超滤技术在海水资源利用中的应用研究

袁心，刘伟，宫凯乐，张浩，许忠凤

（1.天津膜天膜科技股份有限公司，膜材料与膜应用国家重点实验室，天津300457；2.天津工业大学，省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387）

近年来水资源匮乏已经成为我国日益关注的问题，作为水资源组成部分，海水资源储量丰富，其有效、综合利用是缓解和解决我国水资源匮乏的重要方法之一。膜分离技术作为一种水处理技术，目前在海水资源综合利用中发挥着重要作用，随着超滤、反渗透技术的发展和完善，进一步促进超滤、反渗透膜分离技术在海水资源综合利用中的发展和应用。但由于反渗透膜的特性，其对进水水质要求高。选择合理的预处理工艺，是预防反渗透膜元件污染，保证反渗透安全、稳定、连续运行的决定性因素之一。

超滤技术是近几年我国水务行业迅速发展起来的反渗透膜法的预处理技术，克服了传统预处理制水工艺中出水水质不稳定、出水水质不合格等诸多不足，能够保证海水反渗透系统的进水水质标准要求，具有安全、稳定、自动控制连续运行的特点和绿色、高效、节能、工艺简便、过程容易控制等优势。为此，笔者在天津某港口开展中试研究，探究超滤技术在海水资源利用中的性能变化，优化处理工艺，以及进行膜污染清洗研究。

1 试验设备及流程

1.1 试验设备

本试验设备是以中空纤维超滤膜组件为中心处理单元，配以自控单元、加药单元、自清洗单元、特殊设计的阀门和管路等，实现连续且闭路操作系统。袋式过滤器产水，在一定压力下透过超滤系统进行过滤，实现物理分离净化。

试验以天津某港口海水作为原水，取水时海水经袋式过滤器过滤，然后输送至超滤系统进行试验。试验所用超滤系统膜组件UOT865，如图1所示，组件来自天津膜天膜科技股份有限公司。

图1 试验所用膜组件UOT865

1.2试验设备系统示意图(见图2)

系统流程为：过滤→气擦洗→气水洗→排污→运行3～5d后EFM→过滤，全程自动运行，定期化学清洗需手动操作。

图2 试验设备系统示意图

1.3 试验设计参数（见表1）

表1 试验设计参数

2 试验结果与讨论

2.1超滤系统进产水水质

虽然海洋环境变化频繁，导致系统进水水质波动较大（见图3），进水浊度在3NTU～20NTU之间，超滤系统产水非常稳定，浊度均保持在0.1NTU以下，说明本试验超滤系统的截留能力稳定，对进水水质的变化有非常高的适应性。

试验过程中超滤系统产水SDI15也保持在3以下。满足后续进水使用要求。

图3 超滤系统进产水浊度变化

2.2超滤系统运行情况

自2015年5月7日起至2015年9月6日超滤系统设备现场正式运行，整个周期内系统运行稳定，平均通量达到70L/m2·h，跨膜压差在50～85kPa之间，设置3d进行1次EFM，每次EFM后跨膜压差均能有较大幅度降低，清洗周期性明显，整个试验周期膜比通量呈现平滑的变化且每次维护清洗后基本都能恢复至初始水平。

试验成果可以证明长时间在海水环境中运行不会对此超滤系统造成任何影响，膜组件的化学稳定性和耐久性完全能适应海水水质。在整个试验周期内膜组件药洗后性能恢复良好。试验运行趋势如图4所示。

图4 超滤系统运行总趋势图

2.3 技术经济性分析

2.3.1 系统产水率和能耗

整个试验周期内超滤系统产水率在95%以上，试验正式开始后很长一段时间内，超滤系统产水率在96.5%以上，说明在试验运行时，系统产水率能保持在较高水平，从而提高实际生产效率，降低能源消耗。

整个试验周期内设备的能耗均在0.081kW·h/t左右。

2.3.2 系统药耗

因为设备进水为海水，浊度波动非常大，水质不稳定，所以设定EFM周期为3～5d，每次设备维护性清洗的药剂都为次氯酸钠，自备的10%质量分数的次氯酸钠为原始药剂。本次试验清洗加次氯酸钠浓度在8×10-2%左右，清洗工艺为浸泡—循环—静止总用时为50min。

3 结论

本试验利用超滤系统（膜组件为UOT865）对天津某港口海域海水进行过滤，通过本试验中对超滤系统运行参数的摸索与改进，并分析总结产水效果，可以为后续进水要求提供保证，同时为海水资源利用提供有力支持。系统产水浊度＜0.1NTU，SDI15＜3。1）产水率：本次中试试验我们产水率一直保持在95%以上；2）能耗：本试验中产品吨水能耗在0.081kW·h/t左右；3）跨膜压差：整个中试阶段在夏季高温条件下进行，进水温度在18～30℃之间，设备的跨膜压差随着膜清洗周期性非常明显，清洗阶段非常有助于膜性能恢复；4）通量：整个试验系统运行平均通量为70L/m2·h，设备运行稳定，跨膜压差最高没有超过90kPa，清洗恢复性、周期性明显，项目实际运行中，可以保证此通量下稳定运行；5）设备维护清洗：按照试验运行情况、系统进水水质和跨膜压差的变化情况，设备可3d进行一次维护清洗，清洗的加药量保持在8×10-2%左右，保证跨膜压差稳定增长，维护清洗方法是先循环后浸泡，总时间保持在1h以内。

总之，通过本试验的开展，检验了超滤系统优异的性能，优化了运行参数，保证产水始终满足后续进水要求，为实际工程应用提供保证，为超滤、反渗透膜分离技术在海水资源综合利用提供技术经济依据。

[1]孙晨,解利昕,孙永超,等.渤海湾海水混凝-超滤预处理工艺研究[J].化学工程,2015,10：6-10+25.

[2]孙磊,戴海平,柯永文.超滤用于海水淡化预处理的应用研究[J].天津化工,2016,02：25-31.

[3]龙泽波,张大群,张万钦，等.渤海海水淡化反渗透法的预处理工艺[J].城市环境与城市生态,2003,16(6)：241-242.

[4]Teng C K,Hawlader M N A,Malek A.An experiment withdifferent pretreatment methods[J].Desalination,2003,156(1/2/3)：51-58.

[5]WilfM,KlinkoK.Effective new preteratment for seawater reverse osmosis systems[J].Desalination,1998,117(1/2/3)：323-331.

[6]Chua KT,Hawlader MN A,MalekA.Pretreatment of seawater：Results ofpilot trials in Singapore[J].Desalination,2003,159(3)：225-243.

[7]Galloway M,Mahoney J.Ultration for seawater reverse osmosispretreatment[J].Membrane Technology,2004(1)：5-8.

[8]苏保卫,王越,王志，等.海水淡化的预处理技术研究进展[J].中国给排水,2003,19(8)：30-32.

[9]钟素红,衣守志,李超.海水淡化预处理技术的现状及发展[J].海湖盐与化工,2006,35(1)：25-30.