文 章 编 号,1007 - 8924 (2008) 05 - 0086 - 04
终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理柏 其 亚,刘 学 文,范 益 群 3,邢 卫 红
(南 京 工 业 大 学 膜 科 学 技 术 研 究 所,省 部 共 建 材 料 化 学 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室,南 京 210009)
摘 要,采 用 低 能 耗 的 终 端 过 滤 方 式 进 行 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理,比 较 了,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷膜,和,砂 滤 + 陶 瓷 膜,两 种 预 处 理 工 艺,前 者 延 长 了 膜 再 生 周 期,其 陶 瓷 膜 的 平 均 渗 透 通 量 是后 者 的 1,6 倍,达 到 220 L/ (m2· h),产 水 回 收 率 大 于 90 %,经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质 稳定,达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求,结 果 表 明,,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 明 显 优 于,砂滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,
关 键 词,陶 瓷 膜 ; 海 水 淡 化 ; 预 处 理 ; 终 端 过 滤中 图 分 类 号,TQ028,8 文 献 标 识 码,A
水 资 源 短 缺 已 成 为 世 界 性 的 难 题,海 水 淡 化 技术 不 失 是 一 种 较 好 的 解 决 方 法,在 几 种 主 要 的 淡 化方 法 中,以 反 渗 透 海 水 淡 化 ( SWRO) 方 法 发 展 速 度最 快,淡 化 成 本 也 降 得 最 快 \[1,2 \].
反 渗 透 海 水 淡 化 技 术 对 预 处 理 系 统 要 求 很 高,
主 要 预 处 理 方 法 有 传 统 预 处 理 法 及 膜 法 预 处 理,传统 预 处 理 方 法 已 得 到 广 泛 应 用,但 也 存 在 占 地 面 积大,药 剂 量 消 耗 大,出 水 水 质 随 原 水 水 质 的 波 动 而 波动 等 缺 点,而 膜 法 预 处 理 则 具 有 出 水 水 质 好 且 稳 定,
自 动 化 程 度 高 等 优 点 而 受 青 睐 \[3 \],张 敬 东 等 \[4 \]采 用外 压 式 中 空 纤 维 超 滤 膜 对 高 浊 度 海 水 进 行 了 预 处 理的 实 验 研 究,进 行 恒 流 量 终 端 过 滤,考 察 跨 膜 压 差 随过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,其 实 验 结 果 表 明,该 超 滤 系 统的 产 水 水 质 稳 定 且 可 以 达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要求,Brehant 等 \[5 \]采 用 Aquasource 超 滤 膜 对 直 布 罗陀 海 峡 ( Gibraltar)的 表 面 海 水 进 行 预 处 理 的 实 验 研究,以 微 絮 凝 工 艺 作 为 超 滤 膜 的 前 端 预 处 理,采 用 终端 方 式 过 滤,结 果 表 明,该 超 滤 膜 出 水 水 质 稳 定 且 优异,可 以 确 保 反 渗 透 膜 的 长 期 稳 定 运 行,
陶 瓷 膜 具 有 化 学 稳 定 性 好,耐 腐 蚀 性,机 械 强 度好,抗 微 生 物 性,孔 径 分 布 窄,分 离 性 能 好 和 使 用 寿命 长 等 优 点 \[6 \],如 能 将 陶 瓷 膜 引 入 到 海 水 淡 化 预 处
理 系 统 中,不 仅 可 以 进 一 步 拓 宽 陶 瓷 膜 应 用 的 范 围,
同 时 也 为 海 水 淡 化 开 发 一 种 新 的 预 处 理 工 艺,正 是基 于 这 种 情 况,本 文 采 用 低 能 耗 的 终 端 过 滤 方 式 进行 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 工 艺 的 研 究 比 较,得 到了 一 种 较 合 适 的 预 处 理 工 艺 路 线,
1 实 验 部 分
1,1 实 验 装 置 及 膜 管本 实 验 所 采 用 的 装 置 及 陶 瓷 膜 均 为 南 京 九 思 高科 技 有 限 公 司 生 产,实 验 装 置 流 程 见 图 1,采 用 该 装置 进 行 终 端 过 滤,PLC 自 动 控 制,可 设 定 反 冲 周 期及 反 冲 时 间,实 现 过 滤 与 反 冲 的 自 动 运 行,
图 1 实 验 装 置 流 程 图
Fig,1 Schematic diagram of the equipment
收 稿 日 期,2007 - 02 - 07 ; 修 改 稿 收 到 日 期,2007 - 05 - 08
基 金 项 目,国 家 863 项 目 (编 号 2005AA320020)
作 者 简 介,柏 其 亚 (1979 - ),男,江 苏 盐 城 人,硕 士 研 究 生,主 要 研 究 方 向 为 无 机 陶 瓷 膜 的 应 用,3 通 讯 联 系 人,025 -
83587213,E - mail,yiqunfan @njut,edu,cn
第 28 卷 第 5 期 膜 科 学 与 技 术 Vol,28 No,5
2008 年 10 月 MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Oct,2008
使 用 平 均 孔 径 50 nm 的 19 通 道 氧 化 锆 陶 瓷 膜进 行 实 验,膜 管 长 度 为 1 000 mm,膜 面 积 为 0,2 m2,
1,2 主 要 分 析 仪 器在 实 验 过 程 中,对 原 海 水 及 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的产 水 进 行 长 期 监 测,所 使 用 的 主 要 分 析 仪 器 见 表 1.
表 1 主 要 分 析 仪 器
Table 1 Analytical instruments
分 析 项 目 仪 器 名 称 型 号 生 产 厂 家浊 度 浊 度 计 2100N 美 国 哈 希 公 司
SDI15 SDI 测 定 仪 DD - SDI - 47浙 江 东 大 水 业 有 限 公 司电 导 率 电 导 率 仪 DDS - 307 上 海 雷 磁 仪 器 厂
2 结 果 与 讨 论
2,1 海 水 温 度 及 浊 度实 验 期 间 (2006 年 8 月 - 2006 年 11 月 )海 水 温度 及 浊 度 变 化 情 况 见 图 2,图 3,由 图 2,图 3 可 以 看出,海 水 温 度 呈 下 降 趋 势,浊 度 有 波 动,这 主 要 是 受海 水 涨 落 潮 的 影 响 \[4 \].
图 2 海 水 温 度 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,2 Variation of Seawater temperature with time
图 3 海 水 浊 度 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,3 Variation of Seawater turbidity with time
2,2 ,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺采 用,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,并 且 滴 加 2
mg/ L 的 NaClO 溶 液 进 行 杀 菌,工 艺 路 线 如 下 所 示,
海 水 原 水 罐
NaClO 溶 液离 心 泵 砂 滤 器陶 瓷 膜 过 滤 装 置在 实 验 过 程 中,控 制 砂 滤 器 的 进 水 流 量 为 0,5
m3/ h 左 右,经 砂 滤 器 处 理 后 的 海 水 浊 度 变 化 范 围 为
0,5～ 1,0 N TU,设 置 陶 瓷 膜 的 跨 膜 压 差 ( TMP) 为
0,1 MPa,反 冲 周 期 为 30 min,反 冲 时 间 为 60 s,进行 终 端 过 滤,当 渗 透 通 量 小 于 100 L/ (m2· h) 时 停 止过 滤,进 行 膜 化 学 再 生,实 验 结 果 见 图 4.
图 4 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,4 Variation of Flux with time
由 图 4 可 见,在 过 滤 开 始 时,渗 透 通 量 的 衰 减 速度 很 快,这 主 要 是 因 为 在 刚 开 始 过 滤 时,渗 透 通 量大,海 水 中 的 颗 粒 物 质 易 沉 积 在 膜 面 上,部 分 小 颗 粒堵 塞 膜 孔 \[7 \],定 周 期 的 反 冲 使 渗 透 通 量 略 有 提 高 但提 高 的 幅 度 不 大,砂 滤 器 对 海 水 中 的 颗 粒 物 质 有 去除 作 用,但 对 于 亚 微 米 级 颗 粒 及 纳 米 级 颗 粒 的 去 除效 果 不 明 显 \[8 \],而 这 些 颗 粒 易 造 成 膜 面 污 染 及 膜 孔堵 塞,故 造 成 渗 透 通 量 的 衰 减 速 度 快,反 冲 及 再 生 效果 不 好,
图 5 产 水 SDI15值 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,5 Variation of SDI15 with time
在 实 验 中,平 均 渗 透 通 量 为 137 L/ ( m2· h),产水 回 收 率 为 84 %左 右,产 水 SDI15值 每 4 h 进 行 一 次测 试,结 果 见 图 5,由 图 5 可 以 看 出,产 水 SDI15值 在
第 5 期 柏 其 亚 等,终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 · 87 ·
2,7～ 3,5 范 围 内 波 动,平 均 值 为 3,0.
2,3 ,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺改 变 工 艺 条 件,以,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,作 为 反渗 透 膜 的 预 处 理 工 艺,,絮 凝 沉 降 + 超 滤 膜,的 工 艺在 有 机 膜 法 预 处 理 中 已 有 报 道 \[9,10 \],絮 凝 沉 降 可 以有 效 地 去 除 海 水 中 的 悬 浮 物,有 机 胶 体 及 细 菌 微 生物 等,尽 而 达 到 降 低 陶 瓷 膜 污 染 的 目 的 \[11 \],其 工 艺路 线 如 下 所 示,
海 水 原 水 罐
絮 凝 剂,助 凝 剂离 心 泵 絮 凝 沉 降 罐陶 瓷 膜 过 滤 装 置
2,3,1 跨 膜 压 差 对 过 滤 性 能 的 影 响分 别 选 择 跨 膜 压 差 为 0,05 MPa,0,08 MPa 及
0,1 MPa,比 较 渗 透 通 量 随 过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,每个 条 件 下 的 实 验 进 行 22 h,实 验 结 果 如 图 6 所 示,跨膜 压 差 对 稳 定 渗 透 通 量 的 影 响 见 图 7.
图 6 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,6 Variation of flux with time
图 7 跨 膜 压 差 对 稳 定 通 量 的 影 响
Fig,7 Effect of TMP on flux
由 图 6 可 以 看 出,随 着 跨 膜 压 差 的 增 大,渗 透 通量 的 衰 减 速 度 增 加,图 7 表 明 在 0,05～ 0,1 MPa 的跨 膜 压 差 范 围 内 稳 定 渗 透 通 量 存 在 极 大 值,这 主 要是 因 为 当 跨 膜 压 差 升 高 时,一 方 面 使 过 滤 推 动 力 增大,通 量 增 加 ;另 一 方 面,引 起 凝 胶 层 的 压 实,使 过 滤阻 力 增 大,通 量 下 降,当 跨 膜 压 差 小 于 0,08 MPa
时,属 压 力 控 制 区,故 随 着 跨 膜 压 差 的 增 大,稳 定 渗透 通 量 也 增 大 ;而 当 跨 膜 压 差 大 于 0,08 MPa 时,进入 传 质 控 制 区,稳 定 通 量 不 再 随 跨 膜 压 差 的 增 大 而增 大,故 导 致 相 反 结 果 \[12 \].
2,3,2 连 续 运 行 实 验根 据 优 化 后 的 操 作 条 件,进 行 连 续 运 行 实 验,设置 跨 膜 压 差 为 0,08 MPa,考 察 渗 透 通 量 及 经 陶 瓷 膜预 处 理 后 的 产 水 水 质 随 过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,实 验结 果 见 图 8.
图 8 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,8 Variation of Flux with time
图 9 产 水 SDI15 值 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,9 Variation of SDI15 with time
由 图 8 可 以 看 出,在 开 始 过 滤 的 10 h 中,渗 透通 量 由 最 初 的 550 L/ ( m2· h) 下 降 至 390 L/ ( m2·
h),后 期 通 量 的 衰 减 速 度 比 较 缓 慢,经 过 一 周 的 运行,通 量 值 稳 定 在 162 L/ (m2· h) 左 右,不 需 要 进 行膜 再 生,在 实 验 过 程 中,平 均 渗 透 通 量 为 220 L/ (m2
· h),产 水 回 收 率 大 于 90 %,产 水 SDI15值 在 2,4～
218 之 间 波 动,平 均 值 为 2,6,并 且 不 受 原 海 水 水 质的 影 响,
与,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 相 比 较,该 工 艺条 件 延 长 了 膜 再 生 周 期,并 且 其 平 均 渗 透 通 量 提 高了 61 %,产 水 回 收 率 及 产 水 SDI15值 也 优 于 前 者,
2,4 水 质 分 析原 海 水 及 经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质 情 况 见
· 88 · 膜 科 学 与 技 术 第 28 卷
表 2.
表 2 水 质 及 平 均 去 除 率
Table 2 Water quality and rate of average removal rate
项 目 原 水 平 均 值 产 水 平均 值 平 均 去除 率 / %
p H 7,90 6,50 -
盐 质 量 分 数 / % 3,00 3,00 无浊 度 / N TU 7,93 0,04 99,5
电 导 率 / (mS· cm - 1) 46,8 46,8 无总 有 机 碳 (TOC) / (mg· L - 1) 4,15 2,74 34,0
细 菌 数 / (个 · mg - 1) 1,0 × 104 1,0 × 102 99,0
由 表 2 可 以 看 出,陶 瓷 膜 对 浊 度 及 细 菌 基 本 可以 完 全 去 除,对 总 有 机 碳 ( TOC) 部 分 去 除,对 电 导率,盐 度 无 去 除 作 用,经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求 \[13 \].
3 结 论
1) 采 用 低 能 耗 的 终 端 陶 瓷 膜 法 进 行 海 水 淡 化预 处 理,其 产 水 水 质 达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求,
且 不 受 原 海 水 水 质 的 影 响,
2),絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 明 显 优 于
,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,该 预 处 理 工 艺 不 仅 延长 了 膜 再 生 周 期,而 且 该 工 艺 条 件 下 的 平 均 渗 透 通量,产 水 回 收 率 及 产 水 SDI15 值 明 显 较 好,
参 考 文 献
\[1 \]王 世 昌,海 水 淡 化 工 程 \[ M \].北 京,化 学 工 业 出 版 社,
2003,5.
\[2 \] Zhang L,Xie L,Cheng H L,et al,Progress and
prospects of seawater desalination in china \[J \],Desalina2
tion,2005,182,13 - 18.
\[3 \] Wolf Peter H,Siverns Steve,Monti Sandro,U F mem2
branes for RO desalination pretreatment \[J \],Desalination,
2005,182,293 - 300.
\[4 \] Zhang J D,Liu Y W,Gao S M,et al,Pilot testing of
outside - in U F pretreatment prior to RO for high turbidity
seawater desalination\[J \],Desalination,2006,189,269 - 277.
\[5 \] Brehant A,Bonnelye V,Perez M,Comparison of MF/ U F
pretreatment with conventional filtration prior to RO mem2
branes for surface seawater desalination \[J \],Desalination,
2002,144,353 - 360.
\[6 \]徐 南 平,邢 卫 红,赵 宜 江,无 机 膜 分 离 技 术 与 应 用
\[ M \].北 京,化 学 工 业 出 版 社,2003,1.
\[7 \]林 淑 钦,朱 卫 东,夏 长 荣,等,陶 瓷 微 滤 膜 对 自 来 水 的净 化 和 膜 污 染 的 清 洗 研 究 \[J \].中 国 科 学 技 术 大 学 学 报,
1998,28 (6),674 - 679.
\[8 \] Teng C K,Hawlader M N A,Malek A,An experiment
with different pretreatment methods \[ J \],Desalination,
2003,156,51 - 58.
\[9 \] Vial D,Doussau G,Galinde R,Comparison of three pilot
studies using Microza membranes for Mediterranean seawa2
ter pretreatment \[J \],Desalination,2003,156,43 - 50.
\[10 \] Halpern D F,McArdle J,Antrim B,U F pretreatment
for SWRO,Pilot studies\[J \],Desalination,2005,182(1
- 3),323 - 332.
\[11 \]张 宗 葆,反 渗 透 水 处 理 应 用 技 术 \[ M \].北 京,中 国 电 力出 版 社,2004,84.
\[12 \]徐 南 平,面 向 应 用 过 程 的 陶 瓷 膜 材 料 设 计,制 备 与 应用 \[ M \].北 京,科 学 出 版 社,2005,370 - 371.
\[13 \]张 雨 山,王 静,海 水 利 用 技 术 问 答 \[ M \].北 京,中 国石 化 出 版 社,2003,90.
Pretreatment of SWRO by dead - end ceramic membrane
B A I Qiya,L IU X uewen,FA N Yiqun,X IN G Weihong
(Membrane Science & Technology Research Center,Nanjing University of Technology,Key Laboratory of
Material - Oriented Chemical Engineering of Jiangsu Province and Ministry of Education,Nanjing 210009,China)
Abstract,Ceramic membrane dead - end filtration was used for pretreatment of SWRO,The technology of
,flocculation and ceramic membrane” was compared to the technology of,sand filter and ceramic membrane”,
The former prolonged the period of regeneration and its average flux was 220 L/ (m2· h),which was 1,6 times
than that of the latter,Meanwhile,the rate of water recovery was more than 90 %,After treatment of ceramic
membrane,the quality of water could meet the requirement of SWRO,The results suggested that the technolo2
gy of,flocculation and ceramic membrane” was superior to the technology of,sand filter and ceramic mem2
brane” obviously.
Key words,ceramic membrane ; SWRO ; pretreatment ; dead - end filtration
第 5 期 柏 其 亚 等,终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 · 89 ·
终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理柏 其 亚,刘 学 文,范 益 群 3,邢 卫 红
(南 京 工 业 大 学 膜 科 学 技 术 研 究 所,省 部 共 建 材 料 化 学 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室,南 京 210009)
摘 要,采 用 低 能 耗 的 终 端 过 滤 方 式 进 行 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理,比 较 了,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷膜,和,砂 滤 + 陶 瓷 膜,两 种 预 处 理 工 艺,前 者 延 长 了 膜 再 生 周 期,其 陶 瓷 膜 的 平 均 渗 透 通 量 是后 者 的 1,6 倍,达 到 220 L/ (m2· h),产 水 回 收 率 大 于 90 %,经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质 稳定,达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求,结 果 表 明,,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 明 显 优 于,砂滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,
关 键 词,陶 瓷 膜 ; 海 水 淡 化 ; 预 处 理 ; 终 端 过 滤中 图 分 类 号,TQ028,8 文 献 标 识 码,A
水 资 源 短 缺 已 成 为 世 界 性 的 难 题,海 水 淡 化 技术 不 失 是 一 种 较 好 的 解 决 方 法,在 几 种 主 要 的 淡 化方 法 中,以 反 渗 透 海 水 淡 化 ( SWRO) 方 法 发 展 速 度最 快,淡 化 成 本 也 降 得 最 快 \[1,2 \].
反 渗 透 海 水 淡 化 技 术 对 预 处 理 系 统 要 求 很 高,
主 要 预 处 理 方 法 有 传 统 预 处 理 法 及 膜 法 预 处 理,传统 预 处 理 方 法 已 得 到 广 泛 应 用,但 也 存 在 占 地 面 积大,药 剂 量 消 耗 大,出 水 水 质 随 原 水 水 质 的 波 动 而 波动 等 缺 点,而 膜 法 预 处 理 则 具 有 出 水 水 质 好 且 稳 定,
自 动 化 程 度 高 等 优 点 而 受 青 睐 \[3 \],张 敬 东 等 \[4 \]采 用外 压 式 中 空 纤 维 超 滤 膜 对 高 浊 度 海 水 进 行 了 预 处 理的 实 验 研 究,进 行 恒 流 量 终 端 过 滤,考 察 跨 膜 压 差 随过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,其 实 验 结 果 表 明,该 超 滤 系 统的 产 水 水 质 稳 定 且 可 以 达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要求,Brehant 等 \[5 \]采 用 Aquasource 超 滤 膜 对 直 布 罗陀 海 峡 ( Gibraltar)的 表 面 海 水 进 行 预 处 理 的 实 验 研究,以 微 絮 凝 工 艺 作 为 超 滤 膜 的 前 端 预 处 理,采 用 终端 方 式 过 滤,结 果 表 明,该 超 滤 膜 出 水 水 质 稳 定 且 优异,可 以 确 保 反 渗 透 膜 的 长 期 稳 定 运 行,
陶 瓷 膜 具 有 化 学 稳 定 性 好,耐 腐 蚀 性,机 械 强 度好,抗 微 生 物 性,孔 径 分 布 窄,分 离 性 能 好 和 使 用 寿命 长 等 优 点 \[6 \],如 能 将 陶 瓷 膜 引 入 到 海 水 淡 化 预 处
理 系 统 中,不 仅 可 以 进 一 步 拓 宽 陶 瓷 膜 应 用 的 范 围,
同 时 也 为 海 水 淡 化 开 发 一 种 新 的 预 处 理 工 艺,正 是基 于 这 种 情 况,本 文 采 用 低 能 耗 的 终 端 过 滤 方 式 进行 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 工 艺 的 研 究 比 较,得 到了 一 种 较 合 适 的 预 处 理 工 艺 路 线,
1 实 验 部 分
1,1 实 验 装 置 及 膜 管本 实 验 所 采 用 的 装 置 及 陶 瓷 膜 均 为 南 京 九 思 高科 技 有 限 公 司 生 产,实 验 装 置 流 程 见 图 1,采 用 该 装置 进 行 终 端 过 滤,PLC 自 动 控 制,可 设 定 反 冲 周 期及 反 冲 时 间,实 现 过 滤 与 反 冲 的 自 动 运 行,
图 1 实 验 装 置 流 程 图
Fig,1 Schematic diagram of the equipment
收 稿 日 期,2007 - 02 - 07 ; 修 改 稿 收 到 日 期,2007 - 05 - 08
基 金 项 目,国 家 863 项 目 (编 号 2005AA320020)
作 者 简 介,柏 其 亚 (1979 - ),男,江 苏 盐 城 人,硕 士 研 究 生,主 要 研 究 方 向 为 无 机 陶 瓷 膜 的 应 用,3 通 讯 联 系 人,025 -
83587213,E - mail,yiqunfan @njut,edu,cn
第 28 卷 第 5 期 膜 科 学 与 技 术 Vol,28 No,5
2008 年 10 月 MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Oct,2008
使 用 平 均 孔 径 50 nm 的 19 通 道 氧 化 锆 陶 瓷 膜进 行 实 验,膜 管 长 度 为 1 000 mm,膜 面 积 为 0,2 m2,
1,2 主 要 分 析 仪 器在 实 验 过 程 中,对 原 海 水 及 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的产 水 进 行 长 期 监 测,所 使 用 的 主 要 分 析 仪 器 见 表 1.
表 1 主 要 分 析 仪 器
Table 1 Analytical instruments
分 析 项 目 仪 器 名 称 型 号 生 产 厂 家浊 度 浊 度 计 2100N 美 国 哈 希 公 司
SDI15 SDI 测 定 仪 DD - SDI - 47浙 江 东 大 水 业 有 限 公 司电 导 率 电 导 率 仪 DDS - 307 上 海 雷 磁 仪 器 厂
2 结 果 与 讨 论
2,1 海 水 温 度 及 浊 度实 验 期 间 (2006 年 8 月 - 2006 年 11 月 )海 水 温度 及 浊 度 变 化 情 况 见 图 2,图 3,由 图 2,图 3 可 以 看出,海 水 温 度 呈 下 降 趋 势,浊 度 有 波 动,这 主 要 是 受海 水 涨 落 潮 的 影 响 \[4 \].
图 2 海 水 温 度 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,2 Variation of Seawater temperature with time
图 3 海 水 浊 度 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,3 Variation of Seawater turbidity with time
2,2 ,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺采 用,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,并 且 滴 加 2
mg/ L 的 NaClO 溶 液 进 行 杀 菌,工 艺 路 线 如 下 所 示,
海 水 原 水 罐
NaClO 溶 液离 心 泵 砂 滤 器陶 瓷 膜 过 滤 装 置在 实 验 过 程 中,控 制 砂 滤 器 的 进 水 流 量 为 0,5
m3/ h 左 右,经 砂 滤 器 处 理 后 的 海 水 浊 度 变 化 范 围 为
0,5～ 1,0 N TU,设 置 陶 瓷 膜 的 跨 膜 压 差 ( TMP) 为
0,1 MPa,反 冲 周 期 为 30 min,反 冲 时 间 为 60 s,进行 终 端 过 滤,当 渗 透 通 量 小 于 100 L/ (m2· h) 时 停 止过 滤,进 行 膜 化 学 再 生,实 验 结 果 见 图 4.
图 4 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,4 Variation of Flux with time
由 图 4 可 见,在 过 滤 开 始 时,渗 透 通 量 的 衰 减 速度 很 快,这 主 要 是 因 为 在 刚 开 始 过 滤 时,渗 透 通 量大,海 水 中 的 颗 粒 物 质 易 沉 积 在 膜 面 上,部 分 小 颗 粒堵 塞 膜 孔 \[7 \],定 周 期 的 反 冲 使 渗 透 通 量 略 有 提 高 但提 高 的 幅 度 不 大,砂 滤 器 对 海 水 中 的 颗 粒 物 质 有 去除 作 用,但 对 于 亚 微 米 级 颗 粒 及 纳 米 级 颗 粒 的 去 除效 果 不 明 显 \[8 \],而 这 些 颗 粒 易 造 成 膜 面 污 染 及 膜 孔堵 塞,故 造 成 渗 透 通 量 的 衰 减 速 度 快,反 冲 及 再 生 效果 不 好,
图 5 产 水 SDI15值 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,5 Variation of SDI15 with time
在 实 验 中,平 均 渗 透 通 量 为 137 L/ ( m2· h),产水 回 收 率 为 84 %左 右,产 水 SDI15值 每 4 h 进 行 一 次测 试,结 果 见 图 5,由 图 5 可 以 看 出,产 水 SDI15值 在
第 5 期 柏 其 亚 等,终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 · 87 ·
2,7～ 3,5 范 围 内 波 动,平 均 值 为 3,0.
2,3 ,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺改 变 工 艺 条 件,以,絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,作 为 反渗 透 膜 的 预 处 理 工 艺,,絮 凝 沉 降 + 超 滤 膜,的 工 艺在 有 机 膜 法 预 处 理 中 已 有 报 道 \[9,10 \],絮 凝 沉 降 可 以有 效 地 去 除 海 水 中 的 悬 浮 物,有 机 胶 体 及 细 菌 微 生物 等,尽 而 达 到 降 低 陶 瓷 膜 污 染 的 目 的 \[11 \],其 工 艺路 线 如 下 所 示,
海 水 原 水 罐
絮 凝 剂,助 凝 剂离 心 泵 絮 凝 沉 降 罐陶 瓷 膜 过 滤 装 置
2,3,1 跨 膜 压 差 对 过 滤 性 能 的 影 响分 别 选 择 跨 膜 压 差 为 0,05 MPa,0,08 MPa 及
0,1 MPa,比 较 渗 透 通 量 随 过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,每个 条 件 下 的 实 验 进 行 22 h,实 验 结 果 如 图 6 所 示,跨膜 压 差 对 稳 定 渗 透 通 量 的 影 响 见 图 7.
图 6 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,6 Variation of flux with time
图 7 跨 膜 压 差 对 稳 定 通 量 的 影 响
Fig,7 Effect of TMP on flux
由 图 6 可 以 看 出,随 着 跨 膜 压 差 的 增 大,渗 透 通量 的 衰 减 速 度 增 加,图 7 表 明 在 0,05～ 0,1 MPa 的跨 膜 压 差 范 围 内 稳 定 渗 透 通 量 存 在 极 大 值,这 主 要是 因 为 当 跨 膜 压 差 升 高 时,一 方 面 使 过 滤 推 动 力 增大,通 量 增 加 ;另 一 方 面,引 起 凝 胶 层 的 压 实,使 过 滤阻 力 增 大,通 量 下 降,当 跨 膜 压 差 小 于 0,08 MPa
时,属 压 力 控 制 区,故 随 着 跨 膜 压 差 的 增 大,稳 定 渗透 通 量 也 增 大 ;而 当 跨 膜 压 差 大 于 0,08 MPa 时,进入 传 质 控 制 区,稳 定 通 量 不 再 随 跨 膜 压 差 的 增 大 而增 大,故 导 致 相 反 结 果 \[12 \].
2,3,2 连 续 运 行 实 验根 据 优 化 后 的 操 作 条 件,进 行 连 续 运 行 实 验,设置 跨 膜 压 差 为 0,08 MPa,考 察 渗 透 通 量 及 经 陶 瓷 膜预 处 理 后 的 产 水 水 质 随 过 滤 时 间 的 变 化 趋 势,实 验结 果 见 图 8.
图 8 渗 透 通 量 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,8 Variation of Flux with time
图 9 产 水 SDI15 值 随 时 间 的 变 化 趋 势 图
Fig,9 Variation of SDI15 with time
由 图 8 可 以 看 出,在 开 始 过 滤 的 10 h 中,渗 透通 量 由 最 初 的 550 L/ ( m2· h) 下 降 至 390 L/ ( m2·
h),后 期 通 量 的 衰 减 速 度 比 较 缓 慢,经 过 一 周 的 运行,通 量 值 稳 定 在 162 L/ (m2· h) 左 右,不 需 要 进 行膜 再 生,在 实 验 过 程 中,平 均 渗 透 通 量 为 220 L/ (m2
· h),产 水 回 收 率 大 于 90 %,产 水 SDI15值 在 2,4～
218 之 间 波 动,平 均 值 为 2,6,并 且 不 受 原 海 水 水 质的 影 响,
与,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 相 比 较,该 工 艺条 件 延 长 了 膜 再 生 周 期,并 且 其 平 均 渗 透 通 量 提 高了 61 %,产 水 回 收 率 及 产 水 SDI15值 也 优 于 前 者,
2,4 水 质 分 析原 海 水 及 经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质 情 况 见
· 88 · 膜 科 学 与 技 术 第 28 卷
表 2.
表 2 水 质 及 平 均 去 除 率
Table 2 Water quality and rate of average removal rate
项 目 原 水 平 均 值 产 水 平均 值 平 均 去除 率 / %
p H 7,90 6,50 -
盐 质 量 分 数 / % 3,00 3,00 无浊 度 / N TU 7,93 0,04 99,5
电 导 率 / (mS· cm - 1) 46,8 46,8 无总 有 机 碳 (TOC) / (mg· L - 1) 4,15 2,74 34,0
细 菌 数 / (个 · mg - 1) 1,0 × 104 1,0 × 102 99,0
由 表 2 可 以 看 出,陶 瓷 膜 对 浊 度 及 细 菌 基 本 可以 完 全 去 除,对 总 有 机 碳 ( TOC) 部 分 去 除,对 电 导率,盐 度 无 去 除 作 用,经 陶 瓷 膜 预 处 理 后 的 产 水 水 质达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求 \[13 \].
3 结 论
1) 采 用 低 能 耗 的 终 端 陶 瓷 膜 法 进 行 海 水 淡 化预 处 理,其 产 水 水 质 达 到 反 渗 透 膜 的 进 水 水 质 要 求,
且 不 受 原 海 水 水 质 的 影 响,
2),絮 凝 沉 降 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺 明 显 优 于
,砂 滤 + 陶 瓷 膜,预 处 理 工 艺,该 预 处 理 工 艺 不 仅 延长 了 膜 再 生 周 期,而 且 该 工 艺 条 件 下 的 平 均 渗 透 通量,产 水 回 收 率 及 产 水 SDI15 值 明 显 较 好,
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2005,182,293 - 300.
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Pretreatment of SWRO by dead - end ceramic membrane
B A I Qiya,L IU X uewen,FA N Yiqun,X IN G Weihong
(Membrane Science & Technology Research Center,Nanjing University of Technology,Key Laboratory of
Material - Oriented Chemical Engineering of Jiangsu Province and Ministry of Education,Nanjing 210009,China)
Abstract,Ceramic membrane dead - end filtration was used for pretreatment of SWRO,The technology of
,flocculation and ceramic membrane” was compared to the technology of,sand filter and ceramic membrane”,
The former prolonged the period of regeneration and its average flux was 220 L/ (m2· h),which was 1,6 times
than that of the latter,Meanwhile,the rate of water recovery was more than 90 %,After treatment of ceramic
membrane,the quality of water could meet the requirement of SWRO,The results suggested that the technolo2
gy of,flocculation and ceramic membrane” was superior to the technology of,sand filter and ceramic mem2
brane” obviously.
Key words,ceramic membrane ; SWRO ; pretreatment ; dead - end filtration
第 5 期 柏 其 亚 等,终 端 陶 瓷 膜 法 海 水 淡 化 预 处 理 · 89 ·
