国产超滤膜在海水淡化预处理中的应用分析

国产超滤膜在海水淡化预处理中的应用分析涂德贵

(福建省环境保护设计院有限公司，福建福州350002)

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，改善水资源匮乏问题的有效措施，在世界范围内所起到的积极作用愈加突出，其工程规模也在持续扩大。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法，目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护、节能和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代其他方法成为最广泛的方法。在反渗透海水淡化处理工程中，预处理工艺作为一项重要的工艺环节，设备总投资中占比超过40%以上，主要包括混凝、沉淀、过滤等一系列工艺过程，流程繁琐复杂，难以满足小型反渗透海水淡化处理工程的需要。近年来超滤技术的出现，以效率高、操作便捷、工艺简单，且出水水质良好等突出优势，逐渐成为反渗透海水淡化预处理过程的主流工艺。

通常采用超滤预处理系统，其出水SDI一般小于2，相较于传统预处理方法出水SDI值更低、更稳定，具备高截留率和高通量，有效提升海水淡化处理效率的同时，能够将运营成本降到最低，具有良好的经济效益。本文基于国产超滤膜在海水淡化预处理工艺中的应用情况进行分析，并结合具体运行情况优化改进其操作工艺，实践结果表明可以取得良好的出水水质和产水量，满足海水淡化工程预期设计要求。

1超滤膜在海水淡化预处理中的优势

超滤是一种压力为动力膜分离技术(UItrafil-tration简称UF)。能够将溶液净化，分离或者浓缩。超滤是介于微滤与纳滤之间，且三者之间无明显的分界线。超滤膜的孔径在0.01μm～1nm之间，操作压力为0.1～0.5MPa。主要用于截留分子量分布在2000～5000道尔顿的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质，广泛应用于海水淡化预处理过程，优势特点较为鲜明，具体表现在以下几点：

(1)海水中的固体悬浮物高效截留，同时还有部分微小细菌和胶体，可以显著降低淤泥污染指数，即SDI，从而延缓反渗透装置污染和老化趋势，又能规避原海水水质改变带来的不良影响，出水水质符合预期要求。

(2)代替传统预处理工艺系统里繁琐的步骤，精简以往预处理工艺流程，超滤占地面积小，可以减少30%～40%的空间，空间利用率高，投资费用和运行成本都大大降低。加之工作操作简单、便捷，可以实现统一管理[1]。现阶段海水淡化处理对超滤膜的选择，主要将超滤膜的价格和使用寿命作为重要衡量指标，国产超滤膜在性价比方面具有一定优势，该优势成为是否采用该产品的重要影响因素。

(3)规避对环境污染破坏。以往的预处理工艺需要加入大量的水质稳定剂、杀生剂、絮凝剂以及阻垢剂等化学试剂，这些化学试剂伴随着污水排放到自然环境中，不可避免的产生不良影响。选择超滤膜技术可以减少化学试剂用量，满足海水淡化预处理需要的同时，最大程度上减少对环境的污染和破坏。

2海水淡化预处理中国产超滤膜的应用分析

2.1海水淡化预处理工艺中的超滤过程

海水淡化预处理工艺采用超滤膜，首先需要对预处理工艺设计中产水量设定，了解原水水质情况，投资、运营成本，并基于海水淡化反渗透系统的工艺处理要求。具体如下：基于潜水泵中取出海水，借助自清洗过滤器进行预处理，然后进入到连续超滤装置，将水中潜藏的微小悬浮物等杂质进行截留，并通过加入适量的杀生剂消灭微生物；超滤掺水输送到中间水箱后，抽取到保安过滤器进行过滤处理，然后基于高压泵、能量回收装置进入反渗透膜组件，掺水矿化处理后输送到储水设备中[2]。使用化学清洗系统来充分清洗超滤装置、反渗透装置，使用中间水箱的水来反洗超滤装置。

2.2超滤实验设备

超滤过程一般采用CMF超滤试验装置进行，该装置主要由机架、原水罐、工作泵、反洗泵、化学清洗罐、化学清洗泵、电器控制系统、加药系统、自清洗过滤器、膜组件超滤装置等部分组成，其中超滤装置是系统预处理的关键所在。超滤装置在长期运行中，不可避免的会有大量很难清洗干净的物质，对膜组件造成污染和侵蚀，进而降低膜组件的整体性能。因此，为了保障超滤装置安全、长期稳定运行，配备了专门的压缩空气系统、化学清洗系统以及反洗系统，同时设置了加药系统，用于控制微生物滋生和繁殖，最大程度上减少对超滤膜的不良影响。结合现场具体运行调控，出水水质和产水量可以满足反渗透系统运行要求，切实提升系统运行效率[3]。

2.3国产中空纤维超滤膜组件

国产中空纤维超滤膜组件参数:本实验采用膜天超滤膜，型号为UOT-865,该产品采用耐化学药剂性能很强的聚偏氟乙烯(PVDF)材质，膜孔径为0.03μm，耐受pH值范围为1～10。依据实际情况选择全流过滤或错流过滤，采用外压式过滤形式，膜丝则采用复合纺丝工艺制成，中空纤维膜的膜丝外径1.3mm、内径0.7mm，膜丝有效过滤面积则是65m2，纯水初期通量是膜通量范围40～100L/(m2h)。

3超滤装置的运行效果分析

3.1实验试运行阶段

超滤装置在试运行阶段，依据超滤膜产品参数进行操作控制。通过CMF超滤试验装置循环往复进行处理，调整操作参数，系统运行一段时间后收集相关数据。由运行一段时间后的数据信息分析，如果控制超滤系统进水量恒定，伴随着装置运行时间推移，超滤系统的产水量不可避免的呈现下降趋势，这主要是由于膜污染原因所导致。根据系统运行参数来分析，间隔一定时间进行一次化学增强反洗，清洗后产水量显著提升，随着清洗次数的增加，产水量随之衰减，而且系统进水管与产水管压力恒定。在进行化学增强反洗处理后，系统产水量仍然无法得到提升，则需要停止系统运行，可采用化学恢复性清洗方式[4]，也可以适当提高系统操作压力，控制产水量符合要求。

从试运行数据结果来看，原水浊度高，污染大，如果仍然是严格遵循超滤膜预设操作参数，会延长化学增强反洗周期，产水量呈现快速衰减趋势，难以为系统产水量与品质提供保障[5]。因此，需停止运行进行一次化学恢复性清洗，此类情况会影响到装置运行效率。所以，积极推动国产超滤膜工艺优化设计显得十分重要。

3.2国产超滤膜性能表现分析

为确保能够从科学、严谨的角度，对国产超滤膜技术性能进行有效测评，并验证其在海水淡化工程中的适用性。本实验采用特定海水水质作为原料海水，同时将国产中空纤维超滤膜加入CMF超滤试验装置进行综合评价，以确定所采用的国产超滤膜组件运行稳定性。

3.2.1低温承受能力分析

海水温度变化对于预处理过程中淡化、净化环节影响