袁心，劉偉，宮凱樂，張浩，許忠鳳

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料與膜應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；2.天津工業(yè)大學(xué)，省部共建分離膜與膜過程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

近年來水資源匱乏已經(jīng)成為我國(guó)日益關(guān)注的問題，作為水資源組成部分，海水資源儲(chǔ)量豐富，其有效、綜合利用是緩解和解決我國(guó)水資源匱乏的重要方法之一。膜分離技術(shù)作為一種水處理技術(shù)，目前在海水資源綜合利用中發(fā)揮著重要作用，隨著超濾、反滲透技術(shù)的發(fā)展和完善，進(jìn)一步促進(jìn)超濾、反滲透膜分離技術(shù)在海水資源綜合利用中的發(fā)展和應(yīng)用。但由于反滲透膜的特性，其對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高。選擇合理的預(yù)處理工藝，是預(yù)防反滲透膜元件污染，保證反滲透安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行的決定性因素之一。

超濾技術(shù)是近幾年我國(guó)水務(wù)行業(yè)迅速發(fā)展起來的反滲透膜法的預(yù)處理技術(shù)，克服了傳統(tǒng)預(yù)處理制水工藝中出水水質(zhì)不穩(wěn)定、出水水質(zhì)不合格等諸多不足，能夠保證海水反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有安全、穩(wěn)定、自動(dòng)控制連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)和綠色、高效、節(jié)能、工藝簡(jiǎn)便、過程容易控制等優(yōu)勢(shì)。為此，筆者在天津某港口開展中試研究，探究超濾技術(shù)在海水資源利用中的性能變化，優(yōu)化處理工藝，以及進(jìn)行膜污染清洗研究。

1 試驗(yàn)設(shè)備及流程

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)設(shè)備是以中空纖維超濾膜組件為中心處理單元，配以自控單元、加藥單元、自清洗單元、特殊設(shè)計(jì)的閥門和管路等，實(shí)現(xiàn)連續(xù)且閉路操作系統(tǒng)。袋式過濾器產(chǎn)水，在一定壓力下透過超濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)物理分離凈化。

試驗(yàn)以天津某港口海水作為原水，取水時(shí)海水經(jīng)袋式過濾器過濾，然后輸送至超濾系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)所用超濾系統(tǒng)膜組件UOT865，如圖1所示，組件來自天津膜天膜科技股份有限公司。

圖1 試驗(yàn)所用膜組件UOT865

1.2試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)示意圖(見圖2)

系統(tǒng)流程為：過濾→氣擦洗→氣水洗→排污→運(yùn)行3～5d后EFM→過濾，全程自動(dòng)運(yùn)行，定期化學(xué)清洗需手動(dòng)操作。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)示意圖

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1）

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1超濾系統(tǒng)進(jìn)產(chǎn)水水質(zhì)

雖然海洋環(huán)境變化頻繁，導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大（見圖3），進(jìn)水濁度在3NTU～20NTU之間，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水非常穩(wěn)定，濁度均保持在0.1NTU以下，說明本試驗(yàn)超濾系統(tǒng)的截留能力穩(wěn)定，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的變化有非常高的適應(yīng)性。

試驗(yàn)過程中超濾系統(tǒng)產(chǎn)水SDI15也保持在3以下。滿足后續(xù)進(jìn)水使用要求。

圖3 超濾系統(tǒng)進(jìn)產(chǎn)水濁度變化

2.2超濾系統(tǒng)運(yùn)行情況

自2015年5月7日起至2015年9月6日超濾系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)正式運(yùn)行，整個(gè)周期內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，平均通量達(dá)到70L/m2·h，跨膜壓差在50～85kPa之間，設(shè)置3d進(jìn)行1次EFM，每次EFM后跨膜壓差均能有較大幅度降低，清洗周期性明顯，整個(gè)試驗(yàn)周期膜比通量呈現(xiàn)平滑的變化且每次維護(hù)清洗后基本都能恢復(fù)至初始水平。

試驗(yàn)成果可以證明長(zhǎng)時(shí)間在海水環(huán)境中運(yùn)行不會(huì)對(duì)此超濾系統(tǒng)造成任何影響，膜組件的化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性完全能適應(yīng)海水水質(zhì)。在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)膜組件藥洗后性能恢復(fù)良好。試驗(yàn)運(yùn)行趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 超濾系統(tǒng)運(yùn)行總趨勢(shì)圖

2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

2.3.1 系統(tǒng)產(chǎn)水率和能耗

整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)超濾系統(tǒng)產(chǎn)水率在95%以上，試驗(yàn)正式開始后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水率在96.5%以上，說明在試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)水率能保持在較高水平，從而提高實(shí)際生產(chǎn)效率，降低能源消耗。

整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)設(shè)備的能耗均在0.081kW·h/t左右。

2.3.2 系統(tǒng)藥耗

因?yàn)樵O(shè)備進(jìn)水為海水，濁度波動(dòng)非常大，水質(zhì)不穩(wěn)定，所以設(shè)定EFM周期為3～5d，每次設(shè)備維護(hù)性清洗的藥劑都為次氯酸鈉，自備的10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的次氯酸鈉為原始藥劑。本次試驗(yàn)清洗加次氯酸鈉濃度在8×10-2%左右，清洗工藝為浸泡—循環(huán)—靜止總用時(shí)為50min。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)利用超濾系統(tǒng)（膜組件為UOT865）對(duì)天津某港口海域海水進(jìn)行過濾，通過本試驗(yàn)中對(duì)超濾系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的摸索與改進(jìn)，并分析總結(jié)產(chǎn)水效果，可以為后續(xù)進(jìn)水要求提供保證，同時(shí)為海水資源利用提供有力支持。系統(tǒng)產(chǎn)水濁度＜0.1NTU，SDI15＜3。1）產(chǎn)水率：本次中試試驗(yàn)我們產(chǎn)水率一直保持在95%以上；2）能耗：本試驗(yàn)中產(chǎn)品噸水能耗在0.081kW·h/t左右；3）跨膜壓差：整個(gè)中試階段在夏季高溫條件下進(jìn)行，進(jìn)水溫度在18～30℃之間，設(shè)備的跨膜壓差隨著膜清洗周期性非常明顯，清洗階段非常有助于膜性能恢復(fù)；4）通量：整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行平均通量為70L/m2·h，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，跨膜壓差最高沒有超過90kPa，清洗恢復(fù)性、周期性明顯，項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中，可以保證此通量下穩(wěn)定運(yùn)行；5）設(shè)備維護(hù)清洗：按照試驗(yàn)運(yùn)行情況、系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)和跨膜壓差的變化情況，設(shè)備可3d進(jìn)行一次維護(hù)清洗，清洗的加藥量保持在8×10-2%左右，保證跨膜壓差穩(wěn)定增長(zhǎng)，維護(hù)清洗方法是先循環(huán)后浸泡，總時(shí)間保持在1h以內(nèi)。

總之，通過本試驗(yàn)的開展，檢驗(yàn)了超濾系統(tǒng)優(yōu)異的性能，優(yōu)化了運(yùn)行參數(shù)，保證產(chǎn)水始終滿足后續(xù)進(jìn)水要求，為實(shí)際工程應(yīng)用提供保證，為超濾、反滲透膜分離技術(shù)在海水資源綜合利用提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)依據(jù)。

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