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        • 技術文章

          陶瓷膜在海水淡化預處理中的應用研究

          2012-06-09 16:00:16  來源:蘇州華德公司
          本研究在天津1000 t/d海水淡化示范工程試驗基礎上,采用砂濾、0.2um陶瓷膜進行海水預處理、不僅有效保證出水水質,滿足GB/T19249-2003反滲透膜進水要求,還可有效減緩膜污染,延長膜的使用壽命。該工藝中陶瓷膜具有化學隱定性能好、分離能力強、耐酸堿、抗微生物能力強、機械強度高等優點,實驗申膜通量可達600L/m2/h以上,反洗周期為1.5 /h,反洗效果好且工藝簡單,使海水預處理工藝成本低,工藝更為簡化,有利于盡快實現大規模海水淡化。
              本實驗在天津lOOOt/d海水淡化示范工程項目的基礎上,首次將陶瓷膜應用于海水淡化預處理工藝。陶瓷膜分離技術是近幾十年來發展起來的一種新型分離技術,與傳統分離技術相比,具有化學穩定性能好、分離能力強、耐酸堿、抗微生物能力強、機械強度高等優點,被認為是21世紀*具有發展前途的高新技術。通過砂濾-0.2um陶瓷膜處理絮凝一澄清后海水,可制的SDI<3,濁度<0.3 NTU的高品質潔凈海水,為RO法海水淡化技術提供了經濟可靠的技術保證。
          實驗部分
          1.1水質分析及產水水質要求
              本實驗所用原海水來自天津1 000 t/d示范工程海水淡化基地,首先經絮凝、沉淀工序對海水進行初步預處理,然后再經砂濾一陶瓷膜裝置深度凈化。
              實驗期間室溫20—23CC,原海水濁度變化范圍為15.42—70NTU,平均值為34.54NTU;COD№變化范圍為4.1—6.1 mg/L,平均值為4.76 mg/L;總鐵含量變化范圍為0.205—0.453 mg/L,平均值為0.335 mg/L。
              絮凝沉淀后海水濁度變化范圍為5.35~18.5NTU,平均值為12.5NTU;CODmn變化范圍為2.8—4.6 mg/L,平均值為3.58mg/L;總鐵含量變化范圍為0.298—0.610 mg/L,平均值為0.422 mg/L。
              預處理后海水需滿足GB/T19249-2003反滲透膜進水要求闥,pH值7,濁度(NTU)<0.3,污染指數SDI(FI)<3,余氯(mg/L)<0.05, CODmn(mg/L)<1.5, Fe(mg/L)<0.1。注:所有指標均是針對聚酰胺膜的。
          1.2實驗方法
          根據淺層、深層過濾理論,結合1000 t/d海水淡化預處理項目的經驗,采用砂濾-0.2 um的陶瓷膜的工藝處理絮凝沉淀后的海水。砂濾可有效地阻止濁度10—20NTU懸浮物、膠體、有機物、藻類及其它雜質的通過,0.2um陶瓷膜有效地阻止了濁度大于0.3NTU雜質的通過,可有效的保證出水水質。同時陶瓷膜孔徑較小,透過砂濾的I—IONTU雜質附著在膜表面被循環水帶走,減緩膜污染,延長膜的使用壽命。
             本實驗采用恒流量過濾方式,調節進水流量、出水流量、回流量考察*佳膜通量;考察進水濁度不同時膜進口壓力及出水水質變化;綜合考慮膜進口壓力恢復情況、反洗水用量確定反洗周期;連續運行,定期檢測其出水濁度、pH值、SDI、CODmn含量、總鐵含量等指標。
             海水濁度采用HANNA CP-2000型散射光濁度計,鐵含量采用二氮雜菲分光光度法測定,COD采用高錳酸鉀氧化法測定。
          1.3實驗裝置
             本實驗陶瓷膜采用江蘇久吾高科技股份有限公司生產的氧化鋁陶瓷微濾膜,砂濾器自制。陶瓷膜規格:孔道數19,孔徑0.2 um,外徑30 mm,內徑4 mm,公稱長度1000 mm,有效膜面積0.23m2。
          工藝流程圖如圖l所示:

          1—砂濾器,2一陶瓷膜組件,3一進水泵,4一反洗泵,5一空氣壓縮機,6一流量計,7一壓力表,8-閥門
          圖1  陶瓷膜海水淡化預處理工藝流程圖
          2結果與討論
          2.1膜通量的確定
              增大膜通量有助于提高單根膜產水量,降低水處理成本,但同時意味著膜操作壓力增大,膜污染嚴重,反洗頻繁,影響膜的使用壽命?刂颇せ亓髀蕿50%進水濁度3—7.5NTU,考察其在不同膜通量下運行到膜進口壓力為0.3MPa時的運行時間,結果如圖2所示:

              圖2不同膜通量時膜運行情況
              從圖2可以看出,隨著膜通量增大,膜進口壓力上升也較快,膜污染比較嚴重,會嚴重影響膜的使用壽命,通量較低膜運行情況較好,但產水率較小必然會增大膜面積,增加預處理成本。綜合考慮上述因素,確定陶瓷膜膜通量為600 L/m2/h。
          2.2  回流率的確定
              增大回流率既可增大膜面流速,及時帶走膜表面污染物,減緩膜污染,提高膜通量?刂颇ね繛600L/m2/h時,改變其回流率,考察膜進口壓力增大情況,連續運行期間沒有反沖洗,進水濁度為3~7.5NTU。實驗結果如圖3所示:

              圖3不同回流辜時膜進口壓力增大情況
              從圖3中可以看出,隨著回流率的增大,膜面流速也增大,在膜通量不變的情況下,回流率越大膜進口壓力上升越緩慢。這是由于膜面流速增大,膜表面剪切力增加,使膜表面沉積的顆粒被帶走,減少了凝膠層厚度,并且減少了濃差極化的影響,而流速較低時則相反。但是循環量的增大必然導致能耗增加,從而增加預處理成本。綜合考慮上述因素,選取陶瓷膜回流率為50%。
          2.3進水濁度與膜進口壓力出水濁度關系
          在膜通量分別為600 L/rri2.h,回流率分別50%時,改變進水濁度,產水濁度變化情況如圖4所示:

            圖4進水濁度與膜進口壓力關系
          瓷膜進口壓力隨著原水濁度的升高增長較快。主要從圖4可以看出,在膜通量不變的情況下,陶因為大分子與膜表面接觸都會發生強弱不同的相互作用,結果導致膜阻塞而使膜進口壓力增加。吸附總是從單分子層開始,在低的溶質溶度下,發生的可能是單層吸附,導致膜進口壓力增加,而在高的溶質溶度下,容易形成多層吸附,更會引起膜進口壓力進一步增加。這就是處理低濁度水的膜進口壓力比處理高濁度水大的原因。
          圖5

              從圖5可以看出,進水濁度在20NTU以內變化時,砂濾出水濁度能保證在SNTU以下,0.2 pm陶瓷膜出水濁度小于0.2NTU。從圖5中也可看出,砂濾和陶瓷膜出水濁度均隨著進水濁度的增大而稍有增加,這主要是低濁度的水形成過濾層的孔徑比較小,因而出水濁度相對較小。而高濁度水所形成的過濾層的孔徑較大,出水濁度也就較高?傮w看來該陶瓷膜預處理裝置對進水濁度的耐受力較好。
            圖5進水濁度與出水水質關系,
          2.4膜反洗周期的確定
          本實驗采用恒流量過濾方式,反洗采用氣水雙洗方式,當陶瓷膜進口壓力達一定值P時進行反洗實驗結果如表1所示:
           
           
           
           
          表1不同P值下的反洗效果

          P值
          /Mpa
          洗前運行
          時間/min
          不同反洗次數后運行時間/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
             可見當壓力達到0.25MPa以上再反洗,運行時間明顯縮短,說明膜通透能力不能很好恢復,膜使用壽命降低;當壓力達0.23以下便停泵反洗,膜通透能力基本上完全恢復,但反洗水平均用量和能耗都較大,故我們選擇當陶瓷膜膜進口壓力達0.23MPa時反洗,平均反洗周期在1.5h以上。
          2.5連續運行考核出水水質
          按照上述確定的實驗條件連續運行,每天取水樣檢測出水水質。
              實驗結果可知:該預處理裝置運行比較穩定,出水pH值在6.9~7.1之間,濁度<0.1NTU,SDI≤1,余氯<0.05 mg/L,CODmn<1.5 mg/L,Fe含量<0.1 mg/ L,各項指標均滿足反滲透膜進水要求。
          3結論與建議
          3.1  陶瓷膜用于海水淡化預處理
          是完全可行,由砂濾、0.2um陶瓷膜串朕使用,運行穩定且出水水質完全滿足反滲透膜進水要求;600 L/rr12.h,反洗周期達1.5 h以上;
          3.2該預處理工藝
          工藝中0.2 um陶瓷膜膜通量能達到600L/m2*h,反洗周期達1.5小時以上。
          3.3周期性反沖洗
          是減緩膜污染的有效方式,但這種方法不能完全清除膜污染,當運行時間減小到一定程度,需要進行化學清洗;
          3.4  目前
          對陶瓷膜在海水淡化預處理中的分離機理及膜污染機理只是初步認識,仍需進一步研究。
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