超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用_刘继全
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海水淡化预处理实践工程建在宁波市镇海七里 屿海岛上 , 海水中总悬浮固体量在 1 500 ～ 4 000 mgΠL之间. 为了减轻超滤组件工作负荷 ,减少膜的冲 洗和清洗频率 ,延长膜使用寿命 ,超滤组件前设置了 斜板沉降系统和砂滤过滤器 ,以降低超滤进水的浊 度和污染程度. 由于超滤对小分子的有机物去除率 低 ,所以超滤出水又经碳滤 ,以吸附小分子的有机 物. 预处理工艺流程如图 1 所示.
考察膜孔径对预处理效果的影响. 过滤采取恒压 、 错流的方式. 通过实验结果分析了超滤膜截留分子
表 1 实验海水水质 Tab. 1 Feed sea water quality
指标
pH 值
电导率Π (ms·cm - 1 )
TDSΠ (g·L - 1 )
总硬度Π (g·L - 1 )
COD (Cr)Π (g·L - 1 )
超滤 (UF) 是一种能够将溶液进行净化 、分离或 者浓缩的膜法分离技术 ,它的孔径近似为 0. 002～ 0. 200μm ,介于纳滤和微滤之间 ,可以截留相对分子 量为 103 ～106 的物质[627] . 超滤技术应用的历史虽不 长 ,但因其具有独特的优点 ,已成为当今世界膜分离 技术领域中的重要分支 , 并已获得了较显著的社 会 、经济和环境效益[8] .
(a) 进水压力 :0. 1 MPa
图 4 50 ku 和 10 ku 膜对 COD( Cr) 去除效果的比较 Fig. 4 COD( Cr) removal of 50 ku membrane
and 10 ku membrane
海水中的有机物种类繁多且分子量分布宽 ,从 机械筛分理论上讲 ,10 ku 膜比 50 ku 膜的膜孔径 小 ,10 ku 的膜去除有机物的效果应该更明显一些 , 但从实验结果 (图 4) 可以看出 ,两种膜对 COD ( Cr) 去除效果相差并不是很明显 ,有些情况下 50 ku 膜 对 COD (Cr) 去除率高于 10 ku 膜 ,这说明超滤去除
反渗透 ( RO) 海水淡化作为解决淡水资源危机 的有效途径之一 ,已经在许多国家和地区得到了广 泛的应用. 在反渗透海水淡化工程中 ,预处理是一个 必不可少的步骤. 预处理的目的是除去原水中的悬 浮固体 、微生物和细菌 ,调节进水 pH 值和水温 ,防 止金属氧化物和微溶盐的沉淀等[123] ,使进水达到反 渗透进水要求. 反渗透海水淡化常规预处理方法有 加氯杀菌 、在线凝聚和絮凝 、多介质过滤 、加酸调节 pH 值 、加防垢剂和还原剂 、保安过滤等. 传统预处理 中的多介质过滤器和筒式过滤器并不能完全去除胶 体和悬浮物质 ,出水水质会产生波动[4] ,另外传统的 加药处理方式会对反渗透膜和环境造成污染[5] .
612
上 海 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
第 12 卷
量对出水水质以及膜过滤通量的影响. 2. 1. 1 两种超滤膜对浊度去除效果的比较
实验过程中超滤进水浊度为 10～50 NTU ,操作 压力维持为 0. 1 MPa. 两种膜对浊度的去除效果如 图 3 所示. 从实验结果可以看出 , 两种膜的出水浊 度相差不大 ,截留分子量为 10 ku 的膜比截留分子 量为 50 ku 的膜平均出水浊度稍低 ,但二者出水浊 度均小于 0. 1 NTU ,都能满足反渗透海水淡化的进 水要求.
图 3 50 ku 和 10 ku 膜对浊度去除效果的比较 Fig. 3 Filtrate turbidity against time for 50 ku membrane
and 10 ku membrane
2. 1. 2 两种超滤膜对 COD (Cr) 去除效果的比较 在 0. 1 MPa 的操作压力下 ,实验对两种超滤膜的
1. 1 预处理工艺流程设计 在确定海水淡化给水预处理工艺流程时 ,主要
根据待处理的海水水质来选择合适的处理工艺 ,同 时考虑使用地点 、方式 、管理水平以及反渗透海水淡 化膜的性能等因素 ,做到既降低成本 、简化操作 ,又 能满足反渗透进水的水质要求.
超滤作为一种新型的反渗透海水淡化预处理方 式 ,与常规预处理相比 ,具有设计易于标准化 、操作 易于自动化 、无需连续投入化学药剂 、可降低能耗和 人力等优点. 超滤可取代传统的加次氯酸钠杀菌 、凝 聚 、澄清 、过滤等步骤[1] . 由于超滤出水水质好 ,用超 滤作为预处理 ,可以提高反渗透膜元件的设计流量 , 延长反渗透膜元件清洗间隔时间 ,降低其清洗强度 和清洗难度 ,延长反渗透膜元件的使用寿命[3] . 本预 处理工艺采用了超滤技术.
Application of Ultrafiltration in Pretreatment of Sea water Desalination
LIU Ji2quan , FANGJian2hui , DENG Ying , SHI Li2yi
(School of Sciences , Shanghai University , Shanghai 200444 , China)
第 12 卷 第 6 期 2006 年 12 月
上海大学学报 (自然科学版)
JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE)
文章编号 :100722861 (2006) 0620610205
Vol. 12 No. 6 Dec. 2006
超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用
实验研究用水为宁波市镇海区海水 ,实验阶段 水质指标见表 1. 1. 3 分析方法
WTW Cond 330i 型电导率ΠTDS 测定仪 (德国) 测 定电导率和溶解性总固体 ( TDS) ; HACH2COD 测定仪 (美国) 测定 COD (Cr) ; HACH 浊度仪 (美国) 测定浊 度 ;罗迪 EZ SDITM 型全自动 SDI 仪 (美国) 测定 SDI ; PHS23B 型 pH 计 (上海理达) 测定 pH 值 ; 重量法测 定悬浮固体 ;络合滴定法测定总硬度.
超滤可以有效除去水中的悬浮物 、胶体 ,对有机 物的去除效果与原水中有机物的种类和分子量分布 有关 ,一般来说 ,超滤对大分子量的有机物去除效果 较好[9] . 本工作对超滤技术在反渗透海水淡化预处 理中的应用作了初步研究.
收稿日期 :2006202213 基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863 计划) 资助项目 (2002AA302302) 通信作者 :方建慧 (1966～) ,男 ,副教授 ,研究方向为功能材料. E2mail :fangjianhui66 @163. com
进水和出水的 COD(Cr) 进行分析 ,所得结果见图 4.
有机物的主要机理不是简单的机械筛分作用 ,膜的 特性如膜表面电荷 、憎水性 、粗糙度等是影响有机物 去除效果的主要因素[10] ,也就是说膜表面对有机物 的吸附是超滤去除有机物的主要机理. 由于实验所 采用的两种膜的材料相同 ,膜性质相似 ,故它们去除 有机物的效果相近.
两种超滤膜在一定操作压力下的过滤通量情况 如图 5 所示. 从表面上看 ,两种膜的膜面积相同 ,50 ku 膜的膜孔径比 10 ku 膜大 ,在一定的操作压力下 , 其过滤通量应该大一些 ,但事实并非如此. 两种膜在 压力 0. 1 MPa 下运行时 ,50 ku 膜的过滤通量比 10 ku 膜 大 , 但 在 压 力 0. 2 MPa 运 行 时 , 10 ku 膜 的过滤通量反而比50 ku膜大 ,可以推测两种膜的
刘继全 , 方建慧 , 邓 英 , 施利毅
(上海大学 理学院 ,上海 200444)
摘要 : 该文介绍了超滤技术 ,分析了超滤技术应用于海水淡化预处理的技术优势 ,考察了超滤系统在反渗透海水淡 化预处理工程中的运行情况. 实验采用 50 ku 和 10 ku 聚砜中空纤维膜组件 ,讨论了超滤膜孔径 、操作压力 、过滤时 间对预处理出水浊度 、COD (Cr) 和膜过滤通量的影响 ,分析了超滤系统出水污染指数 (SDI) 随时间的变化情况. 关键词 : 超滤 ;海水淡化预处理 ; 浊度 ;COD (Cr) ;SDI 中图分类号 : TQ 028. 8 文献标识码 : A
另外 ,从图 4 中还可以看出 ,出水 COD (Cr) 随进 水 COD (Cr) 的波动而波动 ,但波动幅度不大. 进水 COD(Cr) 越高 ,超滤对其去除效果越好. 这可能是由 于引起海水 COD (Cr) 值波动的主要是一些工业污染 的大分子有机物所致 , 超滤能较好地去除这些有 机物. 2. 1. 3 两种超滤膜过滤通量比较
悬浮固体Π (g·L - 1 )
温度Π ℃
数值 7. 52～7. 83 28～32
ຫໍສະໝຸດ Baidu
13. 550～14. 330 3. 540～3. 720
0. 038～0. 180
1. 500～4. 000
18～26
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
和 10 ku. 超滤系统采用 5 支膜组件并联 ,错流 、内压 式的过滤方式 ,设计流量为 1. 5 tΠh. 超滤膜组件前 用 50μm 的叠片式过滤器作为保安过滤器 ,工艺流 程如图 2 所示.
图 2 超滤系统工艺流程图 Fig. 2 Flow chart of UF system
斜板沉降槽处理量为 4 tΠh 左右 ,满足预处理系 统的要求 ;海水经斜板沉降槽 、砂滤和叠片式过滤器 初步除浊后 ,浊度降至 10～50 NTU. 经超滤处理后 , 海水浊度可降到 0. 1 NTU 以下 ,完全符合反渗透进 水要求 ,同时 COD (Cr) 值也有一定程度的下降. 对于 超滤不能去除的小分子天然有机物 ,后置活性碳过 滤器可以将其吸附除去. 1. 2 实验水质
Abstract : Ultrafiltration techniques are introduced in this paper. Advantages of ultrafiltration applied in the pretreatment of seawater are analyzed. During pilot testing , influence of different MWCO ultrafiltration membrane , operation pressure and filtration time on the removal of turbidity , COD (Cr) and filtration flux is investigated using 50 ku and 10 ku polysulfone hollow fiber UF membrane. SDI of UF filtration was measured against time to evaluate performance of pretreatment systems. Key words : ultrafiltration ; pretreatment of seawater ; turbidity ; COD (Cr) ; SDI
图 1 预处理工艺流程图 Fig. 1 Flow chart of pretreatment system
超滤膜采用大连天邦公司生产的 BW 型聚砜中 空纤维超滤膜组件 ,截留分子量 (MWCO) 为50 ku
2 结果与讨论
2. 1 超滤膜孔径对预处理效果的影响 实验采用 MWCO 为 50 ku 和 10 ku 的超滤膜来
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 6 期
刘继全 ,等 :超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用
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1 实验部分
考察膜孔径对预处理效果的影响. 过滤采取恒压 、 错流的方式. 通过实验结果分析了超滤膜截留分子
表 1 实验海水水质 Tab. 1 Feed sea water quality
指标
pH 值
电导率Π (ms·cm - 1 )
TDSΠ (g·L - 1 )
总硬度Π (g·L - 1 )
COD (Cr)Π (g·L - 1 )
超滤 (UF) 是一种能够将溶液进行净化 、分离或 者浓缩的膜法分离技术 ,它的孔径近似为 0. 002～ 0. 200μm ,介于纳滤和微滤之间 ,可以截留相对分子 量为 103 ～106 的物质[627] . 超滤技术应用的历史虽不 长 ,但因其具有独特的优点 ,已成为当今世界膜分离 技术领域中的重要分支 , 并已获得了较显著的社 会 、经济和环境效益[8] .
(a) 进水压力 :0. 1 MPa
图 4 50 ku 和 10 ku 膜对 COD( Cr) 去除效果的比较 Fig. 4 COD( Cr) removal of 50 ku membrane
and 10 ku membrane
海水中的有机物种类繁多且分子量分布宽 ,从 机械筛分理论上讲 ,10 ku 膜比 50 ku 膜的膜孔径 小 ,10 ku 的膜去除有机物的效果应该更明显一些 , 但从实验结果 (图 4) 可以看出 ,两种膜对 COD ( Cr) 去除效果相差并不是很明显 ,有些情况下 50 ku 膜 对 COD (Cr) 去除率高于 10 ku 膜 ,这说明超滤去除
反渗透 ( RO) 海水淡化作为解决淡水资源危机 的有效途径之一 ,已经在许多国家和地区得到了广 泛的应用. 在反渗透海水淡化工程中 ,预处理是一个 必不可少的步骤. 预处理的目的是除去原水中的悬 浮固体 、微生物和细菌 ,调节进水 pH 值和水温 ,防 止金属氧化物和微溶盐的沉淀等[123] ,使进水达到反 渗透进水要求. 反渗透海水淡化常规预处理方法有 加氯杀菌 、在线凝聚和絮凝 、多介质过滤 、加酸调节 pH 值 、加防垢剂和还原剂 、保安过滤等. 传统预处理 中的多介质过滤器和筒式过滤器并不能完全去除胶 体和悬浮物质 ,出水水质会产生波动[4] ,另外传统的 加药处理方式会对反渗透膜和环境造成污染[5] .
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第 12 卷
量对出水水质以及膜过滤通量的影响. 2. 1. 1 两种超滤膜对浊度去除效果的比较
实验过程中超滤进水浊度为 10～50 NTU ,操作 压力维持为 0. 1 MPa. 两种膜对浊度的去除效果如 图 3 所示. 从实验结果可以看出 , 两种膜的出水浊 度相差不大 ,截留分子量为 10 ku 的膜比截留分子 量为 50 ku 的膜平均出水浊度稍低 ,但二者出水浊 度均小于 0. 1 NTU ,都能满足反渗透海水淡化的进 水要求.
图 3 50 ku 和 10 ku 膜对浊度去除效果的比较 Fig. 3 Filtrate turbidity against time for 50 ku membrane
and 10 ku membrane
2. 1. 2 两种超滤膜对 COD (Cr) 去除效果的比较 在 0. 1 MPa 的操作压力下 ,实验对两种超滤膜的
1. 1 预处理工艺流程设计 在确定海水淡化给水预处理工艺流程时 ,主要
根据待处理的海水水质来选择合适的处理工艺 ,同 时考虑使用地点 、方式 、管理水平以及反渗透海水淡 化膜的性能等因素 ,做到既降低成本 、简化操作 ,又 能满足反渗透进水的水质要求.
超滤作为一种新型的反渗透海水淡化预处理方 式 ,与常规预处理相比 ,具有设计易于标准化 、操作 易于自动化 、无需连续投入化学药剂 、可降低能耗和 人力等优点. 超滤可取代传统的加次氯酸钠杀菌 、凝 聚 、澄清 、过滤等步骤[1] . 由于超滤出水水质好 ,用超 滤作为预处理 ,可以提高反渗透膜元件的设计流量 , 延长反渗透膜元件清洗间隔时间 ,降低其清洗强度 和清洗难度 ,延长反渗透膜元件的使用寿命[3] . 本预 处理工艺采用了超滤技术.
Application of Ultrafiltration in Pretreatment of Sea water Desalination
LIU Ji2quan , FANGJian2hui , DENG Ying , SHI Li2yi
(School of Sciences , Shanghai University , Shanghai 200444 , China)
第 12 卷 第 6 期 2006 年 12 月
上海大学学报 (自然科学版)
JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE)
文章编号 :100722861 (2006) 0620610205
Vol. 12 No. 6 Dec. 2006
超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用
实验研究用水为宁波市镇海区海水 ,实验阶段 水质指标见表 1. 1. 3 分析方法
WTW Cond 330i 型电导率ΠTDS 测定仪 (德国) 测 定电导率和溶解性总固体 ( TDS) ; HACH2COD 测定仪 (美国) 测定 COD (Cr) ; HACH 浊度仪 (美国) 测定浊 度 ;罗迪 EZ SDITM 型全自动 SDI 仪 (美国) 测定 SDI ; PHS23B 型 pH 计 (上海理达) 测定 pH 值 ; 重量法测 定悬浮固体 ;络合滴定法测定总硬度.
超滤可以有效除去水中的悬浮物 、胶体 ,对有机 物的去除效果与原水中有机物的种类和分子量分布 有关 ,一般来说 ,超滤对大分子量的有机物去除效果 较好[9] . 本工作对超滤技术在反渗透海水淡化预处 理中的应用作了初步研究.
收稿日期 :2006202213 基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863 计划) 资助项目 (2002AA302302) 通信作者 :方建慧 (1966～) ,男 ,副教授 ,研究方向为功能材料. E2mail :fangjianhui66 @163. com
进水和出水的 COD(Cr) 进行分析 ,所得结果见图 4.
有机物的主要机理不是简单的机械筛分作用 ,膜的 特性如膜表面电荷 、憎水性 、粗糙度等是影响有机物 去除效果的主要因素[10] ,也就是说膜表面对有机物 的吸附是超滤去除有机物的主要机理. 由于实验所 采用的两种膜的材料相同 ,膜性质相似 ,故它们去除 有机物的效果相近.
两种超滤膜在一定操作压力下的过滤通量情况 如图 5 所示. 从表面上看 ,两种膜的膜面积相同 ,50 ku 膜的膜孔径比 10 ku 膜大 ,在一定的操作压力下 , 其过滤通量应该大一些 ,但事实并非如此. 两种膜在 压力 0. 1 MPa 下运行时 ,50 ku 膜的过滤通量比 10 ku 膜 大 , 但 在 压 力 0. 2 MPa 运 行 时 , 10 ku 膜 的过滤通量反而比50 ku膜大 ,可以推测两种膜的
刘继全 , 方建慧 , 邓 英 , 施利毅
(上海大学 理学院 ,上海 200444)
摘要 : 该文介绍了超滤技术 ,分析了超滤技术应用于海水淡化预处理的技术优势 ,考察了超滤系统在反渗透海水淡 化预处理工程中的运行情况. 实验采用 50 ku 和 10 ku 聚砜中空纤维膜组件 ,讨论了超滤膜孔径 、操作压力 、过滤时 间对预处理出水浊度 、COD (Cr) 和膜过滤通量的影响 ,分析了超滤系统出水污染指数 (SDI) 随时间的变化情况. 关键词 : 超滤 ;海水淡化预处理 ; 浊度 ;COD (Cr) ;SDI 中图分类号 : TQ 028. 8 文献标识码 : A
另外 ,从图 4 中还可以看出 ,出水 COD (Cr) 随进 水 COD (Cr) 的波动而波动 ,但波动幅度不大. 进水 COD(Cr) 越高 ,超滤对其去除效果越好. 这可能是由 于引起海水 COD (Cr) 值波动的主要是一些工业污染 的大分子有机物所致 , 超滤能较好地去除这些有 机物. 2. 1. 3 两种超滤膜过滤通量比较
悬浮固体Π (g·L - 1 )
温度Π ℃
数值 7. 52～7. 83 28～32
ຫໍສະໝຸດ Baidu
13. 550～14. 330 3. 540～3. 720
0. 038～0. 180
1. 500～4. 000
18～26
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和 10 ku. 超滤系统采用 5 支膜组件并联 ,错流 、内压 式的过滤方式 ,设计流量为 1. 5 tΠh. 超滤膜组件前 用 50μm 的叠片式过滤器作为保安过滤器 ,工艺流 程如图 2 所示.
图 2 超滤系统工艺流程图 Fig. 2 Flow chart of UF system
斜板沉降槽处理量为 4 tΠh 左右 ,满足预处理系 统的要求 ;海水经斜板沉降槽 、砂滤和叠片式过滤器 初步除浊后 ,浊度降至 10～50 NTU. 经超滤处理后 , 海水浊度可降到 0. 1 NTU 以下 ,完全符合反渗透进 水要求 ,同时 COD (Cr) 值也有一定程度的下降. 对于 超滤不能去除的小分子天然有机物 ,后置活性碳过 滤器可以将其吸附除去. 1. 2 实验水质
Abstract : Ultrafiltration techniques are introduced in this paper. Advantages of ultrafiltration applied in the pretreatment of seawater are analyzed. During pilot testing , influence of different MWCO ultrafiltration membrane , operation pressure and filtration time on the removal of turbidity , COD (Cr) and filtration flux is investigated using 50 ku and 10 ku polysulfone hollow fiber UF membrane. SDI of UF filtration was measured against time to evaluate performance of pretreatment systems. Key words : ultrafiltration ; pretreatment of seawater ; turbidity ; COD (Cr) ; SDI
图 1 预处理工艺流程图 Fig. 1 Flow chart of pretreatment system
超滤膜采用大连天邦公司生产的 BW 型聚砜中 空纤维超滤膜组件 ,截留分子量 (MWCO) 为50 ku
2 结果与讨论
2. 1 超滤膜孔径对预处理效果的影响 实验采用 MWCO 为 50 ku 和 10 ku 的超滤膜来
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第 6 期
刘继全 ,等 :超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用
61 1
1 实验部分