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超滤预处理工艺在反渗透海水淡化系统中的应用


第 3卷 第 1期 2009 年 2 月

供水技术
W ATER TECHNOLOGY

V o. l 3 No . 1 F eb. 2009

超滤预处理工艺在反渗透海水淡化系统中的应用
乔 勇
( 中铁一局市政环保工程有限公司, 甘肃 兰州 730050)
摘 要: 针对海水

淡化工程中的原水水质和出水要求, 通过比较各种预处理方式, 提出在反

渗透海水淡化系统中采用超滤预处理工艺 。介绍了超滤预处理工艺的运行参数 , 并与常规工艺进 行了对比。 关键词 : 超滤; 反渗透; 海水淡化; 预处理 文章编号 : 1673- 9353( 2009) 01- 0040- 02 中图分类号 : TU991 . 2 文献标志码: B

Application of ultrafiltration pretreatm ent in reverse os m osis desalination system
Q iao Y ong
(M unicip al and E nvironm ental P ro tection Co. , L td. of Ch ina R ail w ay Abstract : F irst Group, Lanzhou 730050 , China ) Required w ith the raw w ater and e ff lu ent qua lity in a desalination of sea w ater , the

app lication o f u ltrafiltrat ion pretreat m en t in reverse osm osis desalin ation syste m w as investigated based on com par ison w ith various pretreatm ent m ethods . The operational param eters of the pretreat m en t process w ere in troduced and compared w ith the conven tio na l process . K ey w ords: u ltrafiltrat io n ; reverse osmosis ; desalin ation o f sea w ater ; pretreatm ent

河北大唐王滩发电厂工程位于唐山市乐亭县 , 作为发电厂配套项目之一的海水淡化系统 , 其处理 规模为 10 800 m /d( 450 m /h) , 要求出水电导率 < 20 S / cm, 水的脱盐率为 99 . 95 % , 系统出水为电厂 提供锅炉补给水及工业用水。 原水取自污染较严重的渤海, 由于水源靠近码 头 , 受到了一定程度的 污染, 海水 中 BOD5、 TOC 及 总氮等含量较高 , 同时还含有一定的油类物质。此 外 , 海水的含盐量很高 , 主要成分为氯化物。海水中 泥沙含量较高, 胶体物质含量相对较低; 非活性硅的 含量较高, 这主要是泥沙颗粒引起的。 1 工艺流程 通过分析海水水质及对出水水质的要求 , 考虑 到目前反渗透单根膜的脱盐 率为 99 . 75 % , 因此采 用二级反渗透 ( RO )工艺。
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针对海水中泥沙含量较高且受有机物污染的特 点, 为保证预处理的效果和出水水质的稳定性, 延长 反渗透膜的 使用寿 命, 采 用自 清洗 过滤 器和超 滤 ( UF) 联合工作的预处理系统。该海水淡化系统的 工艺流程见图 1 。

图 1 海水淡化系统工艺流 程 F ig . 1 F low chart of the desa lination syste m

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勇 : 超滤预处理工艺在反 渗透海水淡化系统中的应用

第 3卷

第 1期

2 预处理工艺 2 1 预处理的必要性 目前的反渗透膜不能直接对原水进行处理 , 原 水中的各种成份会影响和损害其性能和使用寿命 , 悬浮颗粒、 水中的钙、 镁、 钡等多价阳离子、 CODMn及 微生物等会引起膜的污染和堵塞。 反渗透膜的进水水质要求如表 1 所示。
表 1 反渗透进水水质要求 T ab. 1 W a ter qua lity requ ire m ent o f RO influen t 项目 温度 / 余氯 / ( m g L- 1 ) < 0 . 1 SD I 5 浊度 /NTU 0 . 5 进水压力 ( 海水 ) /M P a 5. 74 TDS( 海水膜 ) / (m g L- 1 ) 35 000

和胶体 颗粒构成有效屏 障, 保护 RO 膜, 延长 其寿 命, 而且产水量和出水水质都随原水水质而变化 , 不 能满足 RO 进水水质恒定的要求。 2 2 2 非常规预处理工艺 目前有以粉末活性炭 ( PAC ) 进行预处理的超滤 膜工艺、 氧化铁颗粒 ( I O PS)、 连续 微滤及超滤等非 常规预处理方法。其中以超滤作为 RO 的预处理可 构成 UF /RO 集成技术 , 新型的毛细管型 UF 膜可以 处理高度污染的表层海水。过滤过程是以膜两侧压 差为驱动力, 以机械筛分原理为基础的一种溶液分 离过程, 使用压力通常为 0 . 03~ 0 . 6 M Pa , 筛分孔径 为 0 . 005~ 0 . 1 m, 截留分子量为 1 000 ~ 500 000 道尔顿, 可确保 RO 在高通量和高截留率下操作。 2 3 超滤用作反渗透预处理的优势 降低投资成本 超滤可以显著降低进水的 SD I , 从而延缓和减 轻反渗 透 膜的 污 染, 提高 其 运行 流 速, 降 低投 资 成本。 反渗透膜的污染源之一就是预处理效果较差导 致的微粒沉积 , 用 SD I可以表示发生这类污染的可 能性。从浊度和 SD I上看 , UF的过滤效果比传统预 处理方式更好更稳定 (见表 2)。
表 2 SD I指数对反渗透膜性能的影响 T ab. 2 E ffect o f SD I on RO m e m brane 预处理方 法 超滤、 纳滤 微滤 澄清、 多层滤料、 精密过滤 普通自来水 SD I 指数 < 3 < 4 2~ 6 > 5 膜的使用 寿命 /年 7~ 8 3~ 5 1~ 2 <3 正常透 过率 + 30% 基准 - 10% - 10 % ~ - 20%

范围 5~ 45 项目 pH

CODM n / 总硅 / 色度 ( m g L- 1 ) ( m g L- 1 ) 3 25 无色

范围 2~ 11

因此, 为了满足反渗透膜高要求的进水水质, 需 采取必要的预处理工艺 , 完善的预处理过程是保证 反渗透长期顺利运行的关键。 2 2 预处理工艺的确定 预处理的效果以 SDI( silt density index ) 或 FM I ( m odified fouling in dex )指数来表征。原水水质的优 劣和变化决定了预处理系统的复杂程度, 因此在确 定采取何种预处理系统之前应进行水质分析 , 而在 运行时则需在线监测各项水质指标。 预处理可分 为常规方法 ( 即絮 凝、 沉淀、 过滤、 活性炭吸附 ) 和非常规方法。 2 2 1 常规预处理工艺 典型的常规预处理流程 ( 见图 2) , 主要包括絮 凝、 沉淀、 过滤、 消毒、 保安过滤等。

SD I值低意味着可以降低由于胶状物沉积引起 的 RO 污染情况。另外由于 UF出水水质稳定, 低浊 度、 低 SD I值允许 RO 提高设计流速。使用 UF预处 2 理的 RO 工艺 , 其设计流速可达 20 . 4~ 34 . 1 L /( m h) 。而使用传统预处理的 RO 工艺的流速一般为 13 . 6~ 20 . 4 L /(m
2 2

h) , 即使原水为地表水也只有

图 2 反渗透常规预处理流程 F ig . 2 F low chart o f conventiona l pretreatm ent o f RO

17~ 25 . 5 L /( m h)。 UF 膜提高 RO 流速的一个 优点就是减少了 RO 组件、 压力容器以及相关管件 的数量从而降低投资成本。 确保出水水质 常规过滤属毛细管过滤 , 而超滤则是表面过滤, ( 下转第 46 页 )

常规预处理方法广泛用于海水脱盐场合 , 但费 用较高 , 占用空间大, 其中的多介质过滤过程通常较 为复杂。最重要的是, 常规预处理方法不能对细菌 41

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化自动调节加药量。
[ 4]

参考文献
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( 上接第 41页 ) 两者去除杂质的 机理不同 , 超滤出水水质 更好、 更 稳定。 凝 作为反 渗透 的预处 理工 艺, 超 滤与 常规 的混 沉淀 过滤工艺的比较如表 3所示。
表 3 超滤与常规工艺的比较 T ab. 3 Compar ison o fU F and conventional pro cess 项目 出水水质 运行稳定性 RO 寿命 混凝剂 运行维修 占地 超滤 SD I< 2 好 长 根据需要确定 简单 小 常规工艺 一般 SD I> 2 不好 短 必须有 复杂 大

自清洗过滤器、 超滤系统、 加药系统、 超滤清洗及连 接管道、 仪表等。 超滤装置采用全流过滤和频繁反洗的全自动连 续运行方式, 并辅以自动分散化学清洗。系统采用 PLC 控制。超滤装置的数量: 10 套 ( 一期 7 套 , 二期 3 套 ); 膜元件 : 60 支 /套; 每套装置的出水流量: 120 m /h ; 回收率 : > 90 % ; 反洗周期: 60 m in ; 反洗时间: 8 m in 。 4 结语 超滤作为反渗透的预处理工艺对地表水、 废水 或海水作为原水水源的高污染系统尤为合适。 近年来, 超滤已被广泛用于市政供水等系统 , 超 滤膜产品性能不断提高 , 成本大 幅度降低, 种类增 加, 与传统的预处理方法相比 , 具有一定的优越性。 同时 , 随着运行经验的积累, 能根据不同的水源条件 设计有效的运行参数 , 选用超滤作为反渗透的预处 理单元也开始得到更加广泛的应用。 参考文献 :
[ 1] 祁鲁梁 , 李永存 , 李本高 . 水 处理工艺与运行管理手册 [M ] . 北京 : 中国石化出版社 , 2002. E-ma il : besthoo l889@ 163. com 收稿日期 : 2008- 12- 13
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操作简单, 自动化程度高 相比传统的过滤工艺 , 超滤系统具有操作简单、 自动化程度高、 性能稳定、 设备占地面积小等优势。 由于超滤是以机械筛分原理为基础的一种溶液 分离过程, 运行时有两种 方式: 死端 过滤和错流过 滤。无论哪种过滤方式, 过滤的时间仅为 10~ 20 s, 这使膜滤设备与其处理水量的容积比极小 , 而其他 过滤设备远不能及。 3 预处理系统的概况 根据超滤中试, 并结合该项目的规模 , 确定了预 处理系统的相关工艺设备。预处理系统主要包括 :

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