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微滤法在苦咸水淡化工程中的应用

发布时间:2019-07-02 09:10
Application of microfiltration in brackish water     desalination project
【Abstract】With the rapid economic development, the environment suffered serious pollution, water shortages growing, so sewage and seawater desalination project is also vigorously promoted. This article is mainly for seawater desalination to explore the East China Sea, desalination treatment methods are discussed in the main text of microfiltration (MF) method, which can effectively reduce the water SDI15 MF values, removal of most of the inorganic salt water so the conductivity of 20 ~ 40μS/cm down 10μS/cm more or less, you can meet the requirements of plant water use.
Keywords:Microfiltration; brackish water; desalination
随着经济的快速发展,我国的水污染问题越来越严重,水资源处于严重短缺的地步,废水再利用和海水的淡化工程越来越受到人们的重视。水不仅仅是人们生活和生存的必要物质同时也是工业的命脉,随着工业的进步与发展工业用水量也在逐年的增加,然而在淡水资源相对短缺的我国,企业不得不从其他的渠道来解决工业用水的问题,本文以广东理文造纸厂对东海苦咸水的淡化工程为例来探讨双膜法在苦咸水淡化工程中的应用。
1 苦咸水处理系统概况
广东理文造纸厂造纸水源取自东江三角洲的东海,由于受咸潮上溯与上游污水排放的影响,水质较差,不能直接满足生产的需要。为解决水质问题,该公司采用了微滤法对苦咸水进行淡化处理。该公司其中的一套设备的处理能力约为1040m3/h,于2008年开始投入运行,其工艺流程及水量平衡如图1所示。
图1 工艺流程及水量平衡示意图 Fig. 1 Schematic diagram of process and water balance

 

图1 工艺流程及水量平衡示意图
Fig. 1 Schematic diagram of process and water balance
 
2 微滤运行情况分析
2.1 微滤装置简介
微滤(MF)不仅可以有效去除颗粒状物质(包括微生物,如隐孢子虫、贾第虫、细菌和病毒)。还可以通过降低消毒副产物前驱物的浓度来减少消毒副产物的生成量。相比传统工艺具有较大的技术优势[1~2]。此外,微滤膜产品性能稳定、价格低廉,使得该技术具有广阔的应用前景。理文造纸水处理系统共设置7套能够独立运行的微滤装置,每套有68支膜组件,每套设计产水量为268m3/h,总产水量为1876 m3/h。微滤单元采用的是日本旭化成公司的UNA-620型号的外压式错流过滤微滤膜组件,膜面积为50m2/支,设计通量为80L/m2.d,是温度为20℃,进水浊度小于5时,属海水适用的膜通量70-85L/ m2.d范围。
连续微滤(CMF) 是以中空纤维微滤膜为中心处理单元,并配以特殊设计的管路、阀门、自清洗单元、加药单元和PLC自控单元等形成闭路连续操作系统。主要包括:预过滤系统、微滤主机、供水系统、反冲洗系统、压缩空气系统、化学清洗系统以及PLC 自控系统等,如图2 所示。
图2 连续微滤装置示意图 Fig.2 The Schematic diagram of CMF 
 
图2 连续微滤装置示意图
Fig.2 The Schematic diagram of CMF
 
预过滤系统为过滤精度0.5mm 的保安过滤器,以防异物进入CMF 系统;微滤运行周期为产水25 min ,空气擦洗与水反冲洗相结合冲洗20 s,水反冲洗40 s,最后正冲洗30 s。每天用0. 5 %的氢氧化钠溶液进行一次化学加强反洗。微滤膜组件采用中空纤维外压式膜,具体技术参数见表1。
表1 连续微滤组件技术参数
Table 1 The technical parameters of CMF

过滤形式   膜材料   孔径(μm)  过滤速度(m3/h)  最大运行压力(MPa
外压式   中空纤维     0.2            1.01~1.20              ≤0.15
 
 
2.2 微滤进水水质特征
取自河边的水源经过絮凝沉淀及砂滤预处理后,进入微滤(UF)及超滤(RO)系统,经预处理后微滤进水水质指标见表2所示。
表2 微滤进水水质指标
Table 2 Microfiltration water quality indicators
表2可知经过预处理后微滤进水水质具有含盐量高、有机物含量较高的特点。
由上表2可知经过预处理后微滤进水水质具有含盐量高、有机物含量较高的特点。
2.3 微滤装置运行情况
2.3.1 微滤调试情况
理文造纸厂水处理系统微滤装置于2008年4月开始调试运行,其调试数据见表3所示。
表3 UF调试数据
Table3 UF debug data
 
 
2.3.2 微滤运行情况
微滤(MF)系统调试后从2008年4月到2010年4月运行情况如图3、4所示。由图可以看出,三期MF在调试正常运行后,第一年情况良好,产水品质稳定,产水流量也基本稳定。一年到一年半这一段时间,产水SDI上升至3~4。出现这一情况的最大可能就是膜污染。
Crows等[3]发现,改变操作条件也可在一定程度上控制膜的不可逆污染,建议中空纤维滤膜的跨膜压力最好小于1.0bar,以减轻不可逆污染。因此,在微滤膜实际运行中,不能为追求高产水通量而一味地提高操作压力,而是既要保持较
图3  MF产水流量(m3/h)曲线 Fig3 MF production flow (m3 / h) curve 
图3  MF产水流量(m3/h)曲线
Fig3 MF production flow (m3 / h) curve
图4 UF产水SDI曲线 	Fig4 UF water-yielding SDI curve(其中硕士论文标注的地方) 
图4 UF产水SDI曲线
Fig4 UF water-yielding SDI curve
 
高较稳定的产水通量,又要避免过高操作压力造成膜性能的大幅度下降,形成不可逆污染。选择0.06MPa作为微滤试验运行时的操作压力。
首先,将管道中的滤液排空,用泵入清水清洗3~4 min 后排掉, 重复上述步骤直至清洗水体无浑浊后放空;然后用一定浓度的次氯酸钠和十二烷基苯磺酸钠(0.3%)混合溶液循环清洗约3 min,最后用酸中和。在每个清洗周期后, 进行清水通量试验, 如图5。结果表明每次清洗后通量平均恢复96.8%, 降低部分主要原因可能是由于反洗过程中对于浓差极化造成的膜表面污染被恢复, 但膜组件内部形成的污染仍然存在, 导致通量降低[4]。反冲洗采用自动控制,3组膜组件在一个周期内依次进行反冲洗,运行周期为2h, 两组MF的反冲洗间隔为39 min, 反冲洗时间为1 min, 采用气水反冲洗。
图5 清洗及通量恢复情况同时间关系 Fig5 cleaning and flux recovery situation with the time 
图5 清洗及通量恢复情况同时间关系
Fig5 cleaning and flux recovery situation with the time
膜分离技术的一个重要问题是膜污染,并由此造成膜阻力的不断增加,膜通量随过滤时间的不断衰减[5]。膜污染一般分为两类: 不可逆污染和可逆污染。不可逆污染主要由膜孔吸附或膜孔堵塞造成,需化学药剂清洗方可消除;而可逆污染主要由膜表面附着层造成,其阻力占膜过滤总阻力的90 % 以上,且采取物理方法清洗可大部分消除[6]。由于膜通量随过滤时间的不断衰减,本文采用平均膜通量Ja作为膜过滤性能的评价指标,即Ja = QT/ Sm T,其中QT为膜组件在每一运行周期内的总产水量;Sm 为膜面积[7]。为了减少膜污染的程度,保持膜过滤性能的稳定,本研究采用周期反曝气运行方式以吹脱沉积在膜表面的泥饼层, 反曝气气量014 m3/ h,气压0115 MPa,每次反曝气时间3min,考察在不同运行周期条件下膜过滤性能的变化。
微滤在调试正常运行后,由于设计通量(120lmh)过大,一直都存在产水不足;靠每天不断CEB维持产水量,另一方面由于预处理从安装到08年元月无砂滤器,MF进水水质一直不稳定,导致MF产水量下降迅速,在运行到半年时水通量已下降了7%;运行至今已下降40%。但产水SDI一直很稳定。在08年投用砂滤器后UF进水水质得到改善,浊度几乎控制在2NTU以内。CIP周期由开始运行的3个月提高到一个月,但产水通量已无法恢复到初始值。
 
(a)
图6 操作特性对膜过滤性能的影响  
(b)
图6 操作特性对膜过滤性能的影响 
Fig6 operating characteristics influence on membrane filtration performance
图6 (a) 显示了运行周期分别为30,60 和90 min 试验条件下平均膜通量随着过滤时间的变化情况。可以看出,在初始膜通量均为50 L/ (m2·h) 情况下,系统平均膜通量随过滤时间均有一定程度的下降,但在膜周期反曝气条件下,又均可达到一定程度恢复,其恢复率分别为95 %,90 %和85 %.图6 (b) 显示3 个不同运行周期条件下的周期产水量,由图6(b) 可见,在运行周期T = 30 min 时, 膜过滤性能较为稳定,周期产水量也比较大。试验结果表明,膜周期反曝气可较大程度地吹脱沉积在膜表面的泥饼层,减小膜污染,恢复膜通量,有效地维持了膜过滤性能的稳定。
膜污染种类主要有颗粒/胶体,采用水力剪切-水反洗/空气擦洗来解决;无机物污染主要采用水力剪切/化学酸洗解决;有机物污染主要采用化学清洗的方法来解决;微生物及其分泌物污染主要采用化学清洗的方法来解决。为了保证处理后水的质量,保证造纸工作正常进行,造纸厂对膜丝进行检测,具体如表4所示。
一年到一年半这一段时间,产水SDI上升至3~4,09年5月对膜进行了检测和修复,SDI恢复到3以内;运行半年后SDI又出现上升,在10年3月对膜进行了检测和修复,SDI再次恢复。在投运以来产水量一直稳定。
 表4 三期UF膜丝检测结果
Table4 Phase iii UF membranes silk test results
Table4 Phase iii UF membranes silk test results
 
3.总结
本文以广东理文造纸厂运用微滤法对苦咸水的淡化为例来对微滤法进行探讨,通过对微滤法用于苦咸水淡化的详细分析,给出了淡化过程中需要注意的问题,通过淡化前后水质的对比得出,微滤法可以很好的用于海水的淡化过程中,可以满足工业的要求,这样就为以后苦咸水的淡化研究提供了参考,为工厂的实际生产提供指导,具有良好的实用性和科学性。
 
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本文是一篇有关于水域苦咸水淡化工程中的应用的浅谈,希望对大家有所帮助,本文仅供参考!

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