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海水淡化预处理超滤膜中国面临严峻的水资源问题，是水资源贫乏的国家之一,人均水资源拥有量仅为世界平均水平的四分之一左右.我国水资源的总体情况是国内的许多大的水体大多已被污染水资源浪费现象严重工业用水效率总体水平较低科研部门及发电厂、石化厂、炼钢厂等众多企业都迫切要求在水的利用方面开发新技术,来解决目前水资源短缺的问题,利用非传统的水资源海水、生活污水及工业废水成为共同的研究方向, 而海水淡化成为水处理行业一个新的方向，利用膜技术将海水作为一个可开发的水资源已成为众多研究学者面临的新课题。
国内顶级海水淡化发电厂通过对国内外超滤膜用于海水淡化事业的分析，采用双膜法超滤+反渗透工艺进行海水淡化，在保证超滤装置产水水质前提下，将研究的重点放在如何寻找超滤膜的最佳膜通量经实验研究表明，当操作压力为0.1MPa，进水温度25℃，进水流速为0.3ms超滤膜膜通量可以达到最佳值，为80Lm2h通过实验和实际工程应用表明，采用双膜法超滤+反渗透工艺进行海水淡化，超滤系统完全适用于海水淡化预处理工艺，技术性与经济性都是可行的.该海水淡化设备的工艺流程如下：海水提升泵→盘式过滤器→活性炭过滤器→UF超滤→自制海水专用滤芯→保安过滤器→高压泵→反渗透RO1→能量转化装置→反渗透RO1→生活用淡水→二级增压泵→反渗透RO2→弱碱性过滤→生饮引用淡水→开停机淡水冲洗水箱。
淡水水箱的作用是，停机前，对机组进行淡水冲洗，使机组中的含盐海水进行淡化冲洗，冲洗完成后，关闭进水阀，出水阀，作用相当于机组保护液，开机时将机组中的保护水用准备淡化的海水进行冲洗，几分钟后即可进行淡化操作，不需要反冲洗装置，与加药装置。
海水提升泵：根据后级的需求将海水从海里或海水水箱中抽出，其工作压力为0.2Mpa，流量根据海水淡化设备的日产淡水量决定。
盘式过滤器：将流经海水中可视的悬浮物、絮状物、海藻、泥沙及不可视的明胶体进行有效吸附过滤排放，以解轻活性碳过滤器与UF超滤膜的负担，有效地将大量的泥沙，悬浮物、絮状物、海藻类，进行大范围的清楚，盘式过滤器几乎不消耗能源。
气浮法在水处理方面有哪些应用1. 城市污水处理气浮法在城市集中污水处理中广泛应用，通过气浮法可以有效地去除污水中的悬浮物、沉淀物、有机物等，提高了污水处理的效果。
在城市污水处理中，气浮法通常是在初级、中级处理后进行的最后一道处理工艺。
首先，污水被送入气浮池。
在池中，将气体和水混合形成微小的气泡，然后与浮力比较相近的悬浮物和油脂自然上浮被移除。
池底的清水则被送到下一阶段的处理。
2. 工业废水处理气浮法在工业生产中的应用也很广泛，特别是对于高浓度、难处理的废水，气浮法能够削减污水中的碳氢化合物，有机物、颜料、污泥等大量有害污染物质。
在某些工业行业中，如印染、造纸、皮革等，气浮法被用于重要的废水处理过程。
随着现代工业的高速进展，工业废水的处理成了亟待解决的环境问题之一，通过气浮法将水中的悬浮物、油脂、有机物等物质去除，有效降低了废水的污染物含量。
3. 海水淡化海水淡化是一种技术，通过将盐水转化为淡水，解决了很多沿海地区的饮水问题。
气浮法可用于海水淡化的预处理过程，通常与反渗透（RO）工艺搭配使用，可以有效地去除海水中的悬浮物和颗粒物，提高反渗透膜的寿命。
在这个过程中，水被注入气浮池并用气体饱和，形成气泡，这些气泡在水中携带悬浮物体，其中包括海藻、沙子、细菌等，使其上浮到水面，然后去除。
通过这种方法，可以避开RO过程受到悬浮体沉积和生物膜污染等问题的侵害。
4. 饮用水处理气浮法也适用于饮用水处理，特别是在对混合水源进行饮用水处理中应用广泛。
饮用水处理的工艺重要有化学沉淀、七级过滤、混凝沉淀、砂滤等技术，气浮法则是这些技术的优化方案，能有效地去除水中的胶体物、悬浮物、泥沙等杂质。
在饮用水处理中，气浮法要求低电量消耗，由于在水的后处理过程中，能耗是日益突出的一个问题，而气浮法的能耗更低。
5. 矿物处理矿物处理是气浮法的一项创新应用。
在矿物处理过程中，由于常常需要处理高度浓缩的溶液和矿浆，使得气浮法能够更好地去除其中的碎石、矿物等颗粒物质，以及重金属离子等，大大提高了矿化学产物纯度。
海水淡化中的预处理技术及其关键部件海水淡化是一种重要的技术手段，可以将海水中的盐分和杂质去除，转变为可供人类使用的淡水资源。
然而，在海水淡化过程中，由于海水中的盐分和杂质浓度较高，会影响淡化设备的正常运行和水质处理效果。
因此，预处理技术及其关键部件在海水淡化中起着关键作用。
预处理技术是指在海水淡化过程中，对原始海水进行预处理，以提高后续淡化设备的效率和运行稳定性。
常见的海水淡化预处理技术包括：沉淀、过滤、气浮、活性炭吸附等。
沉淀是一种常用的预处理技术，通过让海水中的悬浮物沉淀下来，以减少后续设备中的杂质含量。
该技术通常通过加入化学混凝剂，使悬浮物凝聚成较大的团块，然后利用重力沉降的原理，使其分离出来。
常用的化学混凝剂包括铝盐类和铁盐类等。
沉淀预处理的关键部件包括反应槽、混凝剂加入系统和固液分离设备等。
过滤是另一种常见的海水淡化预处理技术，通过筛网或滤芯等过滤介质，去除海水中的悬浮物和颗粒物。
过滤预处理的关键部件包括滤网、滤芯、过滤器等。
滤网通常采用不同孔径的网纱，根据悬浮物的大小选择合适的网眼大小，以确保过滤效果。
滤芯则是一种空心结构，通常由多孔陶瓷或其他材料制成，可以过滤出更小尺寸的颗粒物。
气浮是一种利用气泡将悬浮物浮起并分离的预处理技术。
该技术通过在海水中注入微小气泡，在气泡的浮力作用下，悬浮物上浮到液面，再利用物理方法将其分离出来。
气浮预处理的关键部件包括气浮装置和气液分离设备等。
气浮装置通常采用喷射式气浮装置或气浮浮子，通过将气泡均匀分布在水中，提高悬浮物的上浮速度和去除效果。
气液分离设备则用于将气泡与悬浮物分离，常用的设备包括沉降池和旋流分离器等。
活性炭吸附是一种常用的去除有机物的预处理技术。
活性炭具有大量微孔和表面积大的特点，可以有效吸附海水中的有机物。
活性炭吸附预处理的关键部件包括活性炭吸附器和再生设备等。
活性炭吸附器通常采用固定床或流动床结构，将待处理的海水通过活性炭床，使有机物被吸附在活性炭表面。
第40卷第2期2007年4月武汉大学学报(工学版)Engineering Journal of Wuhan University Vol.40No.2Apr.2007收稿日期:2005211220作者简介:张敬东(19662),女,湖北枝江人,副教授,主要从事水与废水处理的教学和科研工作.基金项目:国家863重点项目(编号:2002AA526015).文章编号:167128844(2007)022*******超滤用于高浊度海水淡化反渗透预处理的现场试验张敬东1,刘炎伟1,罗发奎1,曾惠明1,2,刘芬芬1,周江华1,周 媛1,叶春松2(1.武汉大学资源与环境科学学院环境工程系,湖北武汉 430079;2.武汉大学动力与机械学院水质科学系,湖北武汉 430072)摘要:实验通过采用6种超滤膜对某海域高浊度海水进行反渗透前的预处理,结果显示,超滤出水浊度<0.2N TU ,SDI <3,对细菌的去除率大于99%,对水中的有机物、胶硅、铁的去除率分别为10%～80%,40%～85%和60%～90%.不同类型的超滤膜通过周期性的反洗可以使跨膜压差有较好的恢复率,这表明了超滤作为高浊度海水反渗透预处理是可行的.关键词:超滤;高浊度;海水;反渗透中图分类号:TM 621.9 文献标志码:APilot study of ultraf iltration for high turbidity sea w aterdesalination pretreatment prior to reverse osmosisZHAN G Jingdong 1,L IU Yanwei 1,L UO Fakui 1,ZEN G Huiming 1,2,L IU Fenfen 1,ZHOU Jianghua 1,ZHOU Yuan 1,YE Chunsong 2(1.School of Resources and Environmental Science ,Wuhan University ,Wuhan 430079,China ;2.School of Power and Mechanical Engineering ,Wuhan University ,Wuhan 430072,China )Abstract :The six various ult rafilt ration membranes were used to pretreat high t urbidity seawater prior to reverse o smo sis.Experimental result s showed t hat t urbidity of permeant water reached below 0.2N TU ,and SDI below 3.The ultrafilt ration also removed more t han 99%bacteria ,10%～80%or 2ganic matters ,40%～85%colloid silicon and 60%～90%iron.TM P of all t he six membranes recovered well after backwashed periodically.It is shown t hat it is possible to pret reat high t urbidity seawater by t he ult rafilt ration.K ey w ords :ultrafilt ration ;high t urbidity ;seawater ;reverse osmosis 超滤和反渗透工艺组合已成为海水淡化的主要发展趋势.超滤作为海水RO 预处理,具有孔径可以过滤出溶液中的细菌、胶体、悬浮物、蛋白质等大分子物质,抗污染抗氧化能力强,成本相对低等优势[1].我国还未有利用超滤处理高浊度海水的先例,本次试验针对中国东南某海域高浊度海水,对6家公司提供的超滤设备和膜组件进行工艺可行性研究,以及运行参数的优化调试,并分析出水质和膜清洗后的恢复性能,研究超滤作为海水淡化的反渗透预处理的可行性.1 试验装置与试验方法1.1 试验装置与流程试验流程见图1,海水由流量为8.33L/s 、扬程为30m 的潜水泵从距岸边100m 处提供,然后通过混凝装置处理后供给超滤装置.将6套超滤装 第2期张敬东,等:超滤用于高浊度海水淡化反渗透预处理的现场试验置分别编号为1号～6号,各家膜参数见表1.为了提高膜的透过通量,保证超滤膜的正常稳定运行,在超滤前须对海水进行预处理,但超滤的预处理不像反渗透那么严格[2].常采用的超滤预处理有混凝、活性碳吸附等.试验采用混凝去除海水中的部分胶体颗粒,通过盘滤器进一步去除其中的悬浮物杂质后进入超滤膜设备.图1 试验系统流程图 从表1可见1号直接处理海水,且无微过滤器;1号、5号、6号为外压式设备,2号、3号、4号为内压式设备;5号为错流过滤,其余为全流过滤.同时表1反映了膜的基本参数和运行时参数可优化的范围.所有设备在PL C 控制下自动运行.1.2 试验方法海水经过混凝处理后浊度保持在15N TU 左右,然后进入原水箱,由提升泵压入膜组件.1号、2号、3号、6号的膜通量和跨膜压差由PL C 在线自动记录,4号、5号的膜通量和跨膜压差为人工记录.海水和膜前膜后水质指标按照国家标准测定,试验仪器和检测方法如下:(1)试验仪器OA KTON 温度/p H 计,HAC H2100P 浊度仪,上海分析仪器厂721分光光度计,M ILL I 2PU RE SDI 测定仪,SH IMADZU 电子天平,重庆分析仪器厂恒温培养箱.(2)检测方法表1 膜设备参数表项目1号2号3号4号5号6号水源海水混凝出水混凝出水混凝出水混凝出水混凝出水过滤器无滤网55μm 100μm 100μm 滤网类型外压式内压式内压式内压式外压式浸没式运行方式全流过滤全流过滤全流过滤全流过滤错流过滤全流过滤材质PVDFPES/PV PPESPESMPESPVDF截留分子量/kDa 80～120150～200150100100100膜面积/m 235.335464570111.6膜元件尺寸/mm 165(φ)×1717(L )200(φ)×1500(L )225(φ)×1500(L )250(φ)×1680(L )204(φ)×2000(L )690×104×684产水流量/(m 3・h -1) 1.5～3 4.9～7.0 2.7～6.9 5.4～9 2.1～5.64～7.3过滤时间/min 15～6020～3530～4530～453018～55反洗时间/s 30～6030～6030～60756060反洗频率次/min -115～6020～3530～4530～453018～55气洗频率次/min -11～2次/d无无无3018～55 COD :重铬酸盐法(G B/T 1191421989);p H :玻璃电极法(G B/T 690421986);浊度:分光光度法(G B/T 1215121989);SDI :淤泥密度指数测试法(ASTM/D 418921995);细菌总数:G B/T 18204.922000;硅:硅钼蓝光度法(G B/T 1215221989);全铁:邻菲啰啉分光光度法(G B/T 14427293).2 结果与讨论2.1 海水水质本次现场试验选用东南某海湾高浊度海水.试57武汉大学学报(工学版)2007验期间基本水质情况见表2.表2 海水水质水质指标平均值波动范围p H8.198.08～8.26温度/℃27.921.6～31.8浊度/N TU 30519.5～2800SS/(mg ・L -1)212.624.6～875COD/(mg ・L -1) 5.4 2.9～8.14Fe/(mg ・L -1) 3.0 1.2～5.9Si/(mg ・L -1)9.5 2.3～19.7细菌总数/(个・mL -1)290150～430 试验海水浊度变化如图2所示,可以看出海水浊度波动范围很大,有时1d 无明显变化,有时从20N TU 到2000N TU ,与潮位有一定的关系.图2 海水浊度波动范围监测图2.2 6套超滤装置运行期间的通量和压差变化1号～6号超滤装置运行期间的通量和压差变化情况依次如图3～图8所示. 图3～图8显示了6套超滤设备的运行情况,1号、2号、3号、4号从6月1日运行到8月6日,5号、6号从7月5日开始运行.1号用的是变频泵,因此通量和压差略有波动.1号设备跨膜压差在7月25日明显增高,是因为此时将反洗周期由之前的30min 增加到45min ,由于导致压差增大,故仍采用30min.7月27日用2%的柠檬酸浸泡1号膜1h ,由图3可见化学清洗后通量、压差恢复性能良好;2号设备通量和压差改变比较频繁,但是采用HCl (600mg/L )和NaClO (200mg/L )进行定期清洗,使膜的运行相当稳定;3号设备的跨膜压差在7月10日有一次明显的下降,是因为之前的化学加强清洗(CEB )只用10mg/L HCl ,7月10日以后采用10,60mg/L NaClO 交替清洗,并且浸泡时间由2min 延长到5min ;4号膜设备采用20mg/L NaClO 和p H =2的HCl 交替进行化学加强清洗;5号膜设备每3～5d 采用p H =3～3.5的柠檬酸清洗1次,因此其压差在运行阶段会周期性的下降;6号则是50mg/L NaClO 和p H =2的HCl.从6套设备的通量和压差图可以看出,压差都稳步上升,经过周期性的反洗、CEB 和化学清洗,压差有较好的恢复.1号、5号、6号3套外压式设备比内压式设备的跨膜压差高,通量低,但CEB 耗药量少.2.3 6套超滤设备出水水质由于铁和硅容易沉积结垢,使得反渗透膜发生严重的堵塞.而p H 过高或过低都会引起膜的降解,同时,海水中的有机物和微生物容易堵塞或分解反渗透膜[3].所以本试验也对超滤后水体中的SDI 、浊度、p H 、COD 、胶硅以及全铁进行分析监测,以确保出水水质可达到反渗透膜进水水质要求.1号～6号超滤设备运行出水上述指标的变化情况如图9～图14所示. 从图9～图14可以看出,1号膜设备的出水p H 值保持在8.2左右,5号膜设备的出水p H 在7.2～7.8之间,其他的在7.8～8.0之间.这和超滤进水p H 值有关,1号设备直接处理海水,因此出水和海水的p H 值相当;5号所处理的混凝水p H 值比其他的要低;6套超滤设备出水浊度皆小于0.2N TU ,为无浊水,满足反渗透出水要求;超滤出水SDI 整体呈上升趋势,但基本保持在3以下,5号膜设备由于双皮层、低通量、低进水p H 和错流过滤等原因,因此SDI 较低;超滤出水COD 值与进水COD 浓度有关.随着运行时间的增加,出水COD 有增大的趋势(从1mg/L 到6.0mg/L ),去除率呈下降趋势(从80%降到10%),然后保持稳定;超滤出水胶硅为0.5～2.0mg/L ,去除率较稳定地保持在40%～85%.超滤出水总铁保持在100μg/L 以下,开始有略微上升的趋势,后期比较稳定,去除率保持在60%～90%;海水的细菌总数为150～430个/mL ,通过膜的筛分作用,细菌基本被截留,检测6套超滤出水细菌均小于3个/mL ,去除率在99%以上.3 结论与建议(1)经过2个多月的中试,6套设备在不同参数下连续稳定运行,压差在允许范围内稳步上升,经过周期性的反洗和化学清洗,膜恢复性能良好.因此几种类型的超滤膜从运行参数数据上看,都能67 第2期张敬东,等:超滤用于高浊度海水淡化反渗透预处理的现场试验适应该海域高浊度海水进行反渗透淡化前的预处理步骤.(2)超滤出水p H值为7.2～8.2,浊度<0.2 N TU,SDI<3,胶硅去除率为40%～85%,Fe去除率为60%～90%,COD从80%降到10%,细菌去除率>99%.因此,几种类型的超滤膜出水水质指标满足反渗透进水要求.(3)内压式超滤膜比外压式超滤膜通量大,压差77武汉大学学报(工学版)2007 小,耗能低,但反洗时加药量大,外压式抗冲击负荷大,但能耗高.6套超滤设备的回收率都大于90%.参考文献:[1] 刘莱娥.膜分离技术[M].北京:化学工业出版社, 1998.[2] 邵 刚.膜法水处理技术[M].河北:冶金工业出版社,1992.[3] 冯逸仙.反渗透水处理系统工程[M].北京:中国电力出版社,2005.87。
气浮技术应用于水环境生态修复1 气浮技术概述气浮为一种高效、快速的固液分离技术。
它是利用高度分散的微气泡作为载体粘附废水中的悬浮物，使其密度小于水而上浮到水面以实现固液分离过程。
它可用于水中同体与固体、固体与液体、液体与液体乃至溶质中离子的分离 1。
与沉淀工艺相比，气浮工艺所需药剂量较少；占地而积仅为沉淀法的1/8～1/2；处理后水浊度及SS低，排出的泥渣含水率低于沉淀法排出的泥浆，给污泥的进一步处理带来了较大的便利。
根据气泡的产生方式不同，气浮可分为电解凝聚气浮、散气气浮和溶气气浮等，其中部分回流加压溶气气浮是国内外常用的气浮法。
目前，由于改进了气浮系统中的溶气装置，并使用了高效的溶气释放器，气浮分离技术在水处理领域得到了广泛应用。
工业废水方面：炼油、造纸、印染、电力、电镀、化T 、化纤、毛纺、皮革、电泳漆、食品、机械行业等；城市给水方面：水库水源水、河湖水源水等低温、低浊、富藻水体的净化处理等嘲。
气浮工艺对于水体中隐孢子虫的去除有很好的效果，在滤池反冲洗废水处理和海水淡化的预处理上气浮也有应用。
另外，气浮工艺还应用于污泥浓缩，垃圾渗滤液处理、重金属离子的分离等。
城镇污水处理方面则较多应用在一级强化处理。
气浮技术具有如下优点：1．水力停留时间短，设备占地小。
2．表面负荷高。
3．净化程度高，悬浮物去除率达90％以上。
4．浮渣含水率低，浮渣体积约比沉淀污泥少2～10倍。
5、适宜于间歇操作。
6、池体构造简单，建筑费用低。
2 气浮技术理论气浮技术理论体系主要分为热力学理论、动力学理论、流体力学理论。
2.1 热力学理论热力学理论从接触角和表面自由能角度人手，研究絮体颗粒与微气泡的粘附机理。
该理论认为：压力溶气水中通过溶气释放器释出的微气泡，在其气泡外层包着一层透明的弹性水膜，除排列疏松的外层(流动层)泡膜在上浮过程中受浮力和阻力的影响而流动外，其内层(附着层)泡膜与空气一起构成稳定的微气泡而上浮；经过絮凝剂脱稳凝聚、絮凝形成的柔性网络结构絮粒，具有一定的过剩自由能和憎水基团；二者之间的粘附结合过程是体系自由能降低的热力学自发过程。
