國產(chǎn)超濾膜在海水淡化預處理中的應用分析

國產(chǎn)超濾膜在海水淡化預處理中的應用分析涂德貴

(福建省環(huán)境保護設計院有限公司，福建福州350002)

海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水，是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，改善水資源匱乏問題的有效措施，在世界范圍內(nèi)所起到的積極作用愈加突出，其工程規(guī)模也在持續(xù)擴大?，F(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應用反滲透膜的反滲透法以其設備簡單、易于維護、節(jié)能和設備模塊化的優(yōu)點迅速占領市場，逐步取代其他方法成為最廣泛的方法。在反滲透海水淡化處理工程中，預處理工藝作為一項重要的工藝環(huán)節(jié)，設備總投資中占比超過40%以上，主要包括混凝、沉淀、過濾等一系列工藝過程，流程繁瑣復雜，難以滿足小型反滲透海水淡化處理工程的需要。近年來超濾技術的出現(xiàn)，以效率高、操作便捷、工藝簡單，且出水水質(zhì)良好等突出優(yōu)勢，逐漸成為反滲透海水淡化預處理過程的主流工藝。

通常采用超濾預處理系統(tǒng)，其出水SDI一般小于2，相較于傳統(tǒng)預處理方法出水SDI值更低、更穩(wěn)定，具備高截留率和高通量，有效提升海水淡化處理效率的同時，能夠?qū)⑦\營成本降到最低，具有良好的經(jīng)濟效益。本文基于國產(chǎn)超濾膜在海水淡化預處理工藝中的應用情況進行分析，并結合具體運行情況優(yōu)化改進其操作工藝，實踐結果表明可以取得良好的出水水質(zhì)和產(chǎn)水量，滿足海水淡化工程預期設計要求。

1超濾膜在海水淡化預處理中的優(yōu)勢

超濾是一種壓力為動力膜分離技術(UItrafil-tration簡稱UF)。能夠?qū)⑷芤簝艋蛛x或者濃縮。超濾是介于微濾與納濾之間，且三者之間無明顯的分界線。超濾膜的孔徑在0.01μm～1nm之間，操作壓力為0.1～0.5MPa。主要用于截留分子量分布在2000～5000道爾頓的懸浮物、膠體、微粒、細菌和病毒等大分子物質(zhì)，廣泛應用于海水淡化預處理過程，優(yōu)勢特點較為鮮明，具體表現(xiàn)在以下幾點：

(1)海水中的固體懸浮物高效截留，同時還有部分微小細菌和膠體，可以顯著降低淤泥污染指數(shù)，即SDI，從而延緩反滲透裝置污染和老化趨勢，又能規(guī)避原海水水質(zhì)改變帶來的不良影響，出水水質(zhì)符合預期要求。

(2)代替?zhèn)鹘y(tǒng)預處理工藝系統(tǒng)里繁瑣的步驟，精簡以往預處理工藝流程，超濾占地面積小，可以減少30%～40%的空間，空間利用率高，投資費用和運行成本都大大降低。加之工作操作簡單、便捷，可以實現(xiàn)統(tǒng)一管理[1]?，F(xiàn)階段海水淡化處理對超濾膜的選擇，主要將超濾膜的價格和使用壽命作為重要衡量指標，國產(chǎn)超濾膜在性價比方面具有一定優(yōu)勢，該優(yōu)勢成為是否采用該產(chǎn)品的重要影響因素。

(3)規(guī)避對環(huán)境污染破壞。以往的預處理工藝需要加入大量的水質(zhì)穩(wěn)定劑、殺生劑、絮凝劑以及阻垢劑等化學試劑，這些化學試劑伴隨著污水排放到自然環(huán)境中，不可避免的產(chǎn)生不良影響。選擇超濾膜技術可以減少化學試劑用量，滿足海水淡化預處理需要的同時，最大程度上減少對環(huán)境的污染和破壞。

2海水淡化預處理中國產(chǎn)超濾膜的應用分析

2.1海水淡化預處理工藝中的超濾過程

海水淡化預處理工藝采用超濾膜，首先需要對預處理工藝設計中產(chǎn)水量設定，了解原水水質(zhì)情況，投資、運營成本，并基于海水淡化反滲透系統(tǒng)的工藝處理要求。具體如下：基于潛水泵中取出海水，借助自清洗過濾器進行預處理，然后進入到連續(xù)超濾裝置，將水中潛藏的微小懸浮物等雜質(zhì)進行截留，并通過加入適量的殺生劑消滅微生物；超濾摻水輸送到中間水箱后，抽取到保安過濾器進行過濾處理，然后基于高壓泵、能量回收裝置進入反滲透膜組件，摻水礦化處理后輸送到儲水設備中[2]。使用化學清洗系統(tǒng)來充分清洗超濾裝置、反滲透裝置，使用中間水箱的水來反洗超濾裝置。

2.2超濾實驗設備

超濾過程一般采用CMF超濾試驗裝置進行，該裝置主要由機架、原水罐、工作泵、反洗泵、化學清洗罐、化學清洗泵、電器控制系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、自清洗過濾器、膜組件超濾裝置等部分組成，其中超濾裝置是系統(tǒng)預處理的關鍵所在。超濾裝置在長期運行中，不可避免的會有大量很難清洗干凈的物質(zhì)，對膜組件造成污染和侵蝕，進而降低膜組件的整體性能。因此，為了保障超濾裝置安全、長期穩(wěn)定運行，配備了專門的壓縮空氣系統(tǒng)、化學清洗系統(tǒng)以及反洗系統(tǒng)，同時設置了加藥系統(tǒng)，用于控制微生物滋生和繁殖，最大程度上減少對超濾膜的不良影響。結合現(xiàn)場具體運行調(diào)控，出水水質(zhì)和產(chǎn)水量可以滿足反滲透系統(tǒng)運行要求，切實提升系統(tǒng)運行效率[3]。

2.3國產(chǎn)中空纖維超濾膜組件

國產(chǎn)中空纖維超濾膜組件參數(shù):本實驗采用膜天超濾膜，型號為UOT-865,該產(chǎn)品采用耐化學藥劑性能很強的聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì)，膜孔徑為0.03μm，耐受pH值范圍為1～10。依據(jù)實際情況選擇全流過濾或錯流過濾，采用外壓式過濾形式，膜絲則采用復合紡絲工藝制成，中空纖維膜的膜絲外徑1.3mm、內(nèi)徑0.7mm，膜絲有效過濾面積則是65m2，純水初期通量是膜通量范圍40～100L/(m2h)。

3超濾裝置的運行效果分析

3.1實驗試運行階段

超濾裝置在試運行階段，依據(jù)超濾膜產(chǎn)品參數(shù)進行操作控制。通過CMF超濾試驗裝置循環(huán)往復進行處理，調(diào)整操作參數(shù)，系統(tǒng)運行一段時間后收集相關數(shù)據(jù)。由運行一段時間后的數(shù)據(jù)信息分析，如果控制超濾系統(tǒng)進水量恒定，伴隨著裝置運行時間推移，超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水量不可避免的呈現(xiàn)下降趨勢，這主要是由于膜污染原因所導致。根據(jù)系統(tǒng)運行參數(shù)來分析，間隔一定時間進行一次化學增強反洗，清洗后產(chǎn)水量顯著提升，隨著清洗次數(shù)的增加，產(chǎn)水量隨之衰減，而且系統(tǒng)進水管與產(chǎn)水管壓力恒定。在進行化學增強反洗處理后，系統(tǒng)產(chǎn)水量仍然無法得到提升，則需要停止系統(tǒng)運行，可采用化學恢復性清洗方式[4]，也可以適當提高系統(tǒng)操作壓力，控制產(chǎn)水量符合要求。

從試運行數(shù)據(jù)結果來看，原水濁度高，污染大，如果仍然是嚴格遵循超濾膜預設操作參數(shù)，會延長化學增強反洗周期，產(chǎn)水量呈現(xiàn)快速衰減趨勢，難以為系統(tǒng)產(chǎn)水量與品質(zhì)提供保障[5]。因此，需停止運行進行一次化學恢復性清洗，此類情況會影響到裝置運行效率。所以，積極推動國產(chǎn)超濾膜工藝優(yōu)化設計顯得十分重要。

3.2國產(chǎn)超濾膜性能表現(xiàn)分析

為確保能夠從科學、嚴謹?shù)慕嵌龋瑢a(chǎn)超濾膜技術性能進行有效測評，并驗證其在海水淡化工程中的適用性。本實驗采用特定海水水質(zhì)作為原料海水，同時將國產(chǎn)中空纖維超濾膜加入CMF超濾試驗裝置進行綜合評價，以確定所采用的國產(chǎn)超濾膜組件運行穩(wěn)定性。

3.2.1低溫承受能力分析

海水溫度變化對于預處理過程中淡化、凈化環(huán)節(jié)影響