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    陶瓷膜在海水淡化预处理中的应用研究

    2012-06-09 16:00:16  来源:苏州华德公司
    本研究在天津1000 t/d海水淡化示范工程试验基础上,采用砂滤、0.2um陶瓷膜进行海水预处理、不仅有效保证出水水质,满足GB/T19249-2003反渗透膜进水要求,还可有效减缓膜污染,延长膜的使用寿命。该工艺中陶瓷膜具有化学隐定性能好、分离能力强、耐酸碱、抗微生物能力强、机械强度高等优点,实验申膜通量可达600L/m2/h以上,反洗周期为1.5 /h,反洗效果好且工艺简单,使海水预处理工艺成本低,工艺更为简化,有利于尽快实现大规模海水淡化。
        本实验在天津lOOOt/d海水淡化示范工程项目的基础上,首次将陶瓷膜应用于海水淡化预处理工艺。陶瓷膜分离技术是近几十年来发展起来的一种新型分离技术,与传统分离技术相比,具有化学稳定性能好、分离能力强、耐酸碱、抗微生物能力强、机械强度高等优点,被认为是21世纪*具有发展前途的高新技术。通过砂滤-0.2um陶瓷膜处理絮凝一澄清后海水,可制的SDI<3,浊度<0.3 NTU的高品质洁净海水,为RO法海水淡化技术提供了经济可靠的技术保证。
    实验部分
    1.1水质分析及产水水质要求
        本实验所用原海水来自天津1 000 t/d示范工程海水淡化基地,首先经絮凝、沉淀工序对海水进行初步预处理,然后再经砂滤一陶瓷膜装置深度净化。
        实验期间室温20—23CC,原海水浊度变化范围为15.42—70NTU,平均值为34.54NTU;COD№变化范围为4.1—6.1 mg/L,平均值为4.76 mg/L;总铁含量变化范围为0.205—0.453 mg/L,平均值为0.335 mg/L。
        絮凝沉淀后海水浊度变化范围为5.35~18.5NTU,平均值为12.5NTU;CODmn变化范围为2.8—4.6 mg/L,平均值为3.58mg/L;总铁含量变化范围为0.298—0.610 mg/L,平均值为0.422 mg/L。
        预处理后海水需满足GB/T19249-2003反渗透膜进水要求闼,pH值7,浊度(NTU)<0.3,污染指数SDI(FI)<3,余氯(mg/L)<0.05, CODmn(mg/L)<1.5, Fe(mg/L)<0.1。注:所有指标均是针对聚酰胺膜的。
    1.2实验方法
    根据浅层、深层过滤理论,结合1000 t/d海水淡化预处理项目的经验,采用砂滤-0.2 um的陶瓷膜的工艺处理絮凝沉淀后的海水。砂滤可有效地阻止浊度10—20NTU悬浮物、胶体、有机物、藻类及其它杂质的通过,0.2um陶瓷膜有效地阻止了浊度大于0.3NTU杂质的通过,可有效的保证出水水质。同时陶瓷膜孔径较小,透过砂滤的I—IONTU杂质附着在膜表面被循环水带走,减缓膜污染,延长膜的使用寿命。
       本实验采用恒流量过滤方式,调节进水流量、出水流量、回流量考察*佳膜通量;考察进水浊度不同时膜进口压力及出水水质变化;综合考虑膜进口压力恢复情况、反洗水用量确定反洗周期;连续运行,定期检测其出水浊度、pH值、SDI、CODmn含量、总铁含量等指标。
       海水浊度采用HANNA CP-2000型散射光浊度计,铁含量采用二氮杂菲分光光度法测定,COD采用高锰酸钾氧化法测定。
    1.3实验装置
       本实验陶瓷膜采用江苏久吾高科技股份有限公司生产的氧化铝陶瓷微滤膜,砂滤器自制。陶瓷膜规格:孔道数19,孔径0.2 um,外径30 mm,内径4 mm,公称长度1000 mm,有效膜面积0.23m2。
    工艺流程图如图l所示:

    1—砂滤器,2一陶瓷膜组件,3一进水泵,4一反洗泵,5一空气压缩机,6一流量计,7一压力表,8-阀门
    图1  陶瓷膜海水淡化预处理工艺流程图
    2结果与讨论
    2.1膜通量的确定
        增大膜通量有助于提高单根膜产水量,降低水处理成本,但同时意味着膜操作压力增大,膜污染严重,反洗频繁,影响膜的使用寿命。控制膜回流率为50%进水浊度3—7.5NTU,考察其在不同膜通量下运行到膜进口压力为0.3MPa时的运行时间,结果如图2所示:

        图2不同膜通量时膜运行情况
        从图2可以看出,随着膜通量增大,膜进口压力上升也较快,膜污染比较严重,会严重影响膜的使用寿命,通量较低膜运行情况较好,但产水率较小必然会增大膜面积,增加预处理成本。综合考虑上述因素,确定陶瓷膜膜通量为600 L/m2/h。
    2.2  回流率的确定
        增大回流率既可增大膜面流速,及时带走膜表面污染物,减缓膜污染,提高膜通量。控制膜通量为600L/m2/h时,改变其回流率,考察膜进口压力增大情况,连续运行期间没有反冲洗,进水浊度为3~7.5NTU。实验结果如图3所示:

        图3不同回流辜时膜进口压力增大情况
        从图3中可以看出,随着回流率的增大,膜面流速也增大,在膜通量不变的情况下,回流率越大膜进口压力上升越缓慢。这是由于膜面流速增大,膜表面剪切力增加,使膜表面沉积的颗粒被带走,减少了凝胶层厚度,并且减少了浓差极化的影响,而流速较低时则相反。但是循环量的增大必然导致能耗增加,从而增加预处理成本。综合考虑上述因素,选取陶瓷膜回流率为50%。
    2.3进水浊度与膜进口压力出水浊度关系
    在膜通量分别为600 L/rri2.h,回流率分别50%时,改变进水浊度,产水浊度变化情况如图4所示:

      图4进水浊度与膜进口压力关系
    瓷膜进口压力随着原水浊度的升高增长较快。主要从图4可以看出,在膜通量不变的情况下,陶因为大分子与膜表面接触都会发生强弱不同的相互作用,结果导致膜阻塞而使膜进口压力增加。吸附总是从单分子层开始,在低的溶质溶度下,发生的可能是单层吸附,导致膜进口压力增加,而在高的溶质溶度下,容易形成多层吸附,更会引起膜进口压力进一步增加。这就是处理低浊度水的膜进口压力比处理高浊度水大的原因。
    图5

        从图5可以看出,进水浊度在20NTU以内变化时,砂滤出水浊度能保证在SNTU以下,0.2 pm陶瓷膜出水浊度小于0.2NTU。从图5中也可看出,砂滤和陶瓷膜出水浊度均随着进水浊度的增大而稍有增加,这主要是低浊度的水形成过滤层的孔径比较小,因而出水浊度相对较小。而高浊度水所形成的过滤层的孔径较大,出水浊度也就较高。总体看来该陶瓷膜预处理装置对进水浊度的耐受力较好。
      图5进水浊度与出水水质关系,
    2.4膜反洗周期的确定
    本实验采用恒流量过滤方式,反洗采用气水双洗方式,当陶瓷膜进口压力达一定值P时进行反洗实验结果如表1所示:
     
     
     
     
    表1不同P值下的反洗效果

    P值
    /Mpa
    洗前运行
    时间/min
    不同反洗次数后运行时间/min 平均每次反
    洗水用量/L
    1次 2次 3次
    0.18 40 42 40 39 4
    0.20 70 70 68 70 6
    0.23 100 100 98 95 8
    0.25 120 120 95 90 12
       可见当压力达到0.25MPa以上再反洗,运行时间明显缩短,说明膜通透能力不能很好恢复,膜使用寿命降低;当压力达0.23以下便停泵反洗,膜通透能力基本上完全恢复,但反洗水平均用量和能耗都较大,故我们选择当陶瓷膜膜进口压力达0.23MPa时反洗,平均反洗周期在1.5h以上。
    2.5连续运行考核出水水质
    按照上述确定的实验条件连续运行,每天取水样检测出水水质。
        实验结果可知:该预处理装置运行比较稳定,出水pH值在6.9~7.1之间,浊度<0.1NTU,SDI≤1,余氯<0.05 mg/L,CODmn<1.5 mg/L,Fe含量<0.1 mg/ L,各项指标均满足反渗透膜进水要求。
    3结论与建议
    3.1  陶瓷膜用于海水淡化预处理
    是完全可行,由砂滤、0.2um陶瓷膜串朕使用,运行稳定且出水水质完全满足反渗透膜进水要求;600 L/rr12.h,反洗周期达1.5 h以上;
    3.2该预处理工艺
    工艺中0.2 um陶瓷膜膜通量能达到600L/m2*h,反洗周期达1.5小时以上。
    3.3周期性反冲洗
    是减缓膜污染的有效方式,但这种方法不能完全清除膜污染,当运行时间减小到一定程度,需要进行化学清洗;
    3.4  目前
    对陶瓷膜在海水淡化预处理中的分离机理及膜污染机理只是初步认识,仍需进一步研究。
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    张龙庭
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