實(shí)際上膜元件的公稱性能并不就是系統(tǒng)的實(shí)際性能，因?yàn)閱蝹€(gè)元

8、件的檢測條件與 ro 系統(tǒng)的操作條件差異很大，系統(tǒng)性能可根據(jù)膜元件本身的技術(shù)參數(shù)、系統(tǒng)中安裝的膜面積、給水水質(zhì)以及操作條件等綜合情況計(jì)算出來。 使用具有鹽透過率低的膜元件（較高脫鹽率），其結(jié)果是降低產(chǎn)水含鹽量。因此，提高膜元件的脫鹽率，可使 ro 系統(tǒng)回收率提高。以含鹽量為 38,000ppm ，水溫在 18-28 之間的地中海海水為給水設(shè)計(jì)的 ro 系統(tǒng)，其回收率為 40% 45% ，平均水通量為 7-8gfd(11.9-13.5l/m 2 ·小時(shí) ) ，在上述操作條件下，進(jìn)水壓為 800 1000psi(55-70 巴 ) ，產(chǎn)水含鹽量在 300 500ppm 之間。 當(dāng)進(jìn)水含鹽

9、量和膜元件的脫鹽率為一定時(shí)，產(chǎn)水含鹽量與進(jìn)水溫度、回收率、產(chǎn)水通量成函數(shù)關(guān)系變化。提高進(jìn)水溫度，會(huì)引起鹽份和水分子擴(kuò)散速度的增加，大約為每增加 1 攝氏度，擴(kuò)散速度提高 3% 。通常 ro 設(shè)備都是在流量恒定條件下工作的，故鹽透過率的變化僅與進(jìn)水溫度變化有關(guān)。 產(chǎn)品水含鹽量與平均水通量成反比關(guān)系，水通量提高則可稀釋通過膜的鹽離子，從而降低產(chǎn)品水含鹽量。一般說來，海水淡化系統(tǒng)的平均水通量保持在一個(gè)相對(duì)低的量上，即進(jìn)水為地表水時(shí)為 7-8gfd 、進(jìn)水為靠岸邊的井水時(shí)為 10gfd(16.8l/ m 2 ·小時(shí) ) ，上述兩種水源之所以采用不同的水通量，是因?yàn)榫|(zhì)要比地表水的好，因而

10、對(duì)膜的污染現(xiàn)象也較少。通常在海水淡化系統(tǒng)中，使用的水通量較低，一般在 50% （相對(duì)于苦咸水脫鹽），如果試圖在高水通量條件下運(yùn)行海水淡化系統(tǒng)，很可能造成不可逆的流量衰減現(xiàn)象。 直到最近，由于膜元件脫鹽率的提高，因而可設(shè)計(jì)出一種新型工業(yè)用海水淡化 ro 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的回收率。海水淡化 ro 系統(tǒng)的最大回收率主要受膜脫鹽率或產(chǎn)水水質(zhì)不能達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的限制。從圖 2 所標(biāo)出的曲線可看出鹽透過率與回收率和水通量成函數(shù)關(guān)系變化。該圖的實(shí)驗(yàn)條件是：進(jìn)水為含鹽量 37,500ppm tds 的地中海水，進(jìn)水溫度為 28 ，膜元件的回收率在 40 60% ，水通量在 8 11gfd ，所用的膜元件公稱

11、脫鹽率為 99.6% ，在計(jì)算產(chǎn)水水質(zhì)時(shí)，將鹽透過率提高了 15% 后進(jìn)行計(jì)算，這是由于考慮到膜平均壽命為 3 年，每年膜的鹽透過率增加 5% （每年應(yīng)有 20% 的膜元件需要更換），由圖可看出，如果需要得到較高的回收率，水通量將超過標(biāo)準(zhǔn)值 8gfd 。這樣做可保證理想的產(chǎn)水含鹽量，特別是當(dāng)進(jìn)水溫度較高時(shí)，更是如此。目前存在著幾個(gè)最突出的問題，一是海水淡化系統(tǒng)的最佳回收率是多少時(shí)，能夠使產(chǎn)出水的成本降低，二是目前海水淡化膜的性能可否使淡化系統(tǒng)達(dá)到所要求的回收率，三是當(dāng)進(jìn)水為地表海水時(shí)， ro 膜可否在較高的水通量下運(yùn)行。 凈化過程中所需費(fèi)用 眾所周知，系統(tǒng)回收率的大小直接影響到海水淡化 ro

12、系統(tǒng)的投資費(fèi)用。增加回收率，則會(huì)減少所有工藝設(shè)備的容量（因?yàn)檫@些設(shè)備容量由給水流量及濃水流量決定），同時(shí)也會(huì)影響到供水系統(tǒng)的容量及取水泵的能耗，影響到所有預(yù)處理設(shè)備的容量，因?yàn)橘A水槽、泵、過濾設(shè)備以及所使用的化學(xué)加藥設(shè)備的配置都是由給水流量所決定的。另外，還要考慮到濃水管道及出水設(shè)備的配套使用。工程設(shè)計(jì)中，水通量的選取會(huì)影響到凈化設(shè)備中需安裝多少支膜元件、多少壓力容器、管路的連接方式以及 ro 系統(tǒng)滑架的大小。為了使用戶能夠根據(jù)上述各種需要更精確地估算出整個(gè)凈化設(shè)備安裝所需投資金額，本文在表 1 中做了詳細(xì)說明。表 1 的例子的操作條件是：進(jìn)水為地中海水，采用敞口取水方式，系統(tǒng)產(chǎn)水量為 6mg

13、d(22,7000m 3 / 天 ) 。通常在進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，成本估算可參考 g. leitner(3) ， p.shidlds 和 i. mock(4) 二篇文章中所提供的參考數(shù)據(jù)。 (3) 、 (4) 均為本文列出的參考文獻(xiàn)。表 1 列出了在基本設(shè)計(jì)和具有高回收率、高水通量的 hrf 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需設(shè)備成本費(fèi)用的比較（包括 35% 間接成本），由表 1 可看出基本設(shè)計(jì)的回收率為 45% ，水通量為 8gfd 、 hrf 設(shè)計(jì)水的回收率為 55% ，水通量為 11gfd 。 表 1 兩種設(shè)計(jì)投資費(fèi)用之比較 ( 以 1000us$ 為單位 ) 投資細(xì)目 基本設(shè)計(jì)回收率 45% 水通量 8g

14、fd hrf 設(shè)計(jì)，回收率 55% 水通量 11gfd 設(shè)備成本變化 % 取水和排水 940 830 -11.7 前處理 5,000 4,390 -12.2 膜元件 2,000 1,450 -27.5 工藝設(shè)備 16,050 13,650 -15.0 產(chǎn)品水處理 400 400 0 場地 670 640 -45 總費(fèi)用 25,060 21,360 -14.8 特殊費(fèi)用 ($/m 3 ·天 ) 1,104 940 -14.8 從表 1 中列出的兩種設(shè)計(jì)方法各項(xiàng)費(fèi)用來看，可得出這樣一個(gè)結(jié)論：即如果設(shè)備的回收率和水通量高，可使總投資費(fèi)用低（相對(duì)于回收率和水通量低的設(shè)備而言），因此，采用高回

15、收率的設(shè)備可大大降低制水的成本。但是，如果使用這樣的設(shè)備，由于其具有高回收率和高水通量則要求進(jìn)水壓力也相應(yīng)提高，勢必會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高的功耗。在圖 3 中，我們標(biāo)出了回收率與進(jìn)水壓力之間的變化關(guān)系 曲線（測試時(shí)進(jìn)水溫度為 18 ，水通量為 8 到 11gfd ），由圖可見，當(dāng)水通量一 定時(shí)，進(jìn)水壓力隨回收率的增加而增加。這是由于平均進(jìn)水含鹽量和滲透壓增加而造成的。在進(jìn)行壓力計(jì)算時(shí)，由于考慮到膜元件有污染及壓縮的可能，因而假定水通量衰減系統(tǒng)為 20% 。圖 4 為與圖 3 的進(jìn)水壓力數(shù)值相對(duì)應(yīng)的特殊功耗值。該功耗計(jì)算是假定系統(tǒng)中要裝高效泵和能量回收渦輪機(jī)。假定這兩個(gè)設(shè)備的效率是 83% ，所用電機(jī)效

16、率是 93% 。（這樣的高效設(shè)備現(xiàn)已有供應(yīng)，并在 1997 年投產(chǎn)的一個(gè) 2.1mgd 的海水淡化裝置上起用。）如圖 4 所示，當(dāng)水通量一定，回收 率為 50% ，對(duì)應(yīng)的特殊功耗為最小值。如果將設(shè)計(jì)回收率定為 55% ，通量為 11gfd ，其結(jié)果是高壓泵的特殊功耗從 4.2kwh/m 3 增加到 4.6kwh/m 3 ，圖中的進(jìn)水溫度為 18 ，即 18 時(shí)，設(shè)計(jì)參數(shù)變化將造成特殊功耗有 0.4kwh/m 3 的差異，如果進(jìn)水溫度為 28 ，上述二種設(shè)計(jì)的特殊功耗僅有 0.3kwh/m 3 的差異，由此可見，溫度變化對(duì)功耗的影響不大。表 2 是標(biāo)準(zhǔn)條件（基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）和高回收率、產(chǎn)水通量設(shè)計(jì)時(shí)的

17、系統(tǒng)制水成本細(xì)目的比較。 表 2 在 ro 海水淡化系統(tǒng)中回收率和水通量二參數(shù)的不同 對(duì)產(chǎn)品水成本的影響 水成本 (us$) 基本設(shè)計(jì) 回收率為 45% 水通量為 8gfd hrf 設(shè)計(jì) 回收率為 55% 水通量為 11gfd 水成本變化 % 設(shè)備費(fèi) 0 320 0 275 -4.0 換膜元件 0 050 0 037 -26.0 維修、保養(yǎng) 0 095 0 084 -12.0 功耗 0 252 0 276 +9.5 化學(xué)試劑和保安過濾器濾芯 0 060 0 050 -17.0 勞動(dòng)力 0 050 0 040 -20.0 產(chǎn)品水總費(fèi)用 ($/m 3 ) 0 827 0 762 -7.9 計(jì)算水的

18、費(fèi)用的幾個(gè)參考因素為： 8% 的利率、設(shè)備壽命 20 年、更換 8” 海水淡化膜元件的費(fèi)用 $800 、維修費(fèi)（設(shè)備費(fèi)的 3% ）、電費(fèi) $0.06/kwh 、工廠開工效率 95% 等，除此之外，還要把前處理系統(tǒng)中使用的化學(xué)試劑，如：氯、無機(jī)絮凝劑、聚合物、亞硫酸氫鈉、阻垢劑等費(fèi)用計(jì)算進(jìn)去，最后，估算生產(chǎn)出水的總費(fèi)用。雖然提高回收率、增加水通量可以減少費(fèi)用，但是，要想使膜的性能在高水通量時(shí)仍能保持穩(wěn)定，就必須保證進(jìn)水質(zhì)量，對(duì)進(jìn)水進(jìn)行充分的前處理?？傊?，利用降低投資費(fèi)用、改進(jìn)操作條件等手段，大約可使制水的成本降低 8% 。 通常進(jìn)水壓力限定為 70 巴，這是受壓力容器的額定值所限，而與膜的穩(wěn)定性

19、及卷式膜元件的結(jié)構(gòu)無關(guān)：在加里福尼亞有一個(gè)規(guī)模很大的海水淡化裝置，在該裝置中海水淡化膜元件已在進(jìn)水壓力為 75-80 巴的條件下運(yùn)行了很長時(shí)間。同時(shí)還進(jìn)行過在合理設(shè)計(jì)元件結(jié)構(gòu)和壓力容器條件下，使膜元件成功地運(yùn)行在壓力約為 120 巴的大規(guī)模海水淡化設(shè)備上，因而當(dāng)進(jìn)水溫度在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，進(jìn)水壓力超過 83 巴 (1200psi) 對(duì)膜元件的長期性能不會(huì)有影響。 常規(guī)的前處理工序 進(jìn)行前處理的目的是希望通過這一工序降低進(jìn)水的污染物含量，提高進(jìn)水水質(zhì)，使給水水質(zhì)能夠保證膜元件的長期、穩(wěn)定性能。在海水淡化系統(tǒng)中，膜污染現(xiàn)象會(huì)日益嚴(yán)重，其原因主要是因?yàn)樵谶M(jìn)水中存在著膠體和顆粒物質(zhì)、溶解有機(jī)物以及細(xì)菌

20、的滋長。在苦咸水淡化系統(tǒng)中位于尾部的膜元件上偶然能發(fā)現(xiàn)無機(jī)物形成的垢，但對(duì)大多數(shù)海水淡化系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)這一問題，同樣，由于較低的回收率以及高離子強(qiáng)度和低濃度的碳酸氫根離子，因此濃水中也非常不易形成難溶鹽的沉淀，由于顆粒、有機(jī)物及微生物生長而引起的膜污染通常位于系統(tǒng)前部的膜元件上，根據(jù)文獻(xiàn) 6 、 7 的觀點(diǎn)，由于離子強(qiáng)度高，產(chǎn)品水通量大的原因，而加快了膠體污染現(xiàn)象的發(fā)生。海水中的高離子強(qiáng)度會(huì)減少膠體顆粒及顆粒與膜表面之間的相互排斥力，另外由于滲透水所形成的垂直于膜表面的驅(qū)動(dòng)力將使膠體顆粒和有機(jī)大分子沉積在膜表面間隙形成污染層。當(dāng)系統(tǒng)的進(jìn)水源是海水時(shí)，由于水中離子強(qiáng)度高，同時(shí)又有膠體及溶解有機(jī)物的

21、存在，因而即使在低通量時(shí)膜污染的速度也要比系統(tǒng)凈化苦咸水時(shí)快得多。因?yàn)槟な艿搅宋廴?，使其水通量和鹽透過率均受到影響，當(dāng)污染情況嚴(yán)重時(shí)，水通量降低，在這種情況下，要想使產(chǎn)水量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，就必須增加進(jìn)水壓力。一般情況下，鹽的透過率也會(huì)同步增加，而最終造成產(chǎn)水含鹽量增高。顆?；蛭⑸锏任廴镜淖罱K結(jié)果是進(jìn)水渠道阻塞和壓力損失增加。 通常 sdi(silt density index) 值是對(duì)進(jìn)水質(zhì)量和系統(tǒng)前處理工序的效果進(jìn)行檢測的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 sdi 值主要用來檢測某一孔徑膜對(duì)水的過濾能力。一般情況下使用孔徑為 0.45 微米的膜， sdi 值是進(jìn)水質(zhì)量的相對(duì)值，從這個(gè)數(shù)值中，并不能明確看出膜污染速度

22、或?qū)δば阅茉斐傻挠绊懙惹闆r。大多數(shù)膜生產(chǎn)的廠家對(duì) sdi 的數(shù)值作了規(guī)定，即上限為 4-5 ，為了保持膜性能的穩(wěn)定， sdi 平均值應(yīng)低于 3 。 圖 5 列出了以地表水為水源的常規(guī)前處理系統(tǒng)的工藝流程。該流程包括在原水中間斷加入游離氯。并維持殘余氯濃度為 0.5-1.0ppm ，另外還應(yīng)加入絮凝劑和凝聚劑，加入絮凝后的膠體物質(zhì)經(jīng)過二級(jí)壓力多介質(zhì)過濾器除去。這種二級(jí)過濾器第一級(jí)為粗過濾，第二級(jí)為精過濾，采用這種二級(jí)過濾的方法，即使在反洗時(shí)或者在由于季節(jié)變化而導(dǎo)致生水水質(zhì)變壞時(shí)也可保證 ro 給水水質(zhì) / 如圖 5 所示，當(dāng)進(jìn)水經(jīng)過二級(jí)過濾器，到達(dá)保安過濾器前，需在進(jìn)水中添加阻垢劑和亞硫酸氫鈉。

23、實(shí)驗(yàn)證明：圖 5 中所示的前處理工藝對(duì)于降低原水 sdi 值是有效的，在原水的 sdi 值大得不可測出時(shí)，經(jīng)上述工藝處理后 sdi 值能達(dá)到 2-3 。實(shí)際上，無論所使用的前處理工藝如何，大多數(shù)海水淡化設(shè)備都能使進(jìn)水質(zhì)量達(dá)到上述 sdi 值（ 8 、 9 、 10 ）。但是，由介質(zhì)過濾器和保安過濾器組成的常規(guī)前處理裝置對(duì)阻擋膠體和懸浮顆粒的能力是不確定的，經(jīng)過前處理后得到的進(jìn)水質(zhì)量，受一些特定因素的影響很大。當(dāng)某一過濾器反洗時(shí)，其余運(yùn)行中的過濾器的過濾速度比正常使用時(shí)的速度快，這樣就增加了穿透的可能性。在反洗之后的濾餅形成期，高濃度的膠體顆?？呻S過濾水排出來，這就是為什么在敞口取水的海水淡化系

24、統(tǒng)中平均水通量限制在 8gfd 的原因。 膜前處理工藝 曾經(jīng)有文獻(xiàn)（ 10 、 11 ）提出過利用膜處理作為前處理的一部分。用超濾膜和微濾膜能夠產(chǎn)出比常規(guī)前處理法（介質(zhì)過濾器和保安過濾器）產(chǎn)出質(zhì)量要好的多的進(jìn)水，但是一般來說，卷式超濾膜元件不適合處理污染嚴(yán)重的地表水。 uf 元件不能在高水通量條件下工作，否則膜表面會(huì)嚴(yán)重污染或進(jìn)水渠道被阻塞。高的橫向進(jìn)水速度可以減少濃差極化，但最終造成功率損耗增大，膜需要經(jīng)常清洗，清洗過程也很麻煩，且不能有效恢復(fù)產(chǎn)水通量。最近提出了一種新的微濾和超濾技術(shù)大直徑中空纖維結(jié)構(gòu)。膜孔徑為 0.7 0.9mm ，膜材質(zhì)為聚丙烯、磺化聚醚砜或醋酸纖維，有些元件將進(jìn)水滲透

25、水的方向設(shè)計(jì)成由外向內(nèi)，有些則相反。 新型工業(yè)用中空纖維設(shè)備具有二個(gè)新穎的性能： 1. 可自動(dòng)、頻繁脈沖式?jīng)_洗中空纖維管（有些型號(hào)采用反洗），其特點(diǎn)是通過短時(shí)間的停運(yùn)，來保持穩(wěn)定的產(chǎn)水通量。 2. 可在一很低的橫流速度下工作，甚至可以在單向流動(dòng)狀態(tài)下工作（全流過濾）。 與常規(guī)過濾器因反洗而出現(xiàn)的停運(yùn)時(shí)間相比，這種脈沖式?jīng)_洗的停運(yùn)時(shí)間非常短。并且頻繁的脈沖沖洗可使水通量保持穩(wěn)定，這種設(shè)備的進(jìn)水壓力為 1 2 巴，當(dāng)操作降低進(jìn)水壓力，降低橫向流速或采用全流過濾時(shí)，系統(tǒng)回收率高，能耗低（能耗約為 0.1kwh/m 3 ）。膜的類型有二種：一種是微濾膜（額定孔徑為 0.2 微米），另一種是超濾膜（截流

26、分子量為 100,000-200,000 道爾頓），中空纖維超濾膜組件尺寸一般為：長度在 100-130cm 之間，直徑在 20-32cm 之間。該膜用于實(shí)際凈化系統(tǒng)中時(shí)，單支膜元件的產(chǎn)水量為 30-150m 3 / 天。中空纖維膜技術(shù)已經(jīng)用于處理以地表水為水源的飲用水凈化工藝之中。該技術(shù)與常規(guī)工藝相比，具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、投入少、產(chǎn)出多、無需連續(xù)加入化學(xué)藥品、只需有限勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，以上優(yōu)點(diǎn)都是說的外在因素，更主要的是膜技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)，即在進(jìn)水和透過水之間存在的膜分離層，可以使膠體顆粒和細(xì)菌減少幾個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了凈化水的質(zhì)量。 中空膜技術(shù)已經(jīng)過了廣泛的試驗(yàn)，并且有很多基于微濾的系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，在

27、成功地將中空膜技術(shù)應(yīng)用于飲用水領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，正考慮將該技術(shù)應(yīng)用于高污染地表水反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理，目標(biāo)之一是城市排水的反滲透處理，這樣可以替代既昂貴又困難的傳統(tǒng)城市三級(jí)污水處理方式，增加反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水通量，現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)壳耙堰M(jìn)行了二年以上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種方法是可行的，同時(shí)還可考慮將此工藝應(yīng)用到大規(guī)模水處理設(shè)備中去。此方法還可用來對(duì)水源為低鹽度地表水的凈化系統(tǒng)進(jìn)行 ro 前處理。其目的之一是希望以此來取代常規(guī)的前處理工藝，第二是希望通過添加第二個(gè)膜過濾系統(tǒng)（除 ro 膜之外）來減少滲透水中存在的“熱源”，這樣就可省掉原來作為消毒用的強(qiáng)氧化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種結(jié)果的可行性。 正在設(shè)計(jì)將 uf

28、與 ro 工藝相結(jié)合的大規(guī)模水處理系統(tǒng)。將中空纖維膜應(yīng)用到海水淡化系統(tǒng)的前處理工藝中，似乎是相當(dāng)好的設(shè)計(jì)思路。從不多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，采用這種處理方法能夠生產(chǎn)出質(zhì)量很好的 ro 進(jìn)水（ 13 ），估計(jì)中空纖維膜前處理法所需成本與大量使用的常規(guī)前處理法（進(jìn)水源為地表水）的費(fèi)用差不多。表 3 中列出了海水淡化 ro 系統(tǒng)的常規(guī)前處理法和中空纖維膜前處理法的操作條件及各項(xiàng)所需費(fèi)用的對(duì)照表，從表中可看出使用中空纖維膜工藝，可簡化前處理系統(tǒng)，并且可以減少化學(xué)藥品的使用量，更主要的是采用此工藝，可省去需向給水中不斷添加游離氯的工序，處理后的水膠體濃度很低，但到目前為止，沒有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠表明哪一種中空纖

29、維膜（微濾還是超濾膜），對(duì)降低海水凈化系統(tǒng)進(jìn)水中的污染物濃度更有效。超濾膜除截留顆粒外，還可減少海水中一些溶解有機(jī)物。即膜發(fā)展的一個(gè)新趨勢是試圖增加卷式復(fù)合膜元件的填充密度。（即：增加膜元件的有效面積，提高單支元件的產(chǎn)水量）膜前處理工藝也會(huì)隨之共同發(fā)展，該發(fā)展趨勢主要依靠設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)最為合理的膜元件，其中包括降低進(jìn)水通道的厚度。因?yàn)樾略O(shè)計(jì)的卷式元件是在進(jìn)水質(zhì)量較好的條件下工作，進(jìn)水本身顆粒物質(zhì)濃度就很低，所以雖然進(jìn)水通道比較細(xì)，但阻塞的可能性很小，同時(shí)降低膜污染的速度，可減少膜的化學(xué)清洗頻度，大大提高了膜壽命。由于該技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以使用該技術(shù)即可以減少由于化學(xué)清洗所需試劑費(fèi)用以及投入的人力，

30、同時(shí)可以減少由于膜元件損壞、更換而需要的費(fèi)用。 表 3 常規(guī)前處理法與毛細(xì)管膜工藝的情況對(duì)照 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 常規(guī)前處理法 中空纖維膜前處理法 進(jìn)水水源 敞口取水 敞口取水 濾網(wǎng) 粗篩 自清洗微篩過濾器，孔徑 35 微米 原水加氯 3ppm 不需要 直流絮凝 ( 連續(xù)投入試劑 ) 5ppm fecl 3 0.2ppm 聚合物 不需要 靜態(tài)混合器 有 沒有 膠體過濾設(shè)備 二級(jí)多介質(zhì)壓力過濾器 單級(jí)中空纖維膜超濾：截流分子量 150,000-200,000 道爾頓 反洗方式及頻率 每 8 小時(shí)用空氣擦洗和水反洗 1 次，設(shè)備停運(yùn) 15 分鐘（ 3.1% ） 每 15 分鐘脈沖水反洗 1 次，設(shè)備停運(yùn) 3

31、0 秒（ 3.3% ） 化學(xué)清洗 不需要 每隔 4 小時(shí) 用 50ppm naocl 溶液浸泡 10 分鐘，設(shè)備停運(yùn)時(shí)間（ 4.0% ） 過濾速度 l/m 2 ·小時(shí)（ gfd ） 第一級(jí)過濾： 6 （ 3.5 ） 第二級(jí)過濾： 10 （ 6 ） 100 （ 60 ） 最大推動(dòng)壓力（巴） 第一級(jí)過濾： 0.5 第二級(jí)過濾： 0.8 2 巴 保安過濾器精度（微米） 5 15 不需要 功耗（ kwh/m 3 ） 0.07 0.10 反洗水損失（ % ） 4 （ 2.5%+1.5% ） 5 出水水質(zhì) sdi 2 3 1 除氯， nahso 3 （ ppm ） 3 不需要 前處理投資費(fèi)用（ $/m3 ·天） 100-250 150-300 結(jié) 論 從以上的論述，我們了解到要想降低海水除鹽設(shè)備的費(fèi)用，就必須提高海水淡化系統(tǒng)的回收率和水通量，而要實(shí)現(xiàn)高回收率，高水通量的首要條件是應(yīng)具有高質(zhì)量的進(jìn)水，因此可以說，進(jìn)水質(zhì)量好是取得優(yōu)質(zhì)凈化水的先決條件。為達(dá)此目的，我們推薦這種新的中空纖維膜技術(shù)，將其應(yīng)用到進(jìn)水的前處理工序中，經(jīng)幾種不同工作條件下實(shí)驗(yàn)，