CN1185042C - 反渗透海水淡化微滤膜预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种反渗透海水淡化微滤膜预处理方法。它包括将加入了絮凝阻垢剂的海水进行沉淀，析出沉淀后的上清液经加压后进入由数组微滤膜并联组成的微滤单元，从微滤单元流出的透过液即可完全满足反渗透膜系统的要求。本发明的处理方法的特点是：可以适应进料中含有较高固体含量，系统产生的处理水的水质非常好，且保持恒定，运行费用低，微滤膜寿命长，对海水中的藻类和胶体去除效果好。

Description

反渗透海水淡化微滤膜预处理方法

本发明涉及海水淡化技术，特别是一种反渗透海水淡化微滤膜预处理方法。

水是人类赖以生存的基础，但地球上可供人类使用的资源却很有限。世界上94％的水为海水，6％的为淡水；而这6％的淡水中，又有27％为冰川，72％为地下水。随着社会的发展，淡水资源的短缺逐渐显现出来。仅中国就有300多个城市缺水，50多个城市严重缺水。而大量地抽取地下水，又会对城市造成负面影响，如地面下陷等。

众所周知，地球上的绝大部分的水为海水，如果能够利用海水资源，就可以完全解决人们的饮水问题，尤其是对沿海城市，海水淡化是真正解决缺水问题的方法。但海水中的含盐量为3-4％，而能够作为饮用水的含盐量要小于1000PPM，所以必须利用有效的方式来降低含盐量，使得产水符合饮用水标准。

海水淡化技术经过了数十年的发展，技术也发生巨大变化，目前使用的技术主要有多级闪蒸、多效蒸发、蒸汽压缩、膜分离、电渗析等。经常使用的淡化技术主要为多级闪蒸和反渗透膜分离，该两种技术约占总淡化装置能力86％，反渗透约占42％，目前新建的装置多为反渗透装置。现在世界上每天淡化水的产量为2300万吨，其中主要集中于沙特阿拉伯和美国。最大的反渗透(RO)脱盐装置的处理能力为270,000吨/天。

反渗透脱盐技术是近十多年来发展起来新的淡化技术，短短的时间内迅速发展，已经成为海水淡化的未来发展趋势。反渗透是一种依靠压力进行分离的过程，主要的能耗为进水的增压，基本原理为：进水由泵加压进入膜分离单元，在膜的表面进水分成两股，一部分水通过膜，其中的无机离子被拦截而变成脱盐水；另一部分水则不通过膜变成含盐富集的浓缩水。反渗透海水淡化系统通常由三部分组成：预处理、反渗透过程(高压泵+膜组件)和后处理。其中，预处理过程在反渗透过程中是非常重要的，因为膜的表面必须保持清洁干净，因而必须预先移出悬浮物，使得在膜的表面不会出现盐的沉积和微生物。通常预处理由精密过滤和加酸或其它化学品——防止沉淀和微生物的生长过程组成。反渗透过程是海水脱盐的核心，高压泵提供压力使得水通过膜并脱盐，通过提高压力使水通过膜。RO膜有几种类型，商业化的主要有卷式膜和中空纤维膜，两种构型均用于苦咸水和海水脱盐。后处理过程则包括淡化水脱气，如硫化氢和调整PH值。

反渗透海水淡化应用的关键是降低设备的操作费用，使得产水成本能够降低到几元/吨淡化水。近十几年来，在降低反渗透装置的操作费用方面，主要在开发更有效的膜和使用能量回收装置。目前许多膜已经有更高的水通量、增加了脱盐率、降低了成本、寿命也更长。

海水淡化设备的核心是反渗透脱盐装置，它直接关系是否能够达到从海水直接生成饮用水的目的，不能脱盐也就无法完成海水的淡化，这是首要的前提。当采用的反渗透能够完成脱盐任务后，接下来的问题就是如何保证装置长期稳定地运行以及如何降低水的处理成本。

装置的长期稳定运行，也就意味着膜的更换周期变化，相应地也就降低了设备的运行费用。实现RO系统的稳定运行，除了反渗透系统本身设计之外，另一个重要因素就是前处理的设计。前处理设计的合理可以减轻反渗透过程的负担，同时延长膜的使用寿命，并可以增加系统的生产能力。

反渗透海水淡化装置运行的好坏取决于下面三个因素：海水的预处理、膜组件的选用和流程设计、膜污染的清洗，反渗透装置的长期使用表明，预处理设计是反渗透系统能否成功的关键，预处理步骤处理水质的好坏，直接影响后面反渗透系统膜的寿命，若不加预处理，海水直接进入反渗透，1小是之内就会使反渗透膜失效。

海水淡化预处理的方法的目的是防止膜的化学损伤和膜的污染。造成膜的化学损伤的原因是海水的PH值和海水中氯的浓度。造成膜的膜污染的原因主要有海水中的污染物，海水淡化技术预处理目的是除去这些物质：

污染物

处理方法

悬浮固体(含泥浆和淤泥等)胶体海藻、细菌的生物污染物金属沉淀物(金属氧化物)无机盐有机污染物

采用粗筛或多介质过滤器+微孔膜滤芯絮凝+过滤氯化+NaHSO3酸洗酸化炭吸附或絮凝过滤

现有的预处理方法是将上述的各种处理方法结合，分别对各种污染物进行处理，这样使得处理过程比较复杂，流程比较长，并且消耗大量的化学药品。且该类流程对处理水的水质比较敏感，这样难以保证出水水质，从而影响后面的RO系统性能。

现有的海水预处理技术包括：粗砂沉淀池、加石灰和硫酸铁过程、多介质过滤器和保安过滤器。其中，粗砂沉淀池是海水进入淡化系统的第一个预处理设备，由海水抽取系统提供的水，首先进入粗砂沉淀池，随着速度降低，沉积物就会沉降到池子底部；加石灰和硫酸铁过程的目的是使颗粒物继续絮凝沉降，并将水中的部分钙沉积，降低水的含盐量，使水得到澄清；进入过滤器前，要先加硫酸，使水的PH值保持中性，多介质过滤器将水中的细小颗粒拦截住；采用孔径为5μm的高分子滤芯，作为预处理的终端过滤，使得最终的水达到反渗透膜的要求。

近些年来，国外也开始使用微滤作为反渗透的预处理方法，结果表明，微滤法比目前常规使用的处理方法有几大优势，一是设备过程简化，将过去的多介质过滤器和保安过滤器合二为一，投资减少；二是运行费用减少，传统工艺中保安过滤器滤芯2-5周就需要更换，用微滤膜则一年也不需要更换；三是处理的水质比原来的方法要好的多。但作为海水淡化前处理，目前尚未有工业化的报道。

然而预处理直接影响整个反渗透设备的性能和经济性，目前采用的预处理存在如下的问题：现有的预处理技术过程通常采用高分子滤芯作为最终过滤，而高分子滤芯是不能再生的，所以需要经常更换滤芯；当水质较差时，一两个星期就会将滤芯全部堵死，耗材费用非常大，造成运行费的增加，且频繁的更换滤芯，造成系统的产水不稳定。另一方面，目前的预处理方法对于海水中的藻类的处理需要使用药剂来处理，以防止对反渗透膜造成污染，这样后面的工序需要再加其它药剂将原药剂除去，工序复杂并浪费化学药剂，若随浓水排放，又会对环境造成污染。而且现有的预处理技术对原水的水质适应性差，当进水条件发生较大变化时，产水指标会达不到反渗透膜的要求。

本发明的目的是提供一种可以完全克服现有技术的不足、具有流程短、使用寿命长、对杂质的去除效果好且水质好等性能的反渗透海水淡化微滤膜预处理方法。

本发明的反渗透海水淡化微滤膜预处理方法包括将加入了絮凝阻垢剂的海水进行沉淀，析出沉淀后的上清液加压到0.02-0.5Mpa后进入由数组微滤膜并联组成的微滤单元，从微滤单元流出的透过液即可完全满足反渗透膜系统的要求。

其中，所述微滤膜的材质为金属钛或不锈钢，孔径为0.1-10μm。

所述膜组数为2-4。

所述海水在微滤膜单元中的流速为0.1-6米/秒。

所述絮凝阻垢剂可包括三氯化铁或溴化铁和磷酸钠，各成分的加入量均为0.1-10ppm。

所述絮凝阻垢剂中还可以包括硫酸，加入量可为0.1-10ppm。

本发明的反渗透海水淡化微滤膜预处理方法的处理过程即：海水加入药剂后首先进入沉降槽，通过加入的絮凝剂将大部分粗固体颗粒物、淤泥等沉淀析出，固体物则排出系统，集中处理。除去固体颗粒物的上清液，用泵加压送到微滤膜单元，海水在微滤膜单元内，在膜上与膜面横向流过，部分海水渗过膜，即被过滤，海水中的颗粒物、有机物、藻类、淤泥等被膜拦截在进料一侧，并随着浓缩液返回沉降槽。除去颗粒物的透过液，澄清透明、浊度降低到＜0.5，游离氯含量＜0.1PPM完全满足反渗透膜系统的要求。

当膜经过一定时间的过滤后，通量会降低，可通过反洗过程，使膜的通量恢复到开始状态，继续进行过滤过程。

本发明的反渗透海水淡化微滤膜预处理方法是将原有的多介质过滤器和保安过滤器结合起来，同时完成粗滤和精滤任务，并且能够连续自动的完成在线清洗膜组件。

本发明的反渗透海水淡化微滤膜预处理方法的特点如下：

可以适应进料中含有较高固体含量，并且固体含量范围变化较宽的进料情况；系统产生的处理水的水质非常好(SDI＜3，浊度＜0.5)，并且处理水的品质保持恒定，并不因为进水情况变化而发生变化；由于流程短，将粗滤和精滤合二为一，加入的化学药品少，产生的废物少，运行费用非常低，总的动力消耗通常仅为0.15-0.20kw·h/吨过滤水；系统为全自动操作，微滤膜清洗过程为自动清洗，寿命长，可以使用5-10年，不象传统的保安过滤器那样，1-2个月就要更换滤芯，并且所产生的水质比用保安过滤器要好得多；系统中采用的微滤膜是一种性能优越的无机过滤材料，尤其适于进行海水处理，能够承受各种条件下的海水侵蚀，几十年也不会被腐蚀，且具有极好的耐冲击性和强度，不会像高分子滤芯那样，因系统的温度和压力的突然变化，而易到损坏，从而影响到后面的反渗透膜系统；系统的另外一个特点是对海水中的藻类和胶体有非常好的去除效果；利用本系统进行原水处理，较其它预处理方法，将增加反渗透膜的产水能力。

下面结合实施例进一步描述本发明

一种反渗透海水淡化微滤膜预处理方法，它包括将加入了由溴化铁和磷酸钠组成的絮凝阻垢剂的海水进行沉淀，析出沉淀后的上清液经加压到0.2Mpa压力后进入由2组材质为金属钛、膜孔径为5μm的微滤单元，从微滤单元流出的透过液即可完全满足反渗透膜系统的要求。

所述海水在微滤膜单元中的流速为3米/秒。

所述絮凝阻垢剂中各成分的加入量均为5ppm。

Claims (6)

1、一种反渗透海水淡化微滤膜预处理方法，其特征是包括将加入了絮凝阻垢剂的海水进行沉淀，析出沉淀后的上清液加压到0.02～0.5Mpa后进入数组由金属钛或不锈钢制成的微滤膜并联组成的微滤单元，从微滤单元流出的透过液即可完全满足反渗透膜系统的要求。

2、如权利要求1所述的预处理方法，其特征是所述的由金属钛或不锈钢制成的微滤膜的孔径为0.1～10μm。

3、如权利要求1所述的预处理方法，其特征是所述膜组数为2～4。

4、如权利要求1所述的预处理方法，其特征是所述海水在微滤膜单元中的流速为0.1～6米/秒。

5、如权利要求1所述的预处理方法，其特征是所述絮凝阻垢剂包括三氯化铁或溴化铁和磷酸钠，各成分的加入量均为0.1～10ppm。

6、如权利要求5所述的预处理方法，其特征是所述絮凝阻垢剂中还包括硫酸，加入量为0.1～10ppm。