海水淡化用中空纖維膜的研發及應用

趙繼軍（濟南市水處理設備廠有限公司 山東 濟南 250033）

當前，海水淡化的主要方法有反滲透與蒸餾，其中反滲透是其主要技術。然而，由于反滲透膜的污堵，制約了進一步推廣。經過長期發展，中空纖維反滲透膜由于具有良好的耐氯性能及耐生物污染性能，進而在海水淡化中得到廣泛應用。進入到二十一世界以來，我國的海水淡化事業也得到飛速發展，大多海水淡化廠采用該技術，并取得較為顯著的效果。下面對海水淡化中空纖維膜的技術及特點進行闡述。

一、中空纖維膜的發展現狀及其特點

日本東洋紡的水處理采用中空纖維膜技術，并逐漸向海外拓展。并與庫波達企業共同研制低壓的中空反滲透纖維膜，試圖有效解決水資源較為貧乏的地區。中空纖維反滲透膜主要是服務相對高溫的封閉性海域，能夠與微生物繁殖。尤其在中東地區，市場需求正以10%的年增長率不斷擴大。直至近年來，日本山口縣巖國事業所的中空纖維膜產能逐漸分階段擴大，且反洗的次數相對較少，容易維護。迄今為止，我國的中空纖維反滲透膜僅用于苦咸水的淡化，材質采用二醋酸纖維素。通過發展，研發有三醋酸纖維素中空纖維反滲透膜，且質量相對較好，脫鹽率高達95%左右，氟去除率約96%。通過利用三醋酸纖維素中的纖維膜，高壓泵可使半透膜一側的原水壓力相對超過滲透壓。通過這種方式，原水中的水分子就能夠透過半透膜進入到另一側，最終獲得純凈水。

三醋酸纖維素中空反滲透膜的制造工藝較為發雜，且擁有較大的表面積，可通過氯消毒劑注入到反滲透系統，進而有效阻止生物菌等一系列堵塞物的堵塞，保持中空纖維膜的暢通；并且該技術將幾百萬根的中空纖維，采用橫向纏繞技術，繞成元件的結構，這種結構能降低透過水的流動壓損，使其獲得較為均勻的水流，具有較低的堵塞率。其性能參數如下表1所示：

表1 中空纖維反滲透膜的性能參數

二、中空纖維膜在海水淡化中的應用

本次研究選取某發電廠反滲透海水淡化工程的超濾產水，原有海水的水溫度約為18℃，其電導率約為45000μs/cm。并根據現場的實際情況，設計針對性的中試裝置，包括以下幾方面特點：采用無紙記錄儀，其試驗參數可在線顯示，能夠實現數據的連續自動記錄；并與工業裝置使用相同的水源，可確保其耐久性及穩定性；采用PLC自動控制，可有效減輕勞動強度；采用特殊的儀表探頭流通地，確保測量精度。其工藝流程如下圖1所示：

圖1 裝置工藝流程

通過本次試驗可得：經過良好的預處理后可有效保證反滲透裝置的穩定運行。

首先，探討反滲透膜在不同操作壓力下的回收率性能。在測試的過程中對操作壓力及回收率的試驗進行了調整，當壓力處于5Mpa范圍內時，其膜進水及其濃水的壓差可形成較鮮明對比，其壓差往往小于40kPa,擁有較穩定的試驗過程。待試驗完成后期，反滲透的設備進水壓力可穩定于5.5Mpa，在該運行條件下，壓差大多穩定在27Kpa。根據以上變化數據可得：反滲透膜均未有較為明顯的污染，且具有穩定的性能及耐污染能力。

其次，海水離子的脫除率。海水中常見的離子有Mg2+、K+及Na+等，脫除率均超過99.1%，并在不同時間測量其檢測結果也不相同，擁有較好的平行性。

再次，不同時間段的膜性能變化。由于反滲透膜擁有較好的耐氯性，可有效控制微生物的污染，能夠有效保證其運行。在試驗的過程中采用沖擊加藥的方式，能夠對運行過程中的進水、濃水進行殺菌，殺菌能力較強。最后，不同溫度下的膜性能。溫度對膜性能的影響主要來源于兩方面，即：水溫及電導率。其中若水溫得到增加，就會相應降低水電導率；而電導率的儀表測試數值又與溫度相關，其溫度增加，就會相應增加電導率。在很大程度上由于海水溫度升高，對于后期研究工作具有重要意義。

結束語

對于我國而言，最適用于海水淡化處理的中空纖維材質主要有聚乙烯（polytene）、聚砜（polysulfone）及聚偏氟乙烯（polyvinylidene）等具有良好的耐腐蝕性，本文首先分析了國內外海水淡化中空纖維膜的發展及其特點，然后通過實驗探究中空纖維膜在海水淡化中的應用，并分析其影響因素，旨在為今后海水淡化中空纖維反滲透膜的應用提供參考借鑒，望更多的有志之士加入到該研究隊伍中，做出一份貢獻，較好的解決水資源短缺問題。

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