超滤用于海水淡化预处理的研究进展

超滤在市政海水淡化工程中作为预处理的工艺设计Process Design of Ultrafiltration as Pretreatment inMunicipal Seawater Desalination Project颜廷文，周丹(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300381 )YAN Ting -wen , ZHOU Dan(North China Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd., Tianjin 300381, China)【摘要】青岛市某海水淡化工程采用超滤系统作为预处理工艺，论文主要论述了该超滤系统的整体工艺设计，详细介绍了超滤作 为预处理的原理、设计参数、膜组件设计运行流程等。

超滤膜组稳定工作包括以下程序：正常过滤产水程序、水反洗程序、气水反洗 程序、排污程序、正冲程序、化学清洗外循环、化学清洗液排空、恢复性清洗和维护性清洗等。

本工程产水供应大型工业用户论文所 列内容以期为同类工程提供参考和借鉴。

【Abstract 】A seawater desalination project in Qingdao adopted ultrafiltration as the pretreatment process. This paper mainly discussed the overall process design of ultrafiltration system, and introduced the principle, design parameters and operation process of ultrafiltration as the pretreatment in detail. Ultrafiltration membrane group stable work included the following procedures: normal filtering water production process, water backwashing process, air water backwashing process, waste program rushed outside, chemical cleaning cycle, chemical cleaning fluid drain, restorative cleaning, cleaning and maintenance, etc. The water produced by this project is supplied to large industrial users. The contents listed in this paper are expected to provide reference and reference for similar projects.【关键词】海水淡化;超滤；预处理工艺【Keywords 】seawater desalination; ultrafiltration; pretreatment process 【中图分类号】TU991.2;P747【文献标志码】A【文章编号】1007-9467 (2021) 04-0069-03【DOI 】10.13616/j .cnki .gcjsysj .2021.04.225环境工程设计Eniirvnmenl Engineenn/e Design1引言我国淡水资源形势不容乐观，被联合国列为世界上13个 贫水国之一。

超滤膜技术在水处理领域中的应用及发展1. 引言1.1 超滤膜技术的介绍超滤膜技术是一种通过膜孔大小排除悬浮颗粒、胶体、大分子有机物和微生物等杂质的分离技术。

它利用微孔膜的分离作用，将水分子和溶解在水中的小分子溶质通过，拦截水中的高分子溶质、胶体颗粒、微生物等，从而实现水质的净化和分离。

超滤膜的工作原理类似于标准过滤，但其膜的孔径更小，一般在0.01微米至0.1微米之间。

与传统的过滤技术相比，超滤膜技术具有很高的净化效率和可控性。

它能够彻底去除水中的有机物、病原微生物、重金属离子等污染物，提供更为纯净的水质。

超滤膜技术还具有操作简单、占地面积小、投资成本低的优点，逐渐成为水处理领域中的主流技术之一。

在当前的环境污染日益严重的背景下，超滤膜技术的应用越来越受到关注和重视。

它不仅可以用于饮用水处理，还广泛应用于工业废水处理、海水淡化等领域。

随着超滤膜技术的不断发展和完善，相信其在水处理领域中的地位将会越来越重要。

1.2 水处理领域中的重要性超滤膜技术能够有效去除水中的微生物、悬浮固体、胶体颗粒等杂质，提高水的透明度和净化程度，使水达到饮用水、工业用水、农业灌溉水质标准。

在饮用水处理中，超滤膜技术可以有效消除水中的有害物质，保障人们健康饮水的需求；在工业废水处理中，超滤膜技术可以实现废水的回收利用，降低生产成本，减少对环境的污染；在海水淡化中，超滤膜技术可以将海水转化为淡水资源，缓解淡水资源的短缺问题。

超滤膜技术在水处理领域中具有重要意义，可以有效改善水质，保障人类生活和生产用水需求，促进社会可持续发展。

【2000字】2. 正文2.1 超滤膜技术在饮用水处理中的应用超滤膜技术在饮用水处理中的应用是指通过超滤膜对水中的杂质、微生物和有机物进行过滤和分离，从而提高饮用水的质量。

超滤膜技术在饮用水处理中的应用越来越广泛，主要体现在以下几个方面：超滤膜技术能够有效去除水中的有害物质。

由于超滤膜的微孔大小仅为0.01微米至0.1微米，可以有效拦截水中的细菌、病毒、重金属离子等有害物质，保障饮用水的安全。

超滤技术与设备在水处理领域的研究进展超滤技术是一种通过压力驱动，利用超微孔径的滤膜对水进行分离和过滤的技术。

随着水资源的日益紧缺和水质污染的加剧，超滤技术在水处理领域得到了广泛的应用和研究。

本文将对超滤技术在水处理领域的研究进展进行介绍和分析。

一、超滤技术原理超滤技术是利用超滤膜对水中的微粒、胶体、细菌、病毒等进行分离和过滤的技术。

超滤膜具有超细孔径，能够有效地截留水中的有机物质和微生物，从而实现对水质的净化和提纯。

超滤技术的原理是利用外加压力或负压力，将被处理的水体置于超滤膜的一侧，通过膜的孔隙将水中的杂质分离出去，从而得到清洁的水。

二、超滤技术在水处理领域的应用1. 污水处理：超滤技术可以有效地去除污水中的有机物质、微生物和悬浮固体，使污水得到净化和回用。

在污水处理厂和工业废水处理过程中，超滤技术常常被用于深度处理污水，实现水的循环利用和资源回收。

3. 海水淡化：超滤技术可以应用于海水淡化工程，通过超滤膜将海水中的盐分和微生物分离出去，从而得到淡化的水质。

海水淡化技术对于缓解淡水资源紧缺问题具有重要意义。

4. 工业用水处理：在工业生产领域，超滤技术可以应用于工业用水的净化和资源回收，从而实现水资源的节约和合理利用。

超滤技术在制药、电子、化工等行业的废水处理方面有着重要的应用价值。

三、超滤技术设备的研究进展1. 超滤膜材料的研发：目前，超滤膜的材料主要包括聚酰胺、聚醚砜、聚丙烯等，随着纳米技术和材料科学的不断发展，超滤膜材料的研发也在不断完善和更新。

纳米复合材料、无机有机复合材料和功能化表面材料等新型材料的应用，能够大大提高超滤膜的抗污染性能和分离效率。

2. 超滤设备的优化设计：超滤设备的性能主要取决于超滤膜的选择和设备的设计。

目前，研究人员在超滤设备的结构优化、操作方式改进和自动化控制方面取得了一些重要进展。

纵向渗透式超滤设备、横向渗透式超滤设备等新型设备的应用，能够提高超滤系统的处理效率和稳定性。

海水淡化技术及装备的研究进展海水淡化是指将海水中的盐分去除，从而使其变成可以饮用或用于灌溉的淡水。

由于全球水资源日益短缺，海水淡化技术成为了解决水资源问题的重要手段之一。

本文将对海水淡化技术及装备的研究进展进行综述。

1. 蒸馏技术蒸馏技术是最早被应用于海水淡化领域的方法之一。

其基本原理是利用蒸发和凝结的物理过程将水分离出来。

经过多年的发展，蒸馏技术已经有了很大的突破，包括多效蒸馏、闪蒸和反渗透等。

多效蒸馏是一种高效的蒸馏技术，其利用了多级的蒸发和冷凝器，从而提高了能量利用率。

闪蒸是一种低温蒸馏技术，其通过将水加热到接近沸点，然后快速去除压力来实现蒸发。

而反渗透是一种利用半透膜分离溶液中的溶质和溶剂的方法，其膜孔径比水分子小得多，从而只允许水通过，而不允许盐分通过。

2. 膜分离技术膜分离技术是近年来海水淡化领域的一项重要技术。

其基本原理是通过膜的孔径和特性，将海水中的溶质和溶剂分离开来。

膜分离技术包括了反渗透、电渗析、超滤和微滤等。

反渗透作为最常用的膜分离技术之一，其透过率和截留效果都非常理想。

电渗析是利用电场和离子的迁移速度的差异，将溶液中的离子分离出来。

超滤和微滤是根据膜的孔径选取原理进行分离，其对分子尺寸和形状的选择性较强。

3. 离子交换技术离子交换技术是一种能够去除溶液中的离子的方法。

其基本原理是利用离子交换剂与溶液中的离子之间的吸附和解吸作用，将溶液中的离子去除。

离子交换技术可以用来去除海水中的硬度离子和重金属离子。

离子交换技术主要分为阳离子交换和阴离子交换两种方法。

阳离子交换是通过树脂与阳离子之间的吸附和解吸作用进行离子的交换，而阴离子交换则是通过树脂与阴离子之间的吸附和解吸作用进行离子的交换。

离子交换技术在海水淡化中的应用可以有效降低盐浓度和重金属含量。

4. 太阳能海水淡化太阳能海水淡化是一种利用太阳能作为能源进行海水淡化的环保技术。

其基本原理是通过太阳能板将太阳能转化为电能，并用于驱动海水淡化装置。

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。

精品整理
海水淡化预处理复合超滤膜技术
一、技术概述
超滤膜产品的核心是膜材料，膜材料性能优劣直接影响产品使用寿命、投资成本和运行成本。

在国家科技计划支持下，通过不断研究开发，突破了高品质中空纤维膜制备技术、产业化技术以及应用技术，国产超滤技术产品逐渐赶超国际先进水平，尤其十二五期间，海水淡化预处理超滤膜得到国家科技支撑计划支持，已经开发出高性能海水淡化预处理膜组件，采用自主知识产权的复合热致相中空纤维膜制备技术开发出具有较高综合性能的膜产品，表现在膜强度较原有湿法纺丝膜提高3倍以上，耐压性提高2倍以上，基于此膜通量较原产品有较大提高，膜综合性能达到国际先进水平。

二、技术优势
本技术主要包括：高强度复合超滤膜组件及成套装备，膜组件有6quot;和8quot;产品，装备单机处理规模1000～10000m3/d，可根据工程规模进行模块化组合。

该产品可用于膜法海水淡化工程预处理，高过滤精度可为反渗透提供可靠的进水水质保障，出水SDI3，浊度0.1NTU。

模块化设计可根据工程处理规模进行有机组合，灵活方便。

装备系统包括：超滤膜单元、自控系统、清洗系统等辅助设备，可广泛应用于膜法海水淡化、苦咸水淡化及再生水回用等工程。

三、适用范围
可作为反渗透前处理用于膜法海水淡化及苦咸水淡化工程。

此外在饮用水净化，污水深度处理回用方面已经广泛应用。

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。