管式超滤膜海水淡化提镁预处理工艺中试研究_赵旭臣

沿海地区是我国人口最多、经济最发达的地区。淡水资源的日趋紧缺是沿海地区可持续发展面临的严峻问题之一。海水淡化作为一种解决水资源短缺的重要战略手段，在世界范围内发挥着越来越重要的作用。目前世界上采用的主要的海水淡化方法（多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）、反渗透（RO））中，RO技术因其具有投资少、操作方便、建设期短、占地面积小等优点而得到较为广泛的应用。在反渗透海水淡化工程中，由于海水中的盐度、硬度、总固溶物及其它杂质的含量均较高[1]，达不到反渗透及纳滤的进水水质要求，因此，预处理是一个必不可少的步骤。反渗透海水淡化常规预处理方法有加氯杀菌、在线凝聚和絮凝、多介质过滤、加酸调节pH、加防垢剂和还原剂、保安过滤等。传统预处理中的多介质过滤器和筒式过滤器并不能完全去除胶体和悬浮物质，并且出水水质会产生波动[2]，另外传统的加药处理方式会对反渗透膜和环境造成污染[3]。如果采用对海水进行除钙提镁的方法进行预处理，可以得到纯度很高的氢氧化镁，产生较好的经济效益；可以降低海水在淡化过程中的结垢倾向，不加阻垢剂等药剂，减少运行费用，减少对环境的污染和破坏作用；可以降低海水淡化过程中的操作压力，提高海水淡化的收率，降低了淡水的单位能耗，达到节能减排的目的，同时浓缩液可以制备高纯度的氯化钠，最终实现海水的综合利用。本文采用管式超滤膜对海水进行提镁的预处理中试研究，为海水淡化除钙提镁预处理方法提供技术基础。1试验部分1.1试验装置试验的主要设备是天津膜天膜公司制备的管式超滤膜组件，共6支组件，组件长3m，每支组件有效膜面积4.2m2，膜管直径12mm，膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF），膜截留分子质量100000。1.2试验水质天津塘沽的海水水质为：pH为7.89，电导率38.7μS·cm-1，浊度为10NTU，COD为5.75mg·L-1，Ca2+、Mg2+质量浓度分别为0.308、1.138g·L-1。1.3工艺流程试验在天津塘沽海滨进行，在除钙后的海水中加入氢氧化钠，适当过量，使海水中的镁离子完全生成氢氧化镁沉淀，然后采用管式膜装置对氢氧化镁进行过滤浓缩。除钙后并加入氢氧化钠的海水经供水泵从进水罐输送入管式膜装置，超滤产水储存于超滤产水罐作为反渗透（RO）系统的进水，浓水回到进水罐继续循环。具体工艺流程如图1所示。1.4分析方法镁含量测试采用EDTA滴定法；浊度采用型号为H293703-11的浊度仪测定。管式超滤膜海水淡化提镁预处理工艺中试研究赵旭臣，刘恩华（天津工业大学，天津膜天膜工程技术有限公司，天津300160）摘要：对管式超滤膜海水淡化提镁预处理工艺进行了中试研究。考察了产水流量与运行时间、操作压力之间的关系，以及运行时间对产水浊度的影响。并对试验装置的提镁效果进行了测试，同时，提出了管式超滤膜的清洗方法。结果表明，管式超滤膜对海水中的镁有很好的去除效果，产水中的镁含量符合反渗透原水的标准；清洗方法简便，通量恢复率高。关键词：海水淡化；预处理；管式膜；超滤；提镁中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0111-003收稿日期：2011-03-21作者简介：赵旭臣（1987－），男，硕士研究生，研究方向为高分子材料；联系电话：13512967428；E-mail：125144414@qq.com第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,2011111DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.0282结果与讨论2.1运行时间对产水流量的影响产水流量与运行时间的关系如图2所示。可以看出，随着试验的进行，产水流量逐渐下降。在运行初期下降明显，随着试验的进行，产水流量下降的幅度逐渐减缓。这是由于在运行的初始阶段，部分氢氧化镁颗粒在膜表面沉积，形成滤饼层，大大增加了膜过滤的阻力，随着试验的进行，氢氧化镁的浓度在不断增加，膜表面浓差极化作用加剧，使膜通量有很大的衰减。滤饼层形成后，随着滤饼层增厚，料液中氢氧化镁浓度增加，膜过滤阻力还在继续增加，但增加幅度减小，膜装置产水流量降低幅度变小。2.2操作压力对产水流量的影响操作压力与产水流量的关系如图3所示。开始随着压力的增大产水流量增大，但是随着运行时间的延长不同运行压力下的产水流量趋于稳定，差别变小，最终相差不大。这是因为在实际运行中加大运行压力的同时也增加了膜的污染，压力越高，浓差极化越严重，膜表面形成的滤饼层越致密，使水的透过阻力越大，这大大削弱了通过运行压力的提高使产水流量提高的作用。因此，在系统运行过程中选择适当的操作压力，既能获得较高的产水流量，又能使超滤系统在较低的压力下运行，降低能耗[4-5]。2.3运行时间对产水浊度的