UF用于海水RO系统预处理的试验研究

　　1 引言

　　超滤可以简单地理解为与膜孔径大小有关的物理筛分过程，它以膜两侧的压力差为推动力，以超滤膜为过滤介质，允许水、无机物、无机盐及小分子物质透过膜而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过，以达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。超滤膜孔径远大于反渗透膜孔径（为0.001 － 0.1 微米），截留分子量为103 － 106。超滤从70 年代进入工业应用后迅速崛起,近30 年来,我国已经研究开发的品种有醋酸纤维素(CA) 、聚砜( PSF) 、聚砜酰胺( PSA) 、磺化聚砜(SPSF) 、聚丙烯腈(PAN) 、聚氯乙烯( PVC) 、聚偏氟乙烯(PVDF) 、聚醚砜( PES) 和聚醚酮( PEK) 等一系列材料制成的超滤膜,以及以陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等为膜材料的无机超滤膜。多种高分子材料的超滤膜,目前应用最广的是醋酸纤维素膜(CA 膜) 和聚砜膜(PS 膜) 。但总的说来,还是存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷 。为了提高超滤膜的抗污染性、热稳定性和化学稳定性,一方面开发了耐热、耐溶剂的高分子膜,如日本的PES 超滤膜DOS - 40 有优异的耐热性；另一方面无机膜的开发应用得到迅速发展,如日本开发成功的孔径为5～50nm 的陶瓷超滤膜。目前已工业应用的膜组件只有中空纤维、卷式、板框式、圆盒式、管式和毛细管式。

　　2 超滤膜分离特点及应用

　　超滤应用规模较大,多采用错流操作或死端过滤。超滤膜分离具有以下几个特点:

　　(1) 分离过程无相变，节能显著；

　　(2) 分离在常温下进行，适宜热敏物质的分离和浓缩

　　(3) 推动力为压力，分离装置简单，操作方便易控；

　　(4) 适应范围广。

　　目前，它已广泛用于食品、医药、工业废水处理、超纯水制备及生物技术工业。其中最重要的是食品工业，乳清处理是最大市场；在工业废水处理方面应用得最普遍的是电泳涂漆过程；在超纯水中超滤是重要过程；在城市污水处理及其他工业废水处理及生物技术领域都是超滤未来发展的方向。作为新工艺，现在超滤也被用于海水反渗透淡化厂的预处理。无论进水的海水质量如何变化，超滤均可以提供高质量，低SDI 的产水，并且具有站地面积小而且化学药耗低的优点。超滤的这些特点使得它在某些方面作为海水淡化预处理的极好的选择。为验证超滤运行状况及其产水是否满足海水淡化反渗透（SWRO）的进水要求，对我国由南至北三处海水进行了超滤试验，这三处分别是温州乐清湾、青岛胶州湾、唐山京唐港。试验主要的指标有：膜通量、跨膜压差、率产水SDI15、产水浊度。进行试验的膜组件主要是OMEXELL膜组件，青岛胶州湾试验中对OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四种膜组件进行了对比性试验。其中 OMEXELL为外压式，其他三种为内压式。通过中试试验确认各品牌超滤作为SWRO 系统预处理的实际运行效能与标称性能的差异，并从适用性、安全性、经济性及可操作性等方面进行综合考核。

　　3 试验条件及方法

　　3.1 试验流程

　　海水→原水箱→原水泵→超滤装置→超滤产水箱→外排

　　3.2 试验装置及规模

　　超滤中试试验装置一套，进水量：9.0-20.0 m3/h （25℃）其中含下列四种膜，并联同时试验。

OMEXELLTM-SFP2660 超滤膜一支（外压式、膜材质PVDF、有效膜面积33m2）

KOCH V8072-35-PMC超滤膜一支，（内压式、膜材质PS、膜面积50.6m2）

Norit S-225FSFCPVC 超滤膜一支，（内压式、膜材质PES、膜面积40m2）

Inge Dizzer 5000 超滤膜一支，（内压式、膜材质PES、膜面积45m2）

以及相关的SDI 测试仪、浊度仪、温度计、余氯测试盒，在线pH 计、压力表、浮子流量计，各种玻璃仪器等。

　　3.3试验主要内容

　　（1）中试进行前后，各超滤组件性能测试；

　　（2）在相同的进水条件和工艺参数下运行，进行初步性能评价；

　　（3）稳定运行各超滤组件，进行性能综合评价；

　　（4）在恶劣水质条件下，进行高负荷运行效果评价；

　　（5）各超滤组件清洗方式和清洗效果评价。

　　3.4试验数据及分析

　　乐清湾海水淡化预处理超滤试验,采用OMEXELL 膜组件进行试验，试验结果如下（见图1、图2、图3）：

　　3.5 胶州湾海水淡化预处理超滤试验

　　采用OMEXELL、KOCH、NORIT、INGE四种膜组件同时进行并联试验，共分三阶段进行：第一阶段试验，摸索确定各支膜的合适的参数，为下阶段试验确定条件；第二阶段试验，进行组件完整性测试，以考察超滤膜是否存在断丝、泄漏等。在相同进水水质下，按照第一阶段试验所选择的最佳工艺参数运行，考察不同厂家的超滤组件作为SWRO 系统预处理的实际运行效能；第三阶段试验，在相同进水水质下，各膜在较高通量（100L/m2.hr）且均不添加化学药剂条件下运行，考察不同厂家超滤膜的抗污染性及膜的实际性能，并从适用性、安全性、经济性及可操作性等方面进行综合评价。具体试验结果汇总如下（见图４、图５、图６）

　　3.6 试验数据分析

　　从上述试验数据来看，海水直接进超滤，在合适的运行参数下超滤在化学清洗周期内运行稳定，跨膜压差上升趋势缓慢，且其产水水质稳定，能满足SWRO的进水水质要求。此外各家膜组件由于材料和工艺的不同，试验中表现的性能略有差异（但均能满足SWRO 要求）。

　　4 结论

　　本文通过试验研究、归纳分析得出以下结论：

　　（1）随着膜技术的日趋成熟和完善、成本的降低, 膜法海水淡化技术将逐步被国人所接受, 应用海水淡化反渗透（SWRO）技术必然成为沿海城市和地区解决淡水资源短缺的有效方案。

　　（2）大量的试验表明，超滤（UF）用在海水淡化预处理（SWRO）是可行的，处理后水质稳定且出水能完全满足SWRO的进水水质要求。如：上述试验中，所选择的多种超滤膜出水SDI15 值一般均在3.5 以下，且稳定可靠，好于常规多介质过滤器工艺的出水水质。

　　（3）随着超滤技术的发展，成本的降低，新的膜材料的开发，能耗的降低及工艺过程的不断完善，其所具有的高效、节能、环保等优势日益显露，必将得到更大的推广和应用。