溶气气浮超滤预处理工艺在大型海水淡化中应用

1）、UF 运行通量与跨膜压差的变化趋势
图 4 UF 运行通量与跨膜压差变化趋势图
4 作者简介：朱力（1961-），男，高级工程师，副教授，从事膜法技术开发和应用推广。 联系电话：0571-88935412
上图表明，膜通量不变时，跨膜压差上升速度较缓慢，能保持相对的稳定，随着运行时 间延长，其跨膜压差也随之上升。经加药反洗后，超滤膜的跨膜压差明显下降。图中数据为 整个中试过程的数据片段，下同。
杭州水处理中心在曹妃甸北控阿科凌日产 5 万吨项目设计过程中，采用自主专利技术 和科研成果，结合现场试验数据和分析结果，克服工程放大过程中技术瓶颈和施工工期紧 张等诸多困难，解决了多套预处理装置协同工作、试剂配比、在线监控和能耗优化等诸多 工程实施问题，于 2011 年 9 月 28 日成功调试出水。气浮装置如下图所示：
1、海水取样
曹妃甸北控阿科凌海水淡化项目厂址位于渤海湾曹妃甸工业区。本项目从华润电厂引水
渠取海水，设计环境温度为 1-32℃，具体组成见下表：
表 1 曹妃甸项目水质数据表
项目 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ ClSO42HCO3-
技术参数 376 mg/L 9435 mg/L 389 mg/L 1216 mg/L 17148 mg/L 2557 mg/L 142 mg/L
调至 6 以下，会需要很大的加酸量，从而增加运行成本。
z 溶气气浮的 CODMn 去除率＞50-70%；油去除率＞80% ，TSS 去除率 60-80%。
经过试验调试， 溶气气浮装置在下表的操作参数下，取得较理想的去除效果。
进水流量 （m³/h）
35-55
回流比 （%） 10-20
2.3 超滤试验和分析
气浮中试过程采用参数对比法对多工况的出水结果进行分析，如不同气浮表面负荷对 出水浊度的影响；混凝剂与助凝剂不同配比对出水的影响；不同进水浊度对出水的影响； 混凝剂和助凝剂投加量对海水 TOC 去除率的影响；降低 pH 对出水的影响等等。下面以表面 负荷和混凝剂为例说明筛选过程。
1）、表面负荷比较：气浮试验溶气罐压力 0.5MPa，进气量 0.6m3/h，回流比 20%，以气 浮系统表面负荷 5.3m3/m2·h 和 8.3 m3/m2·h，投加 FeCl3 剂量 15mg/L，助凝剂投加量分别 为 0.5mg/L 、1.0mg/L、1.5mg/L、2mg/L、2.5mg/L、3mg/L，考察出水浊度，结果如下图所
项目 pH 值 CODMn TOC 浊度 TSS TDS 水温
技术参数 7.8-8.3 2.2-20.8 mg/L 1.0-6.0 mg/L 5.8-37 NTU 12-45 mg/L 31390.5 mg/L 1-32℃
1 作者简介：朱力（1961-），男，高级工程师，副教授，从事膜法技术开发和应用推广。
2）、UF 产水浊度变化趋势
图 5 UF 产水浊度变化趋势图
上图表明，出水浊度测定最大值为 0.20NTU，最小值为 0.11NTU，统计平均值为 0.16NTU。 3）、UF 产水 SDI 值变化趋势
图 6 UF 产水浊度变化趋势图
从上图可见，UF 产水 SDI 值变化范围在 1.85-2.75 之间，其中 93%出水 SDI 值小于 2.5， 计算平均值为 2.25。
图 7 气浮装置
出水水质检验结果表明：海水浅层气浮池预处理工艺对海水浊度、TSS 和 CODMn 等去除 效果明显，并有较大操作弹性；经 UF 系统处理的出水水质指标稳定，满足 RO 系统的进水 水质要求，保障系统安全可靠运行。
6 作者简介：朱力（1961-），男，高级工程师，副教授，从事膜法技术开发和应用推广。 联系电话：0571-88935412
联系电话：0571-88935412
Байду номын сангаас
CO32-
23 mg/L
硼
4.5 mg/L
2、预处理试验与分析
总碱度 油脂
116 mg/L 0.5-1.0mg/L
2.1 预处理试验工艺流程
取水口的海水经静态混合器进入 DAF 系统，在混合器入口投加混凝剂、助凝剂，10-20%
流量进入溶气装置，溶气后汇流入气浮池，初步除去 TSS、油污和絮凝体。产水由输送泵经
浊度 （NTU） 5.8-37 2.2-9.5 0.11-0.23
TSS (mg/L) 12-45 4.6-9.8 0.1-0.21
CODMn (mg/L) 2.2-20.8 1.13-6.56 0.51-1.82
SDI15
/ / 1.85-2.75
TOC (mg/L) 1.0-6.0 0.46-2.56 0.2-1.02
出水NTU
12 10
8 6 4 2
0.5
1
1.5
2
助凝剂（mg/L）
1#PAC 2#FeCl3
2.5
3
图 3 不同混凝剂对出水浊度的影响
上图结果说明，与 PAC 相比，采用 FeCl3 有更好的混凝效果；助凝剂在 1-1.5 mg/L 左
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右有较好的效果。
3）、其他试验结果：
z 进水浊度与药剂配比：进水浊度为 12 NTU 情况下，混凝剂与助凝剂的配比为
15mg/L/1.35mg/L，此时出水浊度为 4.12NTU，浊度去除率为 65%左右；进水浊度
为 22NTU 情况下，配比为 15mg/L/1.6mg/L，此时出水浊度为 5.5NTU，浊度去除率
油脂 (mg/L) 0.5-1.0 0.05-0.19
/
3、结论
曹妃甸项目在 2010 年和 2011 年期间试验过程中，测试流量、水温、pH 和浊度等参数 共约 600 组数值，取回水样 150 个，分析测试电导、TOC、SS、pH、残余铁和铝含量等，共 约 600 组数值。测试结果表明 DAF+UF 作为预处理工艺技术上是可行的。
曹妃甸北控阿科凌海水淡化项目，采用气浮（DAF）+超滤（UF）预处理工艺处理方案， 除去海水中的油污染物、有机物和 SS 等，保障反渗透（RO）系统安全可靠的运行。由于 DAF + UF 工艺在国内海水淡化领域属首例，我公司对渤海湾海水进行实地取样、分析和试验， 根据现场水质和气候条件下，考察预处理运行稳定性、药剂筛选和运行参数的优化。
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示：
出水NTU
表面负荷对出水浊度的影响 1#进水浊度 22.18NTU，温度23℃，pH=7.9，投加FeCl315mg/L 2#进水浊度 21.61NTU，温度22℃，pH =7.8，投加FeCl315mg/L
为 75 %左右，不同工况下需要调节药剂投加比例，以达到最好的去除效果。
z 药剂投加量与海水 TOC 脱除：通过投加混凝剂和助凝剂，海水浅层气浮池能有效
地去除海水中的 TOC。对低浊度的海水，如要获得海水中的 TOC 去除率较高，相对
投加的混凝剂和助凝剂的量就较大。
z 加酸降低 pH 有利于海水中浊度的去除，不过考虑到海水中 HCO3-缓冲作用，将 pH
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均达到反渗透进水要求。试验出水主要数据如下表所示：
表 3 海水淡化预处理工艺试验主要数据
试验参数
DAF 进水 DAF 出水 超滤出水
水温 pH 值
（℃） 1-32 7.7-8.3 1-32 7.5-7.9 1-32 7.5-7.9
UF 中试结果为：UF 中试在水温 1-32 摄氏度，通量为 64.9L/m2h 时运行，其运行压力和 产水流量平稳；跨膜压差上升平缓，中试测得的水利用率为 93.05%；产水浊度范围 0.20-0.11NTU，平均值 0.16NTU；SDI 值范围 1.85-2.75；平均值 2.25，超滤出水水质指标
UF 保安滤器，送入 UF 装置，进一步除去油污、TSS、COD 等。预处理出水达到 RO 系统入口
水质要求。该项目的预处理试验工艺流程设置如下图所示：
混凝剂、助凝剂
溶气装置
压缩空气
海水进水箱
静态混合器
DAF 池
反洗装置
化学清洗装置
UF 产水箱
UF 装置
UF 保安滤器
排污泥水
去 RO 系统
图 1 预处理试验工艺流程图
表 2 溶气气浮操作参数
溶气流量 （m³/h）
0.5
溶气压力 （Mpa）
0.6
混凝剂 (mg/L) 10-25
助凝剂 （mg/L)
1-2
表面负荷 m3/m2•h
5-10
超滤试验装置由 UF 膜组件、输送泵、超滤保安滤器、产水箱和清洗装置及现场试验仪
器组成。UF 膜过滤运行通量 64.9L/m2.h，对产水流量、浊度和 SDI 等参数进行监测。
2.2 气浮装置试验和分析 气浮试验装置由气浮池、空压机、溶气装置、输送泵等组成。气浮溶气使水中产生大
量的微气泡，以形成水、气、及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和 静水压力差等多力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除物质（如微小油）表面，因 粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒等被分离去除。
2）、混凝剂比较：以 PAC 和 FeCl3 两种混凝剂投加量均为 15mg/L，助凝剂投加量分别 为 0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2mg/L、2.5mg/L，进水水质相差无几，在此情况下，考察 出水浊度，结果如下图所示：
不同混凝剂对出水浊度的影响 1#进水浊度12.24NTU，温度22℃，pH= 7.8，投加 PAC15mg/L； 2#进水浊度12.18NTU，温度23℃，pH =7.9，投加 FeCl3 15mg/L
关键词：海水淡化 溶气气浮 超滤
我国水资源的短缺已成为制约社会和经济可持续发展的重要因素之一，海水淡化技术是 解决我国淡水资源短缺问题有效手段，但由于人类在近海水域活动的频繁，突发性污染事件 常有发生，如漏油事件，海水中的油污染物、有机物和 SS 等都呈逐年增加的趋势，传统预 处理工艺的处理压力越来越大，开发更加安全、可靠的新工艺势在必行。
溶气气浮-超滤预处理工艺 在大型海水淡化中应用
朱力 孙秋里 戴诚怿 吴雅琴 陈志善 杨波
杭州水处理技术研究开发中心 杭州文一西路 50 号 310012
摘 要：为了解决制约我国水资源短缺问题，开发大型海水淡化项目新处理工艺，曹妃甸
北控阿科凌日产 5 万吨项目在国内首次采用的溶气气浮（DAF）-超滤（UF）预处理工艺。项 目实施前期，在各种工况进行中试试验，验证溶气气浮-超滤预处理工艺在大型海水淡化上 的适用性。试验结果表明，在各种工况下，溶气气浮-超滤的预处理工艺出水各项指标均能 满足反渗透系统进水水质要求。
28 1#表面负荷 5.3m3/m2•h
24
20
2#表明负荷 8.3m3/m2•h
16
12
8
4
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
助凝剂（mg/L）
图 2 不同表面负荷下对出水浊度的影响
上图结果说明，当平均表面负荷为 5.3 m3/m2•h 和 8.3 m3/m2•h 时，浊度去除率随表面 负荷增大而降低，最大浊度去除率分别为 76%和 61%。助凝剂投加量在 1.6mg/L 左右时，有 较好的去浊度效果。