CN103739127A - 控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法，包括以下步骤：对海水初级预处理；对经过初级预处理的海水正电吸附过滤，所述正电吸附过滤通过带有正电荷的过滤材料实现。本发明还公开了一种控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统。上述方法及系统采用静电吸附及机械过滤于一体的正电吸附过滤方式实现，能够有效控制进入到反渗透膜系统中的TEP等污染物，进而控制反渗透膜上的生物膜的生长，最终有效地控制反渗透膜生物污染。

Description

控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法及系统

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，更为具体地说，涉及一种控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法及系统。

背景技术

反渗透海水淡化工艺中，反渗透膜污染可直接导致反渗透膜的更换频率和运行成本增加。反渗透膜污染主要有无机物污染、有机物污染和生物污染三种。其中生物污染是由于微生物在反渗透膜表面的沉积和生长而形成的一层粘性生物膜，其生长受到微生物数量和营养物质量的影响。反渗透膜生物污染清洗困难，甚至可能造成反渗透膜性能的不可恢复，是反渗透海水淡化技术实施过程中面临的一个重要难题。

目前的膜法海水淡化工艺，主要从两个方面控制反渗透膜的生物污染。一方面采用投加杀菌剂（例如次氯酸钠、液氯）的方式杀死微生物。这种方式通常发生在海水预处理的前段，可以有效地控制进入反渗透膜的微生物数量。另一方面，在预处理过程中尽量去除有机物，降低微生物生长所需要的营养物质含量。上述两种方式虽然能够在一定程度上减缓反渗透膜生物污染，但存在不足。反渗透膜对氧化型杀菌剂敏感，因此在投加杀菌剂杀死微生物后，需要在进入反渗透膜之前的海水中加入还原剂还原，一旦杀菌剂不存在，微生物在适宜的环境下会重新生长，仍然会在反渗透膜处产生生物污染。此外，预处理也不能完全去除有机污染物，这些物质进入反渗透系统后在膜表面积累，在造成反渗透膜有机物污染的同时也为微生物生长提供营养来源，从而促使生物膜的形成。

最近的研究表明，TEP（Transparent Exopolymer Particles的缩写,透明胞外聚合物颗粒）是膜生物污染发生的重要“启动因子”。TEP是存在于多种水体中的一种微小的、由多糖结构构成的胶状物质，其来自于微生物碎屑或水生生物的分泌物，具有很强的粘性，粒径在0.4～200μm之间。海水淡化过程中，预处理中未能有效去除的TEP会进入反渗透系统，引发反渗透膜的生物污染。

TEP导致反渗透膜生物污染的机理有以下两方面：1、TEP具有很强的粘性，可直接粘附在反渗透膜上，对反渗透膜性能造成损害；2、TEP由于具有很强的粘性，很容易粘附微生物并为其提供营养来源，带有微生物的TEP在反渗透膜表面粘附和生长，形成生物膜，导致膜生物污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法及系统，以较有效地控制海水淡化过程中反渗透膜的生物污染。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法，包括以下步骤：

对海水初级预处理；

对经过初级预处理的海水正电吸附过滤，所述正电吸附过滤通过带有正电荷的过滤材料实现。

优选的，上述海水预处理方法中，还包括：

对经过正电吸附过滤的海水进行保安过滤。

优选的，上述海水预处理方法中，还包括：

采用强酸或/和强碱化学清洗所述过滤材料。

控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统，包括：

用于对海水初级预处理的初级预处理单元；

与所述初级预处理单元连通，用于正电吸附过滤经初级预处理的海水的正电吸附过滤单元，所述正电吸附过滤单元具有带正电荷的过滤材料。

优选的，上述海水预处理系统，所述正电吸附过滤单元的滤材为中空圆柱状滤芯。

优选的，上述海水预处理系统，所述正电吸附过滤单元装填有滤料。

优选的，上述海水预处理系统，所述正电吸附过滤单元的滤材为中空圆柱状滤棒。

优选的，上述海水预处理系统中，所述正电吸附过滤单元包括：

外壳，所述外壳为两端密封的圆筒状结构，且顶端部位设置有海水进口；

滤材，所述滤材设置在所述外壳的内腔中，所述滤材为中空圆柱状结构，且中空部位设置有沿所述滤材的轴线方向延伸的集水管，所述集水管一端密封，另一端开通；所述外壳和所述滤材的外圆柱面形成滤前腔，所述集水管与所述外壳形成滤后腔，所述外壳与所述集水管的开通端相对的部位设置有海水出口，所述滤材由带正电荷的过滤材料制成。

优选的，上述海水预处理系统，还包括用于对所述正电吸附过滤单元化学清洗的清洗装置。

优选的，上述海水预处理系统中，所述清洗装置包括：

与所述正电吸附过滤单元的海水进口连通的第一清洗管，所述第一清洗管上设置有第一开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水进水管道上的第二开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水出口的第二清洗管，所述第二清洗管上设置有第三开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水出水管道上的第四开关阀。

本发明提供的海水预处理方法中，首先对海水初级预处理，以对海水中的微生物、有机物和颗粒物进行初级去除，然后对经过初级预处理的海水进行正电吸附过滤以对TEP进行针对性去除，同时辅助去除细菌、病毒等微生物。在针对去除TEP的过程中，充分利用TEP带负电荷的特性，采用静电吸附及机械过滤于一体的正电吸附过滤方式实现，能够有效控制进入到反渗透膜系统中的TEP等污染物，进而控制反渗透膜上的生物膜的生长，最终有效地控制反渗透膜生物污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的正电吸附过滤单元的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法及系统，较有效地控制海水淡化过程中反渗透膜的生物污染问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图1，该图示出了本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法的流程。所述的流程包括如下步骤：

S101、对海水初级预处理。

步骤S101对海水初级预处理的方式有很多种，通常在混凝-沉淀池中完成，混凝、沉淀不但可以有效降低海水中有机物的含量，减少有机物污染，而且混凝有助于颗粒状TEP的去除。为了提高步骤S101的处理效果，优选方案中，可以在进行混凝、沉淀的过程中进行搅拌，提高混凝剂的功效，加快混凝，最终提高沉淀效率。

混凝有助于颗粒状TEP的去除，但是对胶体状TEP的去除效果欠佳。本发明实施例提供的海水预处理方法中的初级预处理可以包括砂滤处理（将海水的浊度降至1.0NTU以下），砂滤处理在一定的程度上能够去除胶体状TEP，但是效果较差。为了提高对TEP的辅助去除效果，上述初级预处理可以包括超滤/微滤处理（可去除海水中50%左右CODMn，出水浊度降至0.1NTU以下），或者采用砂滤处理和超滤/微滤处理结合的方式进行初级预处理，该种过滤方式除了达到正常的过滤目的之外，还可以辅助提高对TEP等污染物的去除能力。当然初级预处理的工艺很多，不仅仅限于上述混凝、沉淀、砂滤、超滤/微滤等预处理工艺，本领域技术人员可以根据具体的操作过程进行适应性地设计或选择，此不赘述。

S102、对经过初级预处理的海水正电吸附过滤。

发明人在完成本发明创造的过程中发现，与海水中绝大部分的细菌、病毒等微生物一样，TEP也带有负电荷。本步骤在对经步骤S101处理后的海水中带有负电荷的TEP等污染物进行正电吸附过滤。正电吸附过滤通过带有正电荷的机械过滤单元实现，机械过滤单元带有正电。带有负电荷的TEP等污染物通过静电吸附及机械过滤后，实现对上述物质的去除。

优选的，上述方法中，还可以对经过正电吸附过滤的海水进行保安过滤，以提高对海水的预处理能力。上述控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法中，通常定期采用强酸或/和强碱对正电吸附过滤所用的带正电荷的过滤材料进行化学清洗，以去除过滤材料上的吸附物。

本发明提供的海水预处理方法中，首先对海水初级预处理，以对海水中的微生物、有机物和颗粒物进行初级去除，然后对经过初级预处理的海水进行正电吸附过滤以对TEP进行针对性去除，同时辅助去除细菌、病毒等污染物。在针对去除TEP的过程中，充分利用TEP带负电荷的特性，采用静电吸附及机械过滤于一体的正电吸附过滤方式实现，能够有效控制进入到反渗透膜系统中的TEP等污染物，进而控制反渗透膜上的生物膜的生长，最终有效地控制反渗透膜生物污染。

请参考附图2，该图示出了本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水淡化系统的结构。本实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统包括初级预处理单元1、正电吸附过滤单元2、保安过滤器3、增压泵4和反渗透膜组5。

其中，初级预处理单元1，用于对海水进行初级预处理，与海水源连通。通常情况下，初级预处理单元1可以为混凝-沉淀池，用于对海水进行混凝和沉淀，通常情况下，为了提高对海水的混凝和沉淀效率，可以在混凝-沉淀池中设置搅拌装置进行搅拌，以提高混凝-沉淀对污染物的去除效率。初级预处理单元1可以为混凝-沉淀池与砂滤池的组合，砂滤池可以对经过混凝-沉淀池处理后的海水进行初步过滤，砂滤池的进口与混凝-沉淀池的出水口相连通，正电吸附过滤单元2可以通过泵与砂滤池相连通，经过初步过滤后的海水经过泵加压后进入到正电吸附过滤单元2中，通过正电吸附过滤单元2的静电吸附及机械过滤，实现对带有负电荷的TEP等污染物的去除。当然，上述初级预处理单元1还可以为砂滤-微滤单元等其他初级预处理工艺设备，或者为上述多个初级预处理工艺设备的组合。在工作的过程中，由于超滤/微滤单元的滤除能力更强，在长时间工作后发明人发现TEP等胶体污染物会粘附到超滤/微滤膜上，对超滤/微滤膜的过滤性能造成很大的影响，最终缩短超滤/微滤单元的寿命，也影响海水预处理的正常进行。为了解决此问题，可以将正电吸附过滤单元2设置在混凝-沉淀池和超滤/微滤单元之间，此时正电吸附过滤单元2的过滤精度为25-100μm。该种结构的海水预处理系统在对经过沉淀处理后的海水进行后续处理时，先对经过沉淀处理后的海水进行正电吸附过滤，优先针对性地去除海水中的TEP，避免超滤/微滤过程中TEP等污染物在超滤/微滤膜上的粘附，同时也不影响超滤/微滤的处理效果。

本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统还包括与正电吸附过滤单元2相连通的保安过滤器3，经过正电吸附过滤单元2处理后得到的海水还可以通过保安过滤器3实施再次过滤，进一步减少海水中的污染物质。经过上述保安过滤器3或正电吸附过滤单元2处理的海水通过增压泵4进入到反渗透膜组5进行海水淡化处理。

本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统中，海水经初级预处理后，进入正电吸附过滤单元2中，通过正电吸附过滤单元2的静电吸附及机械过滤（过滤精度通常为1-10μm），实现对带有负电荷的TEP的针对性去除及细菌、病毒等微生物的辅助性去除。上述系统在去除的过程中，充分利用TEP等污染物带负电荷的特性，采用静电吸附及机械过滤于一体的正电吸附过滤方式实施去除，能够有效控制进入到反渗透膜系统中的TEP等污染物，控制反渗透膜上生物膜的生长，进而控制反渗透膜的生物污染。

本发明实施例中提供的正电吸附过滤单元2为带有正电荷的机械过滤单元，具体其滤材可以由带有正电荷的材质制作而成，例如采用微孔陶瓷、改性高分子材料等。本发明实施例中的正电吸附过滤单元2的结构可以为普通过滤装置的结构，例如中空圆柱状滤芯、中空圆柱状滤棒等，也可以为装填有滤料的过滤装置，本专利申请不对正电吸附过滤单元2的具体结构作限制。

请参考附图3，图3示出了本发明实施例提供的一种具体结构的正电吸附过滤单元。正电吸附过滤单元2包括外壳21和滤材22，所述外壳21为两端密封的圆筒状结构，且设置有海水进口211和海水出口212。外壳21可以优选采用耐海水腐蚀的材料（例如不锈钢材料、玻璃钢材料）制作。滤材22设置在外壳21的内腔中，滤材22为中空圆柱状结构，且中空部位设置有沿其轴线延伸的集水管，所述集水管的一端密封，另一端开通。所述外壳21与所述滤材22的外圆柱面形成滤前腔（即过滤前海水容纳腔）23，所述滤材22中部的集水管与所述外壳21形成滤后腔（即过滤后海水容纳腔）24，所述外壳21上的海水出口212与所述集水管的开通端相对。经过初级预处理单元的海水通过海水进口211进入到滤前腔23中，经过滤材22的过滤后穿过集水管进入到滤后腔24中，最终通过海水出口212排出。通过上述结构可以看出，相对于其它常规的过滤装置，本发明实施例提供的正电吸附过滤单元2采用由滤材22的外圆柱面向中空的内圆柱面进水，由于外圆柱面的面积大于内圆柱面，使得带有正电荷，且面积较大的一面直接接触被处理之前的海水，能够提高对海水TEP等污染物的吸附过滤效率。优选的，上述海水出口212和海水进口211分别位于所述外壳21的顶部和底部，以延长海水的走水距离，提高过滤效率。

在实际的工作过程中，由于正电吸附过滤单元2在工作一段时间后会出现吸附饱和，进而造成正电吸附过滤单元2的吸附能力下降。为了解决此问题，本发明实施例提供的海水预处理系统还包括清洗装置，所述清洗装置包括第一清洗管、第一开关阀F2、第二开关阀F1、第二清洗管、第三开关阀F4和第四开关阀F3，其中：第一清洗管与正电吸附过滤单元2的海水进口连通，第一开关阀F2设置在第一清洗管上，第二开关阀F1设置在正电吸附过滤单元2的海水进水管道上，第二清洗管连通在正电吸附过滤单元2的海水出口，第三开关阀F4设置在第二清洗管上，第四开关阀F3设置在正电吸附过滤单元2的海水出水管道上。当需要对正电吸附过滤单元2进行反冲洗或化学清洗时，只需要关闭第二开关阀F1和第四开关阀F3，打开第一开关阀F2和第三开关阀F4即可。完成化学清洗后，残留在正电吸附过滤单元2中的药剂采用初级预处理单元1出水或保安过滤器3的出水进行置换，避免有害物质的残留。正电吸附过滤单元2随着工作的进行，其上吸附TEP等污染物的量会越来越大，此时将会导致滤材22两侧的压力差值也越大，当达到一定的预设值（例如0.05-0.1MPa）时，会极大降低滤材22的吸附过滤能力。基于此，为了优化上述技术方案，本发明实施例提供的海水预处理系统还包括压力检测单元和控制器，压力检测单元可以为压力表（例如压力表P1和压力表P2），也可以为压差传感器。控制器接收所述压力检测单元的压力检测值，在所述检测值大于设定值时控制第一开关阀F2和第三开关阀F4开启，控制所述第二开关阀F1和第四开关阀F3关闭。具体的，控制器可以采用微型计算机、PLC控制电路等控制设备，本发明实施例对控制器的种类不做限制。

本发明实施例提供的控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统中，还包括用于对正电吸附过滤单元2进行强酸或/和强碱等化学清洗的清洗装置。当然本发明实施例中的正电吸附过滤单元2的滤材可以直接弃用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.控制反渗透膜生物污染的海水预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

对海水初级预处理；

对经过初级预处理的海水正电吸附过滤，所述正电吸附过滤通过带有正电荷的过滤材料实现。

2.根据权利要求1所述的海水预处理方法，其特征在于，还包括：

对经过正电吸附过滤的海水进行保安过滤。

3.根据权利要求1所述的海水预处理方法，其特征在于，还包括：

采用强酸或/和强碱化学清洗所述过滤材料。

4.控制反渗透膜生物污染的海水预处理系统，其特征在于，包括：

用于对海水初级预处理的初级预处理单元；

与所述初级预处理单元连通，用于正电吸附过滤经初级预处理的海水的正电吸附过滤单元，所述正电吸附过滤单元具有带正电荷的过滤材料。

5.根据权利要求4所述的海水预处理系统，其特征在于，所述正电吸附过滤单元的滤材为中空圆柱状滤芯。

6.根据权利要求4所述的海水预处理系统，其特征在于，所述正电吸附过滤单元装填有滤料。

7.根据权利要求4所述的海水预处理系统，其特征在于，所述正电吸附过滤单元中的滤材为中空圆柱状滤棒。

8.根据权利要求4所述的海水预处理系统，其特征在于，所述正电吸附过滤单元包括：

外壳，所述外壳为两端密封的圆筒状结构，且顶端部位设置有海水进口；

滤材，所述滤材设置在所述外壳的内腔中，所述滤材为中空圆柱状结构，且中空部位设置有沿所述滤材的轴线方向延伸的集水管，所述集水管一端密封，另一端开通；所述外壳和所述滤材的外圆柱面形成滤前腔，所述集水管与所述外壳形成滤后腔，所述外壳与所述集水管的开通端相对的部位设置有海水出口，所述滤材由带正电荷的过滤材料制成。

9.根据权利要求8所述的海水预处理系统，其特征在于，还包括用于对所述正电吸附过滤单元化学清洗的清洗装置。

10.根据权利要求9所述的海水预处理系统，其特征在于，所述清洗装置包括：

与所述正电吸附过滤单元的海水进口连通的第一清洗管，所述第一清洗管上设置有第一开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水进水管道上的第二开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水出口的第二清洗管，所述第二清洗管上设置有第三开关阀；

设置在所述正电吸附过滤单元的海水出水管道上的第四开关阀。

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