超濾技術在海水資源利用中的應用研究

袁心，劉偉，宮凱樂，張浩，許忠鳳

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料與膜應用國家重點實驗室，天津300457；2.天津工業大學，省部共建分離膜與膜過程國家重點實驗室，天津300387）

近年來水資源匱乏已經成為我國日益關注的問題，作為水資源組成部分，海水資源儲量豐富，其有效、綜合利用是緩解和解決我國水資源匱乏的重要方法之一。膜分離技術作為一種水處理技術，目前在海水資源綜合利用中發揮著重要作用，隨著超濾、反滲透技術的發展和完善，進一步促進超濾、反滲透膜分離技術在海水資源綜合利用中的發展和應用。但由于反滲透膜的特性，其對進水水質要求高。選擇合理的預處理工藝，是預防反滲透膜元件污染，保證反滲透安全、穩定、連續運行的決定性因素之一。

超濾技術是近幾年我國水務行業迅速發展起來的反滲透膜法的預處理技術，克服了傳統預處理制水工藝中出水水質不穩定、出水水質不合格等諸多不足，能夠保證海水反滲透系統的進水水質標準要求，具有安全、穩定、自動控制連續運行的特點和綠色、高效、節能、工藝簡便、過程容易控制等優勢。為此，筆者在天津某港口開展中試研究，探究超濾技術在海水資源利用中的性能變化，優化處理工藝，以及進行膜污染清洗研究。

1 試驗設備及流程

1.1 試驗設備

本試驗設備是以中空纖維超濾膜組件為中心處理單元，配以自控單元、加藥單元、自清洗單元、特殊設計的閥門和管路等，實現連續且閉路操作系統。袋式過濾器產水，在一定壓力下透過超濾系統進行過濾，實現物理分離凈化。

試驗以天津某港口海水作為原水，取水時海水經袋式過濾器過濾，然后輸送至超濾系統進行試驗。試驗所用超濾系統膜組件UOT865，如圖1所示，組件來自天津膜天膜科技股份有限公司。

圖1 試驗所用膜組件UOT865

1.2試驗設備系統示意圖(見圖2)

系統流程為：過濾→氣擦洗→氣水洗→排污→運行3～5d后EFM→過濾，全程自動運行，定期化學清洗需手動操作。

圖2 試驗設備系統示意圖

1.3 試驗設計參數（見表1）

表1 試驗設計參數

2 試驗結果與討論

2.1超濾系統進產水水質

雖然海洋環境變化頻繁，導致系統進水水質波動較大（見圖3），進水濁度在3NTU～20NTU之間，超濾系統產水非常穩定，濁度均保持在0.1NTU以下，說明本試驗超濾系統的截留能力穩定，對進水水質的變化有非常高的適應性。

試驗過程中超濾系統產水SDI15也保持在3以下。滿足后續進水使用要求。

圖3 超濾系統進產水濁度變化

2.2超濾系統運行情況

自2015年5月7日起至2015年9月6日超濾系統設備現場正式運行，整個周期內系統運行穩定，平均通量達到70L/m2·h，跨膜壓差在50～85kPa之間，設置3d進行1次EFM，每次EFM后跨膜壓差均能有較大幅度降低，清洗周期性明顯，整個試驗周期膜比通量呈現平滑的變化且每次維護清洗后基本都能恢復至初始水平。

試驗成果可以證明長時間在海水環境中運行不會對此超濾系統造成任何影響，膜組件的化學穩定性和耐久性完全能適應海水水質。在整個試驗周期內膜組件藥洗后性能恢復良好。試驗運行趨勢如圖4所示。

圖4 超濾系統運行總趨勢圖

2.3 技術經濟性分析

2.3.1 系統產水率和能耗

整個試驗周期內超濾系統產水率在95%以上，試驗正式開始后很長一段時間內，超濾系統產水率在96.5%以上，說明在試驗運行時，系統產水率能保持在較高水平，從而提高實際生產效率，降低能源消耗。

整個試驗周期內設備的能耗均在0.081kW·h/t左右。

2.3.2 系統藥耗

因為設備進水為海水，濁度波動非常大，水質不穩定，所以設定EFM周期為3～5d，每次設備維護性清洗的藥劑都為次氯酸鈉，自備的10%質量分數的次氯酸鈉為原始藥劑。本次試驗清洗加次氯酸鈉濃度在8×10-2%左右，清洗工藝為浸泡—循環—靜止總用時為50min。

3 結論

本試驗利用超濾系統（膜組件為UOT865）對天津某港口海域海水進行過濾，通過本試驗中對超濾系統運行參數的摸索與改進，并分析總結產水效果，可以為后續進水要求提供保證，同時為海水資源利用提供有力支持。系統產水濁度＜0.1NTU，SDI15＜3。1）產水率：本次中試試驗我們產水率一直保持在95%以上；2）能耗：本試驗中產品噸水能耗在0.081kW·h/t左右；3）跨膜壓差：整個中試階段在夏季高溫條件下進行，進水溫度在18～30℃之間，設備的跨膜壓差隨著膜清洗周期性非常明顯，清洗階段非常有助于膜性能恢復；4）通量：整個試驗系統運行平均通量為70L/m2·h，設備運行穩定，跨膜壓差最高沒有超過90kPa，清洗恢復性、周期性明顯，項目實際運行中，可以保證此通量下穩定運行；5）設備維護清洗：按照試驗運行情況、系統進水水質和跨膜壓差的變化情況，設備可3d進行一次維護清洗，清洗的加藥量保持在8×10-2%左右，保證跨膜壓差穩定增長，維護清洗方法是先循環后浸泡，總時間保持在1h以內。

總之，通過本試驗的開展，檢驗了超濾系統優異的性能，優化了運行參數，保證產水始終滿足后續進水要求，為實際工程應用提供保證，為超濾、反滲透膜分離技術在海水資源綜合利用提供技術經濟依據。

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