专利名称：海水淡化中陶瓷膜预处理方法
技术领域：
本发明涉及海水淡化技术，尤其涉及一种海水淡化中陶瓷超滤膜预处理方法。
背景技术：
进入21世纪以来，淡水资源的紧缺，已愈来愈成为世界各国迫切需要解决的问题。海水资源丰富，随着科学技术的发展，人类可以向大海索取淡水。海水含盐量高，海水淡化的目的是尽可能地去除这些盐获得淡水，主要包括蒸馏法、反渗透法、冷冻法、水合法、溶剂萃取法等。其中，反渗透法具有广阔的应用前景，已经得到广泛推广。反渗透海水淡化过程主要由三部分组成预处理、反渗透和后处理，其中反渗透是其核心工序，但是预处理等过程对海水淡化也起着至关重要的作用。
海水中除了含有大量的盐外，还有大小不等的有机、无机、微生物颗粒。如果将取来的海水直接采用反渗透膜进行脱盐处理，这些海水中的悬浮物、胶体物质和可溶性有机高分子聚集在膜的表面会使膜受到污染；微生物和细菌会使膜受到侵蚀；微生物和细菌的残体还会以固体形式析出使膜性能衰减；加大了其处理负担，导致膜的透水率下降，出水水质变差，严重影响了反渗透膜的使用寿命，因此必须采用一定的预处理方法对核心过程——反渗透进行保护。
传统的海水淡化预处理一般依次包括以下几个单元操作灭菌、沉降、过滤等。先将海水送入沉淀池杀菌灭藻，对海水中较大颗粒进行预沉降，并加入絮凝剂(硫酸铁、氯化铁等)用于沉降海水中的难以自然沉降的细小颗粒，接着进行多介质、活性炭或沙滤等粗滤过程进一步去除体系中的微细颗粒，最后通常采用高分子滤芯(孔径5μm左右)作为进入反渗透膜过滤单元的保安过滤系统。这种传统的海水淡化预处理过程工艺复杂、体系处理波动较大、处理出水水质不好，且高分子滤芯易坏，更换频繁，经济性较差。
近年来，随着新型分离技术的发展，膜分离技术已经在海水淡化预处理过程中得到初步应用。特别是，陶瓷微滤膜分离技术在此过程中的应用，理论上可以替代一切预处理工艺。中国发明专利“反渗透海水淡化微滤膜预处理方法”(专利号ZL 01129466.3)采用的是钛或不锈钢金属微滤膜，而“海水淡化中陶瓷膜预处理方法”(申请号02159052.4)对孔径为0.1～10μm的陶瓷微滤膜在海水淡化预处理过程中的应用进行了表述。事实上，由于海水体系成分复杂，水中的离子会腐蚀金属膜，影响膜的正常使用；微滤膜在处理海水时会产生膜孔严重堵塞的现象，降低了微滤膜的渗透通量，频繁清洗，使得预处理过程无法长期稳定运行；而且微滤膜的出水中仍含有一部分污染反渗透膜的物质如SDI大于2，随着运行时间的增长，这类物质的富集将对反渗透过程将产生非常严重的膜孔污染，降低了反渗透膜的渗透通量，减小了膜的使用寿命，增大了反渗透海水淡化的综合成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有海水淡化预处理系统效率低、效果差的问题，尤其是为了克服微滤膜膜孔严重堵塞，渗透通量低，频繁化学清洗等问题，利用陶瓷超滤膜优异的材料特性和分离性能进行海水预处理，进一步提高出水水质，降低操作费用，最大程度保障反渗透海水淡化系统稳定连续运行。
本发明的技术方案是超滤膜的孔径为2nm～100nm，理论上海水中的杂质不能进入膜孔中，不会造成如微滤膜作为预处理会产生的孔内严重堵塞现象，只会在膜面上形成一层凝胶层，可方便地采用反向冲洗装置去除，因此可保持高渗透通量和运行稳定性。
本发明提供了一种海水淡化陶瓷膜预处理方法，其特征在于海水经加压至0.1～0.8MPa后，进入陶瓷超滤膜过滤单元，海水中的未被过滤的物质在此单元被截留在进料一侧，从超滤单元流出的预处理水，即可满足反渗透系统的要求。且实现了反渗透进水的精密过滤，极大地减轻反渗透处理负担，提高出水水质，能取代现有的反渗透海水淡化预处理工艺。
本发明优选先将海水采用絮凝沉降、粗过滤和杀菌方法对海水进行前处理，出水再进入超滤膜单元进行预处理，浊度极低的预处理水进入反渗透单元。
其中，上述的陶瓷超滤膜的孔径范围在10nm～100nm之间。这种陶瓷超滤膜以金属氧化物为支撑体，起分离功能的是金属氧化物涂覆、烧结而成的活性层，在支撑体和分离活性层之间可内插不同粒径的粒子作为中间过渡层。这种多层结构的陶瓷超滤膜孔径分布窄、孔隙率高、分离层薄、过滤阻力小、单位膜表面积处理量高。与一般的有机滤芯保安过滤器相比，陶瓷膜具有明显的优越性使用寿命比高分子滤芯等过滤器长、易清洗再生、耐腐蚀(溶液环境pH0～14)、耐高温、强度高；与金属膜相比，具有耐腐蚀的性能；与陶瓷微滤膜相比，克服微滤膜膜孔严重堵塞，渗透通量低，频繁化学清洗等问题，利用陶瓷超滤膜优异的材料特性和分离性能进行海水预处理，进一步提高出水水质，降低操作费用，最大程度保障反渗透海水淡化系统稳定连续运行。
上述海水在陶瓷超滤膜面流速为0.5～4米/秒。
其中，陶瓷超滤膜单元配有反冲洗装置，优选陶瓷膜装置带有自动反冲洗单元。
有益效果(1)提高了预处理出水水质。
(2)降低了反渗透膜的膜孔污染，提高了反渗透膜的渗透通量，减轻了反渗透处理的负荷，延长反渗透膜的使用寿命，提高了产水能力。
(3)不易形成孔内堵塞，可用反向冲洗恢复膜的渗透通量，连续运行时间长，运行稳定，降低了运行费用。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明。
实施例1海水加压至0.6MPa后进入陶瓷超滤膜过滤单元，经过陶瓷超滤膜预处理的出水浊度为0.05NTU，各项指标均达到反渗透膜系统的要求。
该预处理系统中，陶瓷超滤膜为ZrO2材料，公称孔径为20nm，外形为19通道圆管状，7根膜组件，2级串联；海水在膜面流速为3米/秒。
实施例2一种反渗透海水淡化过程中陶瓷超滤膜预处理方法，它包括采用首先采用NaClO对沉降池中的新鲜海水进行杀菌灭藻，加入氯化铁进行絮凝沉降，采用多介质过滤系统除去体系中的絮凝悬浮物等，出水进入活性炭过滤器，活性炭滤出液体加压至0.6MPa后进入陶瓷超滤膜过滤单元，经过陶瓷超滤膜预处理的出水浊度为0.05NTU，各项指标均达到反渗透膜系统的要求。
该预处理系统中，陶瓷超滤膜为TiO2材料，公称孔径为50nm，外形为37通道圆管状，37根膜组件，3级串联；海水在膜面流速为1米/秒。
实施例3一种反渗透海水淡化过程中陶瓷超滤膜预处理方法，它包括采用首先采用NaClO对沉降池中的新鲜海水进行杀菌灭藻，加入氯化铁进行絮凝沉降，采用多介质过滤系统除去体系中的絮凝悬浮物等，加压至0.8MPa后进入陶瓷超滤膜过滤单元，经过陶瓷超滤膜预处理的出水浊度为0.05NTU，各项指标均达到反渗透膜系统的要求。
该预处理系统中，陶瓷超滤膜为Al2O3材料，公称孔径为10nm，外形为37通道圆管状，19根膜组件，3级串联；海水在膜面流速为0.5米/秒。
实施例4将自然沉降的海水加压至0.8MPa后进入陶瓷超滤膜过滤单元，经过陶瓷超滤膜预处理的出水浊度为0.03NTU，各项指标均达到反渗透膜系统的要求。
该预处理系统中，陶瓷超滤膜为Al2O3材料，公称孔径为10nm，外形为37通道圆管状，19根膜组件，3级串联；海水在膜面流速为2.5米/秒。
实施例5
一种反渗透海水淡化过程中陶瓷超滤膜预处理方法，它包括采用首先采用NaClO对沉降池中的新鲜海水进行杀菌灭藻，加入氯化铁进行絮凝沉降，采用多介质过滤系统除去体系中的絮凝悬浮物等，出水进入活性炭过滤器，活性炭滤出液体加压至0.5MPa后进入陶瓷超滤膜过滤单元，经过陶瓷超滤膜预处理的出水浊度为0.05NTU，各项指标均达到反渗透膜系统的要求。
该预处理系统中，陶瓷超滤膜为ZrO2材料，公称孔径为100nm，外形为37通道圆管状，单根膜组件，1级串联；海水在膜面流速为4米/秒。
权利要求
1.一种海水淡化陶瓷膜预处理方法，其特征在于海水经加压至0.1～0.8MPa，然后进入陶瓷超滤膜过滤单元，从超滤单元流出的预处理水，即可满足反渗透系统的要求。
2.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于首先采用絮凝沉降、粗过滤和杀菌方法对海水进行前处理，出水再进入超滤膜单元进行预处理。
3.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于所述陶瓷超滤膜平均孔径范围为10～100nm。
4.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于海水在陶瓷超滤膜面流速为0.5～4米/秒。
5.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于陶瓷超滤膜单元配有反冲洗装置。
全文摘要
本发明涉及海水淡化技术，尤其涉及一种海水淡化中陶瓷超滤膜预处理方法。其特征在于海水经加压至0.1～0.8MPa后，进入陶瓷超滤膜过滤单元，海水中的未被过滤的物质在此单元被截留在进料一侧，从超滤单元流出的预处理水，完全满足反渗透系统的要求。且实现了反渗透进水的精密过滤，极大地减轻反渗透处理负担，提高出水水质，能取代现有的反渗透海水淡化预处理工艺。
文档编号C02F1/00GK1736905SQ200510041360
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者徐南平, 邢卫红, 范益群, 李卫星 申请人:南京工业大学