專利名稱：反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水淡化技術(shù)，特別是一種反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法。
水是人類賴以生存的基礎(chǔ)，但地球上可供人類使用的資源卻很有限。世界上94％的水為海水，6％的為淡水；而這6％的淡水中，又有27％為冰川，72％為地下水。隨著社會的發(fā)展，淡水資源的短缺逐漸顯現(xiàn)出來。僅中國就有300多個城市缺水，50多個城市嚴(yán)重缺水。而大量地抽取地下水，又會對城市造成負(fù)面影響，如地面下陷等。
眾所周知，地球上的絕大部分的水為海水，如果能夠利用海水資源，就可以完全解決人們的飲水問題，尤其是對沿海城市，海水淡化是真正解決缺水問題的方法。但海水中的含鹽量為3—4％，而能夠作為飲用水的含鹽量要小于1000PPM，所以必須利用有效的方式來降低含鹽量，使得產(chǎn)水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
海水淡化技術(shù)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，技術(shù)也發(fā)生巨大變化，目前使用的技術(shù)主要有多級閃蒸、多效蒸發(fā)、蒸汽壓縮、膜分離、電滲析等。經(jīng)常使用的淡化技術(shù)主要為多級閃蒸和反滲透膜分離，該兩種技術(shù)約占總淡化裝置能力86％，反滲透約占42％，目前新建的裝置多為反滲透裝置?，F(xiàn)在世界上每天淡化水的產(chǎn)量為2300萬噸，其中主要集中于沙特阿拉伯和美國。最大的反滲透(RO)脫鹽裝置的處理能力為270,000噸/天。
反滲透脫鹽技術(shù)是近十多年來發(fā)展起來新的淡化技術(shù)，短短的時間內(nèi)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為海水淡化的未來發(fā)展趨勢。反滲透是一種依靠壓力進(jìn)行分離的過程，主要的能耗為進(jìn)水的增壓，基本原理為進(jìn)水由泵加壓進(jìn)入膜分離單元，在膜的表面進(jìn)水分成兩股，一部分水通過膜，其中的無機(jī)離子被攔截而變成脫鹽水；另一部分水則不通過膜變成含鹽富集的濃縮水。反滲透海水淡化系統(tǒng)通常由三部分組成預(yù)處理、反滲透過程(高壓泵＋膜組件)和后處理。其中，預(yù)處理過程在反滲透過程中是非常重要的，因?yàn)槟さ谋砻姹仨毐３智鍧嵏蓛?，因而必須預(yù)先移出懸浮物，使得在膜的表面不會出現(xiàn)鹽的沉積和微生物。通常預(yù)處理由精密過濾和加酸或其它化學(xué)品——防止沉淀和微生物的生長過程組成。反滲透過程是海水脫鹽的核心，高壓泵提供壓力使得水通過膜并脫鹽，通過提高壓力使水通過膜。RO膜有幾種類型，商業(yè)化的主要有卷式膜和中空纖維膜，兩種構(gòu)型均用于苦咸水和海水脫鹽。后處理過程則包括淡化水脫氣，如硫化氫和調(diào)整PH值。
反滲透海水淡化應(yīng)用的關(guān)鍵是降低設(shè)備的操作費(fèi)用，使得產(chǎn)水成本能夠降低到幾元/噸淡化水。近十幾年來，在降低反滲透裝置的操作費(fèi)用方面，主要在開發(fā)更有效的膜和使用能量回收裝置。目前許多膜已經(jīng)有更高的水通量、增加了脫鹽率、降低了成本、壽命也更長。
海水淡化設(shè)備的核心是反滲透脫鹽裝置，它直接關(guān)系是否能夠達(dá)到從海水直接生成飲用水的目的，不能脫鹽也就無法完成海水的淡化，這是首要的前提。當(dāng)采用的反滲透能夠完成脫鹽任務(wù)后，接下來的問題就是如何保證裝置長期穩(wěn)定地運(yùn)行以及如何降低水的處理成本。
裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行，也就意味著膜的更換周期變化，相應(yīng)地也就降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)RO系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，除了反滲透系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)之外，另一個重要因素就是前處理的設(shè)計(jì)。前處理設(shè)計(jì)的合理可以減輕反滲透過程的負(fù)擔(dān)，同時延長膜的使用壽命，并可以增加系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。
反滲透海水淡化裝置運(yùn)行的好壞取決于下面三個因素海水的預(yù)處理、膜組件的選用和流程設(shè)計(jì)、膜污染的清洗，反滲透裝置的長期使用表明，預(yù)處理設(shè)計(jì)是反滲透系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵，預(yù)處理步驟處理水質(zhì)的好壞，直接影響后面反滲透系統(tǒng)膜的壽命，若不加預(yù)處理，海水直接進(jìn)入反滲透，1小是之內(nèi)就會使反滲透膜失效。
海水淡化預(yù)處理的方法的目的是防止膜的化學(xué)損傷和膜的污染。造成膜的化學(xué)損傷的原因是海水的PH值和海水中氯的濃度。造成膜的膜污染的原因主要有海水中的污染物，海水淡化技術(shù)預(yù)處理目的是除去這些物質(zhì)
現(xiàn)有的預(yù)處理方法是將上述的各種處理方法結(jié)合，分別對各種污染物進(jìn)行處理，這樣使得處理過程比較復(fù)雜，流程比較長，并且消耗大量的化學(xué)藥品。且該類流程對處理水的水質(zhì)比較敏感，這樣難以保證出水水質(zhì)，從而影響后面的RO系統(tǒng)性能。
現(xiàn)有的海水預(yù)處理技術(shù)包括粗砂沉淀池、加石灰和硫酸鐵過程、多介質(zhì)過濾器和保安過濾器。其中，粗砂沉淀池是海水進(jìn)入淡化系統(tǒng)的第一個預(yù)處理設(shè)備，由海水抽取系統(tǒng)提供的水，首先進(jìn)入粗砂沉淀池，隨著速度降低，沉積物就會沉降到池子底部；加石灰和硫酸鐵過程的目的是使顆粒物繼續(xù)絮凝沉降，并將水中的部分鈣沉積，降低水的含鹽量，使水得到澄清；進(jìn)入過濾器前，要先加硫酸，使水的PH值保持中性，多介質(zhì)過濾器將水中的細(xì)小顆粒攔截??；采用孔徑為5μm的高分子濾芯，作為預(yù)處理的終端過濾，使得最終的水達(dá)到反滲透膜的要求。
近些年來，國外也開始使用微濾作為反滲透的預(yù)處理方法，結(jié)果表明，微濾法比目前常規(guī)使用的處理方法有幾大優(yōu)勢，一是設(shè)備過程簡化，將過去的多介質(zhì)過濾器和保安過濾器合二為一，投資減少；二是運(yùn)行費(fèi)用減少，傳統(tǒng)工藝中保安過濾器濾芯2-5周就需要更換，用微濾膜則一年也不需要更換；三是處理的水質(zhì)比原來的方法要好的多。但作為海水淡化前處理，目前尚未有工業(yè)化的報道。
然而預(yù)處理直接影響整個反滲透設(shè)備的性能和經(jīng)濟(jì)性，目前采用的預(yù)處理存在如下的問題現(xiàn)有的預(yù)處理技術(shù)過程通常采用高分子濾芯作為最終過濾，而高分子濾芯是不能再生的，所以需要經(jīng)常更換濾芯；當(dāng)水質(zhì)較差時，一兩個星期就會將濾芯全部堵死，耗材費(fèi)用非常大，造成運(yùn)行費(fèi)的增加，且頻繁的更換濾芯，造成系統(tǒng)的產(chǎn)水不穩(wěn)定。另一方面，目前的預(yù)處理方法對于海水中的藻類的處理需要使用藥劑來處理，以防止對反滲透膜造成污染，這樣后面的工序需要再加其它藥劑將原藥劑除去，工序復(fù)雜并浪費(fèi)化學(xué)藥劑，若隨濃水排放，又會對環(huán)境造成污染。而且現(xiàn)有的預(yù)處理技術(shù)對原水的水質(zhì)適應(yīng)性差，當(dāng)進(jìn)水條件發(fā)生較大變化時，產(chǎn)水指標(biāo)會達(dá)不到反滲透膜的要求。
本發(fā)明的目的是提供一種可以完全克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、具有流程短、使用壽命長、對雜質(zhì)的去除效果好且水質(zhì)好等性能的反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法。
本發(fā)明的反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法包括將加入了絮凝阻垢劑的海水進(jìn)行沉淀，析出沉淀后的上清液加壓到0.02-0.5Mpa后進(jìn)入由數(shù)組微濾膜并聯(lián)組成的微濾單元，從微濾單元流出的透過液即可完全滿足反滲透膜系統(tǒng)的要求。
其中，所述微濾膜的材質(zhì)為金屬鈦或不銹鋼，孔徑為0.1—10μm。
所述膜組數(shù)為2-4。
所述海水在微濾膜單元中的流速為0.1-6米/秒。
所述絮凝阻垢劑可包括三氯化鐵或溴化鐵和磷酸鈉，各成分的加入量均為0.1-10ppm。
所述絮凝阻垢劑中還可以包括硫酸，加入量可為0.1-10ppm。
本發(fā)明的反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法的處理過程即海水加入藥劑后首先進(jìn)入沉降槽，通過加入的絮凝劑將大部分粗固體顆粒物、淤泥等沉淀析出，固體物則排出系統(tǒng)，集中處理。除去固體顆粒物的上清液，用泵加壓送到微濾膜單元，海水在微濾膜單元內(nèi)，在膜上與膜面橫向流過，部分海水滲過膜，即被過濾，海水中的顆粒物、有機(jī)物、藻類、淤泥等被膜攔截在進(jìn)料一側(cè)，并隨著濃縮液返回沉降槽。除去顆粒物的透過液，澄清透明、濁度降低到＜0.5，游離氯含量＜0.1PPM完全滿足反滲透膜系統(tǒng)的要求。
當(dāng)膜經(jīng)過一定時間的過濾后，通量會降低，可通過反洗過程，使膜的通量恢復(fù)到開始狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行過濾過程。
本發(fā)明的反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法是將原有的多介質(zhì)過濾器和保安過濾器結(jié)合起來，同時完成粗濾和精濾任務(wù)，并且能夠連續(xù)自動的完成在線清洗膜組件。
本發(fā)明的反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法的特點(diǎn)如下可以適應(yīng)進(jìn)料中含有較高固體含量，并且固體含量范圍變化較寬的進(jìn)料情況；系統(tǒng)產(chǎn)生的處理水的水質(zhì)非常好(SDI＜3，濁度＜0.5)，并且處理水的品質(zhì)保持恒定，并不因?yàn)檫M(jìn)水情況變化而發(fā)生變化；由于流程短，將粗濾和精濾合二為一，加入的化學(xué)藥品少，產(chǎn)生的廢物少，運(yùn)行費(fèi)用非常低，總的動力消耗通常僅為0.15-0.20kw·h/噸過濾水；系統(tǒng)為全自動操作，微濾膜清洗過程為自動清洗，壽命長，可以使用5-10年，不象傳統(tǒng)的保安過濾器那樣，1—2個月就要更換濾芯，并且所產(chǎn)生的水質(zhì)比用保安過濾器要好得多；系統(tǒng)中采用的微濾膜是一種性能優(yōu)越的無機(jī)過濾材料，尤其適于進(jìn)行海水處理，能夠承受各種條件下的海水侵蝕，幾十年也不會被腐蝕，且具有極好的耐沖擊性和強(qiáng)度，不會像高分子濾芯那樣，因系統(tǒng)的溫度和壓力的突然變化，而易到損壞，從而影響到后面的反滲透膜系統(tǒng)；系統(tǒng)的另外一個特點(diǎn)是對海水中的藻類和膠體有非常好的去除效果；利用本系統(tǒng)進(jìn)行原水處理，較其它預(yù)處理方法，將增加反滲透膜的產(chǎn)水能力。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明一種反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法，它包括將加入了由溴化鐵和磷酸鈉組成的絮凝阻垢劑的海水進(jìn)行沉淀，析出沉淀后的上清液經(jīng)加壓到0.2Mpa壓力后進(jìn)入由2組材質(zhì)為金屬鈦、膜孔徑為5μm的微濾單元，從微濾單元流出的透過液即可完全滿足反滲透膜系統(tǒng)的要求。
所述海水在微濾膜單元中的流速為3米/秒。
所述絮凝阻垢劑中各成分的加入量均為5ppm。
權(quán)利要求
1.一種反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法，其特征是包括將加入了絮凝阻垢劑的海水進(jìn)行沉淀，析出沉淀后的上清液加壓到0.02-0.5Mpa后進(jìn)入由數(shù)組微濾膜并聯(lián)組成的微濾單元，從微濾單元流出的透過液即可完全滿足反滲透膜系統(tǒng)的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述微濾膜的材質(zhì)為金屬鈦，孔徑為0.1—10μm。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述微濾膜的材質(zhì)為不銹鋼，孔徑為0.1—10μm。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述膜組數(shù)為2-4。
5.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述海水在微濾膜單元中的流速為0.1-6米/秒。
6.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述絮凝阻垢劑包括三氯化鐵或溴化鐵和磷酸鈉，各成分的加入量均為0.1-10ppm。
7.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征是所述絮凝阻垢劑中還包括硫酸，加入量為0.1-10ppm。
全文摘要
本發(fā)明為一種反滲透海水淡化微濾膜預(yù)處理方法。它包括將加入了絮凝阻垢劑的海水進(jìn)行沉淀,析出沉淀后的上清液經(jīng)加壓后進(jìn)入由數(shù)組微濾膜并聯(lián)組成的微濾單元,從微濾單元流出的透過液即可完全滿足反滲透膜系統(tǒng)的要求。本發(fā)明的處理方法的特點(diǎn)是:可以適應(yīng)進(jìn)料中含有較高固體含量,系統(tǒng)產(chǎn)生的處理水的水質(zhì)非常好,且保持恒定,運(yùn)行費(fèi)用低,微濾膜壽命長,對海水中的藻類和膠體去除效果好。
文檔編號C02F1/44GK1328867SQ0112946
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者蔡躍明, 閻勇 申請人:蔡躍明, 閻勇