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超滤与反渗透在工业区水厂的应用
摘要：介绍了超滤与反渗透处理工艺在工业区水厂的应用，对设备选用及作用效果进行了分析。

关键词：超滤，反渗透，工业区用水
1.前言：
随着经济的发展与人口的快速增长，我国近年来水资源水质状况越来越不容乐观，淡水水量逐步减少，水中有机物含量与耗氧量偏高。

对某些水源常规的水处理技术已不能满足出水水质要求，尤其是工业用水，对某些离子含量又有特殊要求，因此需要增加预处理及深度处理工艺。

自从1948年法国学者Abbe Nollet 首次揭示膜分离现象，到1952年美国Ionics公司研制成功第一个膜渗析器，近三、四十年间，膜技术得到了突飞猛进的发展，已经发展成为一项高新技术，并广泛应用在食品、环保等领域，近年来又开始在海水淡化、给水深度处理中得到了应用。

2.超滤与反渗透技术：
超滤是一种膜过滤技术，通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。

当水在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为滤液），而大分子物质如水中的悬浮颗粒物、浊度、大分子有机物等则被截留。

这种选择性透过功能使超滤膜非常适用于那些对过滤水有严格要求的场合。

目前超滤膜材料主要有聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等，膜结构形式有中空丝、管式、卷式和平板等，膜组件的形式分为加压外置式和负压内置式两大类。

超滤技术系统简单，出水水质稳定，易于自控，能适应由原水水质变化而造成的影响，而且与传统过滤相比，其结构紧凑，占地省，自动化程度高，药耗少。

反渗透是最精密的液体膜分离技术，它以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，截留所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，只允许水分子透过。

因此反渗透膜适用于各类脱盐。

一般来说，反渗透分离过程中化学因素即膜与其表面特性起主导作用。

膜材料主要为芳香族聚酰胺复合膜，其结构形式以卷式和中空纤维式为主。

与其他脱盐技术相比，反渗透技术主要有以下优点：1）分离过程不发生相变，能耗低；2）只用压力作为反渗透分离的推动力，装置操作简单，便于自控和维修；3）适用对象从有机物、无机物，病毒、细菌到微粒，范围广泛。

由于反渗透膜元件中盐水网格容易堵塞，因此原水进入反渗透以前必须经过大量的预处理，而超滤膜可去除水中极小的污染物，脱浊效果很好，这对反渗透膜来说是及其理想的。

因此超滤与反渗透结合的集成膜系统在对含盐量要求较高的场合应用效果较好。

3.超滤与反渗透在工业区水厂的应用：
3.1项目背景
宁波杭州湾大桥南端沿海某工业区内水源水具有苦咸水特征，且有机物含量、耗氧量及氯离子含量较高，造成工业园区内工厂的锅炉、冷却水等无法使用，随着越来越多的企业落户工业园区，园区外来的水无法保证供给，而园区内则有水不能用，长久以往势必导致工厂停产，造成很大的经济损失。

经多方探讨后，园区决定改造现有水厂，在常规混凝、沉淀、过滤处理后增加一套采用膜分离的深度处理设备。

3.2设计规模与方案
本工程在目前水厂西北方向的位置建造膜处理车间，设置超滤和反渗透设备。

设计规模为超滤20000吨/日、反渗透为15000吨/日，分两期建设，一期设计规模为超滤10000吨/日、反渗透为7500吨/日，二期设计规模为超滤10000吨/日、反渗透为7500吨/日。

水厂内深度处理采用超滤+反渗透工艺，流程如下：
原水池超滤供水自清洗过滤超滤装置中间水池反渗透供水保安过滤高压泵反渗透装置清水池
3.3超滤装置选择
本项目超滤膜系统设计产水量保证值为10000m3/d。

考虑到系统的安全可靠性，设计水回收率为91.7%，15℃时，设计最大膜通量为80.0LMH，净膜通量为69.1LMH，确保在5年以上的膜元件寿命期内，产水量能满足设计的要求。

超滤膜采用标准的8寸设计，其平均孔径为0.020～0.025m，最大孔径不超过0.025m。

这样可充分保证水中尺寸大于0.025m的颗粒，如胶体、固体颗粒、病毒、细菌、隐性孢子等被完全过滤掉。

该系列超滤膜对细菌去除率>6log，对病毒去除率>4log，出水水质SDI值保证≤3。

因此保证了过滤后的出水，不含任何悬浮物，长期保持高质量，可作为反渗透等深度处理的入水。

且该超滤膜具有优异的耐化学腐蚀的性能。

因此可以在广泛的pH值范围内进行操作，并且耐氧化，可以用来处理加氯处理后的水，以及用强氧化剂进行清洗。

超滤运行方式为全流过滤，采用8寸压力容器，在每个压力容器中，可以放入4个膜组件。

每个膜组件为1.5米长，毛细管式，膜丝内径0.8 mm，每个膜组的膜面积为40 m2。

过滤采用内置式，如上图入水（深色）进入膜丝的内腔，保持在膜的内部。

过滤后的出水收集到一个中心集水管中（浅色）。

为防治原水中有异物进入超滤膜系统，对膜造成损坏，在原水进入膜系统之前，设置了过滤精度为100µm的前置过滤器，将可能造成膜损坏的、较大的机械性杂质过滤掉。

该前置过滤器为自动清洗型过滤器，设备根据压差或定时时间，自动对过滤元件进行清洗，清洗过程排水极少，清洗过程不影响设备的正常运行。

自动清洗过滤器的滤网元件具有结构简单，过滤能力大、压损小、维护方便的特点, 而且在不停机、不停产的情况下，就可以完成排污和清洗滤网这一过程，同时保证了系统内流体的清洁度。

设计过滤流量270 m3/h.台(共2台),过滤等级100m。

成功应用全流过滤技术的关键，是将过滤、反洗、化学加强反洗三个过程合理设计，从而使最终用户获得最低的运行费用。

反冲洗进行时间很短（通常为20～60秒），我们认为反冲洗是去除膜表面沉积污垢的首选方法。

3.4反渗透装置选择
反渗透装置是系统脱盐的核心。

反渗透系统主要由反渗透供水泵、投药系统、保安过滤器、反渗透高压泵、反渗透机组、反渗透清洗装置组成。

贮存于中间水池的水经反渗透供水泵提升后，投加还原剂和阻垢剂并经过管道混合器混合，通过保安过滤器去除较大颗粒的杂质以保护反渗透膜元件；再经过反渗透高压泵升压分别送入反渗透机组单元数，反渗透出水直接进入清水池。

反渗透系统设计产水量保证值为7500m3/d。

考虑到系统的安全可靠性，设计水回收率为75.0%，15℃时，设计平均膜通量为19.9LMH，确保在3年以上的膜元件寿命期内，产水量能够满足设计的要求。

本项目采用海德能的ESPA2膜组件，该膜组件为目前应用较为广泛的卷式芳香聚酰氨膜，是世界上率先推出的节能型超低压复合膜，，具有较高的脱盐率（99.5%）；超低的运行压力（较常规低压复合膜的运行压力降低了25%～40%）等优点。

在反渗透系统产水的过程中，净水垂直透过反渗透膜时，原水中的盐类和其它胶体污染物因净压作用将被浓缩于膜表面，部分未透过的水流则沿膜表面平行的方向将被浓缩在膜表面的污染物带走。

反渗透装置（RO）设置2套，每套能单独运行，也可以同时运行。

RO装置各段给水及浓水进出水总管上设有连接清洗液进出的管道及阀门。

RO浓水排水装流量控制阀和流量计，以控制水的回收率。

每套反渗透膜组件采用一级二段（2：1）的排列方式。

反渗透膜组长期运行后，会受到某些难以冲洗掉的污染，如长期的微量盐份结垢和有机物的积累而造成膜组件性能的下降，运行压力升高，所以必须用化学
药品进行清洗，以恢复其正常的除盐能力。

反渗透一般每1-4个月清洗一次，每次清洗约2-5小时。

本系统设置一套清洗装置，由1台清洗水泵、1台清洗保安过滤器及1个清洗水箱组成。

反渗透的清洗采用分段清洗的方式，以达到最佳的清洗效果。

学清洗废水进入原厂区的中和系统进行处理。

其他辅助设施选用如下：1）反渗透供水泵：采用2台离心泵，设计流量210 m3/h、扬程30米、功率30 kw。

2）保安过滤器：保安过滤器壳体材质为不锈钢304材质，精密过滤器的进水口和出水口分别装有压力表。

当进出口水压差达到设定的10PSI（约0.07Mpa）时，需要更换滤芯。

3）反渗透高压泵：反渗透高压泵为反渗透膜组提供足够的进水压力，维持反渗透膜的正常运行。

高压泵进出口分别设置低/高压开关。

采用2台离心泵，设计流量210 m3/h、扬程95米、功率90 kw。

4.结束语：
该自来水厂从08年底建成至今运行效果非常稳定且满足生活饮用水卫生标准限值（GB5749-2006）。

应该说膜处理技术在该水厂得到了成功的应用。

但是膜元件寿命较短，会因为进水水质、温度等方面影响而会影响产水量，因此该技术还有待进一步研究发展。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开。