陶瓷膜海水預處理方法
2023-06-22 00:18:36 3
專利名稱：陶瓷膜海水預處理方法
技術領域：
本發明涉及海水淡化及海水淨化技術，尤其是一種海水淡化及海水淨化中陶瓷膜海水預處理方法。
背景技術：
全球水資源的96.5％是海洋鹹水，僅有3.5％為淡水；而淡水的2.5％為極地平川，只有1％可供人類使用。海水中除了3％左右的無機鹽和有機物等之外，其中97％是淡水。海水的總體積約13.7億立方公裡，可以說是取之不盡，用之不竭的水資源。開發利用海水資源，發展海水利用產業，是解決沿海地區水資源危機的唯一出路。
海水淡化是從海水中獲取淡水的技術和過程。是通過物理、化學或物理化學方法等實現的。主要途徑有兩條，一是從海水中取出水的方法，二是從海水中取出鹽的方法。前者有蒸餾法，反滲透法、冰凍法、水合物法和溶劑萃取法等，後者有離子交換法、電滲析法、電容吸附法和壓滲法等。但到目前為止，實際應用的僅有蒸餾法，反滲透法和電滲析法。
可靠的預處理系統是保證海水淡化系統正常運行的關鍵技術，尤其是反滲透海水淡化技術，由於海水中除了含有大量的鹽外，還有大小不等的有機、無機、微生物顆粒。如果將取來的海水直接採用反滲透膜進行脫鹽處理，這些海水中的懸浮物、膠體物質和可溶性有機高分子聚集在膜的表面會使膜受到汙染；微生物和細菌會使膜受到侵蝕；微生物和細菌的殘體還會以固體形式析出附著在膜的表面，使膜性能衰減，加大了其處理負擔，導致膜的透水率下降，出水水質變差，嚴重影響了反滲透膜的使用壽命，因而預處理技術即成為RO膜運行的關鍵技術。
目前，國內外海水淡化預處理工藝十分繁多，針對不同的水質，預處理工藝也各有不同之處，主要為絮凝、沉澱、過濾(淺層過濾、深層過濾)工藝。各種不同絮凝、沉澱、砂濾技術的組合，構成了不同的初步預處理工藝。採用微濾、超濾膜對絮凝、沉澱、砂濾後海水的處理為深度預處理。目前國內外海水淡化深度預處理技術大都採用高分子微濾、超濾膜技術，由於高分子膜絲易汙染、易斷絲、膜通量衰減快等特點，在海水淡化預處理技術應用的過程中，受到限制。中國發明專利「反滲透海水淡化微濾膜預處理方法」(專利號zL 01129466.3)採用的是鈦或不鏽鋼金屬微濾膜。「海水淡化中陶瓷膜預處理方法」(授權公告號CN 1228252C)對孔徑為0.1～10μm的陶瓷微濾膜在海水淡化預處理過程中的應用進行了表述。「海水淡化中陶瓷膜預處理方法」(公開號CN 1736905A)對孔徑為10～100nm的陶瓷超濾膜在海水淡化預處理過程中的應用進行了表述。事實上，由於海水體系成分複雜，海水中的離子氯離子含量較高，會腐蝕金屬膜，影響膜的正常使用；微濾膜在處理海水時會產生膜孔嚴重堵塞的現象，降低了微濾膜的滲透通量，頻繁清洗，使得預處理過程無法長期穩定運行；而且微濾膜的出水中仍含有一部分汙染反滲透膜的物質如SDI大於3，隨著運行時間的增長，這類物質的富集將對反滲透過程將產生非常嚴重的膜孔汙染，降低了反滲透膜的滲透通量，減小了膜的使用壽命，增大了反滲透海水淡化的綜合成本。授權公告號CN 1228252C專利，只採用陶瓷超濾膜對初步預處理後的海水進行深度預處理，操作壓力高、膜通量低、膜汙染快、運行成本高，成為制約陶瓷膜在海水預處理工藝中得以大規模應用的主要原因。
近年來，無機陶瓷微濾膜、超濾膜以其抗汙染、膜通量高、膜使用壽命長等特點，備受關注。利用陶瓷優異的材料特性和分離性能進行海水預處理，不但可提高出水水質，降低操作費用，而且最大程度保障反滲透海水淡化系統穩定連續運行。克服高分子有機微濾膜膜孔堵塞嚴重，滲透通量低，頻繁化學清洗、膜絲易斷等問題。無機陶瓷微濾膜和超濾膜的組合使用，將使反滲透海水淡化成為可能。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有海水淡化預處理系統效率低、效果差、成本高的問題，尤其是為了克服單獨採用微濾膜、超濾膜處理海水造成膜孔嚴重堵塞，滲透通量低，頻繁化學清洗等問題及高分子膜膜絲易斷，膜維修、更換頻繁的問題，利用陶瓷超濾膜優異的材料特性和分離性能，通過多介質過濾、微濾、超濾單元的組合進行海水預處理，進一步提高出水水質，保證膜組件長周期、高通量運行，減少單一品種膜汙染負荷，降低操作費用，最大程度保障反滲透海水淡化系統穩定連續運行。
本發明的技術方案是本發明的陶瓷膜海水預處理方法，是由多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，採用濁度小於15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa後，依次送入串聯的多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元對海水進行預處理。處理後海水可供反滲透海水淡化技術所用。
上述的陶瓷微濾膜單元是數組並聯的0.2～1μm陶瓷膜組成的微濾單元，海水在陶瓷膜單元中的流速為0.1～4米/秒，回流量為15～60％；超濾單元由數組並聯的10nm～100nm陶瓷膜組成，回流量控制15～40％，超濾單元出水供海水淡化系統或反滲透淡化系統使用。
上述的多介質過濾器、陶瓷膜微濾單元和陶瓷膜超濾單元為各自獨立的反清洗系統。並且多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元共用一套進水泵。
所述的陶瓷膜微濾、超濾單元回流採用射流器與進水混合。
多介質過濾器、陶瓷膜微濾單元、陶瓷膜超濾單元為各自獨立的反清洗系統，根據各單元進水壓力變化，確定反洗起始，根據洗水濁度確定反洗時間。通過氣水反清洗，恢復各單元功能。
本發明工藝簡單，自動化程度高，操作容易，成本低，利潤高，可適應不同水質變化的各種海水淡化及淨化預處理，為大規模生產提供安全、可靠的技術保證。
本發明所用陶瓷超微濾膜為市售產品。
本發明的海水淡化中陶瓷膜預處理方法具有以下優越性多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元共用一套進水泵、反清洗系統，大為節省動力消耗，降低產品水運行成本。
陶瓷膜微濾、超濾單元回流採用射流器與進水混合，無須經泵再提升，節省動力消耗。
採用多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元的串聯工藝，多介質過濾器可有效地阻止10-30NTU雜質的通過，微濾單元有效地阻止1-10NIU雜質的通過，超濾單元可為反滲透單元提供優質進水。該工藝不但分散汙染，而且可保證膜高通量、長周期運行。
陶瓷超、微濾膜單元配有自動反衝洗裝置，清洗方便，清洗頻繁度低，經清洗後，膜能回復到初始狀態；其壽命比高分子膜長，使用壽命為5～10年；膜通量高，一般為300～650L/m2.h；有卓越的耐腐蝕性能；能適應PH值0～14的環境；減少高分子膜膜絲易斷造成的惡劣水質問題；適合中等和大處理量的場合；在能耗和佔地面積方面都較高分子膜少。
末級採用陶瓷超濾膜，降低了反滲透膜的膜孔汙染，提高了反滲透膜的滲透通量，減輕了反滲透處理的負荷，延長反滲透膜的使用壽命，提高了產水能力。
其中，上述的陶瓷超濾膜的孔徑範圍在10nm～10μm之間。這種陶瓷超濾膜以99％α-氧化鋁為支撐體，經高溫燒結而成的具有多孔結構的精密陶瓷過濾材料，多孔支撐層、過渡層及微孔膜層呈非對稱分布，起分離功能的是金屬氧化物氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等金屬氧化物，在支撐體和分離活性層之間可內插不同粒徑的粒子作為中間過渡層。這種多層結構的陶瓷超濾膜孔徑分布窄、孔隙率高、分離層薄、過濾阻力小、單位膜表面積處理量高。與一般的高分子有機膜相比，陶瓷膜具有明顯的優越性使用壽命比高分子有機膜芯長、易清洗再生、耐腐蝕、耐高溫、強度高，不存在膜絲斷的問題；與金屬膜相比，具有耐腐蝕、抗汙染能力強的性能。本發明涉及採用無機陶瓷膜對海水進行預處理，主要是將濁度小於15NTU的海水，由泵加壓後經多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元，產品水供反滲透進水。多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元採用一組泵作為動力源，陶瓷膜回流採用射流器與進水混合，大為節省動力消耗。處理後海水SDI≤3，濁度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游離氯≤0.1毫克/升，遠優於反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。處理後淨化海水成本大為降低。該工藝製得的淨化海水可為任何海水淡化技術所用。
圖1實施例1流程圖。
具體實施例方式
實施例1濁度為5～15NTU的海水經離心泵提升至多介質過濾器，多介質過濾器進口壓力0～0.4MPa，多介質過濾器出水進入陶瓷微濾膜過濾單元，陶瓷微濾膜進口壓力0～0.3MPa，出水進陶瓷超濾膜過濾單元，陶瓷超濾膜進口壓力0～0.25MPa，陶瓷超濾膜出水供反滲透膜進水。陶瓷微濾膜回流與多介質過濾器出水經射流器混合後為陶瓷微濾膜的進水；陶瓷超濾膜回流與陶瓷微濾膜出水經射流器混合後為陶瓷超濾膜的進水。陶瓷超濾膜出水濁度＜0.3NTU，SDI＜3，遠優於反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。該預處理系統中，陶瓷微濾膜支撐體材質為99％α-氧化鋁，膜層材質為ZrO2，微濾膜膜公稱孔徑為0.2μm，陶瓷超濾膜膜公稱孔徑為50nm，膜管直徑均為31mm，外形均為19通道圓管狀，每個膜殼內裝填膜元件數37根膜芯，膜元件長度1000mm；海水在膜面流速為2米/秒。流程框圖如圖1所示。
實施例2濁度為25～100NTU的海水，經殺菌、絮凝、沉澱後濁度為5～15NTU，經離心泵提升至多介質過濾器，多介質過濾器進口壓力0～0.4MPa，多介質過濾器出水進入陶瓷微濾膜過濾單元，陶瓷微濾膜進口壓力0～0.3MPa，出水進陶瓷超濾膜過濾單元，陶瓷超濾膜進口壓力0～0.28MPa，陶瓷超濾膜出水濁度＜0.5NTU，SDI＜3，遠優於反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。該預處理系統中，陶瓷微濾膜支撐體材質為99％α-氧化鋁，膜層材質為Al2O3，微濾膜膜公稱孔徑為0.5μm，陶瓷超濾膜膜公稱孔徑為100nm，膜管直徑均為31mm，外形均為7通道圓管狀，每個膜殼內裝填膜元件數7根膜芯，膜元件長度1000mm；海水在膜面流速為3米/秒。
實施例3濁度為25～100NTU的海水，經殺菌、絮凝、沉澱後濁度為5～15NTU，靠位差流入多介質過濾器，過濾器出水入中間水箱，中間水箱出水經離心泵提升進入陶瓷微濾膜過濾單元，陶瓷微濾膜進口壓力0～0.3MPa，出水進陶瓷超濾膜過濾單元，陶瓷超濾膜進口壓力0～0.28MPa，陶瓷超濾膜出水濁度＜0.5NTU，SDI＜3，滿足反滲透膜進水要求。該預處理系統中，陶瓷微濾膜支撐體材質為99％α-氧化鋁，膜層材質為Al2O3，微濾膜膜公稱孔徑為0.2μm，陶瓷超濾膜膜公稱孔徑為30nm，膜管直徑均為30mm，外形均為19通道圓管狀，每個膜殼內裝填膜元件數19根膜芯，膜元件長度850mm；海水在膜面流速為2.6米/秒。
實施例4濁度為25～100NTU的海水，經殺菌、絮凝、沉澱後濁度為5～15NTU，經離心泵提升至多介質過濾器，多介質過濾器進口壓力0～0.25MPa，多介質過濾器出水進入中空纖維微濾膜過濾單元，中空纖維微濾膜進口壓力0～0.05MPa，出水進中空纖維超濾膜過濾單元，中空纖維超濾膜進口壓力0～0.15MPa，中空纖維超濾膜出水濁度＜0.5NTU，SDI＜3，滿足反滲透膜進水要求。該預處理系統中，中空纖維微濾膜、陶瓷超膜材質聚偏氟乙烯，毛細管直徑φ0.4～4.0mm，微濾膜膜公稱孔徑為0.2μm，陶瓷超濾膜膜公稱孔徑為50nm，海水在膜面流速為0.08米/秒。
本發明公開和提出的陶瓷膜海水預處理方法，本領域技術人員可通過借鑑本文內容，適當改變工藝路線等環節實現，儘管本發明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和範圍內對本文所述的方法進行改動或重新組合，來實現最終結果。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容中。
權利要求
1.一種陶瓷膜海水預處理方法，由多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，其特徵是採用濁度小於15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa後，依次送入串聯的多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元對海水進行預處理。
2.如權利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特徵是所述的陶瓷微濾膜單元是數組並聯的0.2～1μm陶瓷膜組成的微濾單元，海水在陶瓷膜單元中的流速為0.1～4米/秒，回流量為15～60％；超濾單元由數組並聯的10nm～100nm陶瓷膜組成，回流量控制15～40％，超濾單元出水供海水淡化系統或反滲透淡化系統使用。
3.如權利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特徵是所述的多介質過濾器、陶瓷膜微濾單元和陶瓷膜超濾單元為各自獨立的氣水反清洗系統。
4.如權利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特徵是所述的多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元共用一套進水泵。
5.如權利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特徵是所述的陶瓷膜微濾、超濾單元回流採用射流器與進水混合。
全文摘要
本發明涉及海水淡化及海水淨化中陶瓷膜海水預處理方法。由多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，採用濁度小於15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa後，依次送入串聯的多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元對海水進行預處理。處理後海水可供反滲透海水淡化技術所用。採用無機陶瓷膜對海水進行預處理，多介質過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元採用一組泵作為動力源，陶瓷膜回流採用射流器與進水混合，大為節省動力消耗。處理後海水SDI≤3，濁度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游離氯≤0.1毫克/升，遠優於反滲透膜進水標準BG/T19249－2003(SDI＜5)。處理後淨化海水成本大為降低。
文檔編號C02F103/08GK101070212SQ20061012942
公開日2007年11月14日 申請日期2006年11月15日 優先權日2006年11月15日
發明者馬敬環 申請人:天津科技大學, 天津宜澤投資發展有限公司