陶瓷膜海水预处理方法

专利名称：陶瓷膜海水预处理方法
技术领域：
本发明涉及海水淡化及海水净化技术，尤其是一种海水淡化及海水净化中陶瓷膜海水预处理方法。
背景技术：
全球水资源的96.5％是海洋咸水，仅有3.5％为淡水；而淡水的2.5％为极地平川，只有1％可供人类使用。海水中除了3％左右的无机盐和有机物等之外，其中97％是淡水。海水的总体积约13.7亿立方公里，可以说是取之不尽，用之不竭的水资源。开发利用海水资源，发展海水利用产业，是解决沿海地区水资源危机的唯一出路。
海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。是通过物理、化学或物理化学方法等实现的。主要途径有两条，一是从海水中取出水的方法，二是从海水中取出盐的方法。前者有蒸馏法，反渗透法、冰冻法、水合物法和溶剂萃取法等，后者有离子交换法、电渗析法、电容吸附法和压渗法等。但到目前为止，实际应用的仅有蒸馏法，反渗透法和电渗析法。
可靠的预处理系统是保证海水淡化系统正常运行的关键技术，尤其是反渗透海水淡化技术，由于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附着在膜的表面，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，因而预处理技术即成为RO膜运行的关键技术。
目前，国内外海水淡化预处理工艺十分繁多，针对不同的水质，预处理工艺也各有不同之处，主要为絮凝、沉淀、过滤(浅层过滤、深层过滤)工艺。各种不同絮凝、沉淀、砂滤技术的组合，构成了不同的初步预处理工艺。采用微滤、超滤膜对絮凝、沉淀、砂滤后海水的处理为深度预处理。目前国内外海水淡化深度预处理技术大都采用高分子微滤、超滤膜技术，由于高分子膜丝易污染、易断丝、膜通量衰减快等特点，在海水淡化预处理技术应用的过程中，受到限制。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。“海水淡化中陶瓷膜预处理方法”(授权公告号CN 1228252C)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。“海水淡化中陶瓷膜预处理方法”(公开号CN 1736905A)对孔径为10～100nm的陶瓷超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，海水中的离子氯离子含量较高，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3，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。授权公告号CN 1228252C专利，只采用陶瓷超滤膜对初步预处理后的海水进行深度预处理，操作压力高、膜通量低、膜污染快、运行成本高，成为制约陶瓷膜在海水预处理工艺中得以大规模应用的主要原因。
近年来，无机陶瓷微滤膜、超滤膜以其抗污染、膜通量高、膜使用寿命长等特点，备受关注。利用陶瓷优异的材料特性和分离性能进行海水预处理，不但可提高出水水质，降低操作费用，而且最大程度保障反渗透海水淡化系统稳定连续运行。克服高分子有机微滤膜膜孔堵塞严重，渗透通量低，频繁化学清洗、膜丝易断等问题。无机陶瓷微滤膜和超滤膜的组合使用，将使反渗透海水淡化成为可能。

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、成本高的问题，尤其是为了克服单独采用微滤膜、超滤膜处理海水造成膜孔严重堵塞，渗透通量低，频繁化学清洗等问题及高分子膜膜丝易断，膜维修、更换频繁的问题，利用陶瓷超滤膜优异的材料特性和分离性能，通过多介质过滤、微滤、超滤单元的组合进行海水预处理，进一步提高出水水质，保证膜组件长周期、高通量运行，减少单一品种膜污染负荷，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本发明的陶瓷膜海水预处理方法，是由多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元组成，采用浊度小于15NTU的海水，加压至0.1～0.5MPa后，依次送入串联的多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元对海水进行预处理。处理后海水可供反渗透海水淡化技术所用。
上述的陶瓷微滤膜单元是数组并联的0.2～1μm陶瓷膜组成的微滤单元，海水在陶瓷膜单元中的流速为0.1～4米/秒，回流量为15～60％；超滤单元由数组并联的10nm～100nm陶瓷膜组成，回流量控制15～40％，超滤单元出水供海水淡化系统或反渗透淡化系统使用。
上述的多介质过滤器、陶瓷膜微滤单元和陶瓷膜超滤单元为各自独立的反清洗系统。并且多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元共用一套进水泵。
所述的陶瓷膜微滤、超滤单元回流采用射流器与进水混合。
多介质过滤器、陶瓷膜微滤单元、陶瓷膜超滤单元为各自独立的反清洗系统，根据各单元进水压力变化，确定反洗起始，根据洗水浊度确定反洗时间。通过气水反清洗，恢复各单元功能。
本发明工艺简单，自动化程度高，操作容易，成本低，利润高，可适应不同水质变化的各种海水淡化及净化预处理，为大规模生产提供安全、可靠的技术保证。
本发明所用陶瓷超微滤膜为市售产品。
本发明的海水淡化中陶瓷膜预处理方法具有以下优越性多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元、陶瓷超滤膜单元共用一套进水泵、反清洗系统，大为节省动力消耗，降低产品水运行成本。
陶瓷膜微滤、超滤单元回流采用射流器与进水混合，无须经泵再提升，节省动力消耗。
采用多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元、陶瓷超滤膜单元的串联工艺，多介质过滤器可有效地阻止10-30NTU杂质的通过，微滤单元有效地阻止1-10NIU杂质的通过，超滤单元可为反渗透单元提供优质进水。该工艺不但分散污染，而且可保证膜高通量、长周期运行。
陶瓷超、微滤膜单元配有自动反冲洗装置，清洗方便，清洗频繁度低，经清洗后，膜能回复到初始状态；其寿命比高分子膜长，使用寿命为5～10年；膜通量高，一般为300～650L/m2.h；有卓越的耐腐蚀性能；能适应PH值0～14的环境；减少高分子膜膜丝易断造成的恶劣水质问题；适合中等和大处理量的场合；在能耗和占地面积方面都较高分子膜少。
末级采用陶瓷超滤膜，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。
其中，上述的陶瓷超滤膜的孔径范围在10nm～10μm之间。这种陶瓷超滤膜以99％α-氧化铝为支撑体，经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料，多孔支撑层、过渡层及微孔膜层呈非对称分布，起分离功能的是金属氧化物氧化铝、氧化钛、氧化锆等金属氧化物，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。与一般的高分子有机膜相比，陶瓷膜具有明显的优越性使用寿命比高分子有机膜芯长、易清洗再生、耐腐蚀、耐高温、强度高，不存在膜丝断的问题；与金属膜相比，具有耐腐蚀、抗污染能力强的性能。本发明涉及采用无机陶瓷膜对海水进行预处理，主要是将浊度小于15NTU的海水，由泵加压后经多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元、陶瓷超滤膜单元，产品水供反渗透进水。多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元、陶瓷超滤膜单元采用一组泵作为动力源，陶瓷膜回流采用射流器与进水混合，大为节省动力消耗。处理后海水SDI≤3，浊度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游离氯≤0.1毫克/升，远优于反渗透膜进水标准BG/T19249-2003(SDI＜5)。处理后净化海水成本大为降低。该工艺制得的净化海水可为任何海水淡化技术所用。


图1实施例1流程图。
具体实施例方式
实施例1浊度为5～15NTU的海水经离心泵提升至多介质过滤器，多介质过滤器进口压力0～0.4MPa，多介质过滤器出水进入陶瓷微滤膜过滤单元，陶瓷微滤膜进口压力0～0.3MPa，出水进陶瓷超滤膜过滤单元，陶瓷超滤膜进口压力0～0.25MPa，陶瓷超滤膜出水供反渗透膜进水。陶瓷微滤膜回流与多介质过滤器出水经射流器混合后为陶瓷微滤膜的进水；陶瓷超滤膜回流与陶瓷微滤膜出水经射流器混合后为陶瓷超滤膜的进水。陶瓷超滤膜出水浊度＜0.3NTU，SDI＜3，远优于反渗透膜进水标准BG/T19249-2003(SDI＜5)。该预处理系统中，陶瓷微滤膜支撑体材质为99％α-氧化铝，膜层材质为ZrO2，微滤膜膜公称孔径为0.2μm，陶瓷超滤膜膜公称孔径为50nm，膜管直径均为31mm，外形均为19通道圆管状，每个膜壳内装填膜元件数37根膜芯，膜元件长度1000mm；海水在膜面流速为2米/秒。流程框图如图1所示。
实施例2浊度为25～100NTU的海水，经杀菌、絮凝、沉淀后浊度为5～15NTU，经离心泵提升至多介质过滤器，多介质过滤器进口压力0～0.4MPa，多介质过滤器出水进入陶瓷微滤膜过滤单元，陶瓷微滤膜进口压力0～0.3MPa，出水进陶瓷超滤膜过滤单元，陶瓷超滤膜进口压力0～0.28MPa，陶瓷超滤膜出水浊度＜0.5NTU，SDI＜3，远优于反渗透膜进水标准BG/T19249-2003(SDI＜5)。该预处理系统中，陶瓷微滤膜支撑体材质为99％α-氧化铝，膜层材质为Al2O3，微滤膜膜公称孔径为0.5μm，陶瓷超滤膜膜公称孔径为100nm，膜管直径均为31mm，外形均为7通道圆管状，每个膜壳内装填膜元件数7根膜芯，膜元件长度1000mm；海水在膜面流速为3米/秒。
实施例3浊度为25～100NTU的海水，经杀菌、絮凝、沉淀后浊度为5～15NTU，靠位差流入多介质过滤器，过滤器出水入中间水箱，中间水箱出水经离心泵提升进入陶瓷微滤膜过滤单元，陶瓷微滤膜进口压力0～0.3MPa，出水进陶瓷超滤膜过滤单元，陶瓷超滤膜进口压力0～0.28MPa，陶瓷超滤膜出水浊度＜0.5NTU，SDI＜3，满足反渗透膜进水要求。该预处理系统中，陶瓷微滤膜支撑体材质为99％α-氧化铝，膜层材质为Al2O3，微滤膜膜公称孔径为0.2μm，陶瓷超滤膜膜公称孔径为30nm，膜管直径均为30mm，外形均为19通道圆管状，每个膜壳内装填膜元件数19根膜芯，膜元件长度850mm；海水在膜面流速为2.6米/秒。
实施例4浊度为25～100NTU的海水，经杀菌、絮凝、沉淀后浊度为5～15NTU，经离心泵提升至多介质过滤器，多介质过滤器进口压力0～0.25MPa，多介质过滤器出水进入中空纤维微滤膜过滤单元，中空纤维微滤膜进口压力0～0.05MPa，出水进中空纤维超滤膜过滤单元，中空纤维超滤膜进口压力0～0.15MPa，中空纤维超滤膜出水浊度＜0.5NTU，SDI＜3，满足反渗透膜进水要求。该预处理系统中，中空纤维微滤膜、陶瓷超膜材质聚偏氟乙烯，毛细管直径φ0.4～4.0mm，微滤膜膜公称孔径为0.2μm，陶瓷超滤膜膜公称孔径为50nm，海水在膜面流速为0.08米/秒。
本发明公开和提出的陶瓷膜海水预处理方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变工艺路线等环节实现，尽管本发明的方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或重新组合，来实现最终结果。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种陶瓷膜海水预处理方法，由多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元组成，其特征是采用浊度小于15NTU的海水，加压至0.1～0.5MPa后，依次送入串联的多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元对海水进行预处理。
2.如权利要求1所述的陶瓷膜海水预处理方法，其特征是所述的陶瓷微滤膜单元是数组并联的0.2～1μm陶瓷膜组成的微滤单元，海水在陶瓷膜单元中的流速为0.1～4米/秒，回流量为15～60％；超滤单元由数组并联的10nm～100nm陶瓷膜组成，回流量控制15～40％，超滤单元出水供海水淡化系统或反渗透淡化系统使用。
3.如权利要求1所述的陶瓷膜海水预处理方法，其特征是所述的多介质过滤器、陶瓷膜微滤单元和陶瓷膜超滤单元为各自独立的气水反清洗系统。
4.如权利要求1所述的陶瓷膜海水预处理方法，其特征是所述的多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元共用一套进水泵。
5.如权利要求1所述的陶瓷膜海水预处理方法，其特征是所述的陶瓷膜微滤、超滤单元回流采用射流器与进水混合。
全文摘要
本发明涉及海水淡化及海水净化中陶瓷膜海水预处理方法。由多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元组成，采用浊度小于15NTU的海水，加压至0.1～0.5MPa后，依次送入串联的多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元对海水进行预处理。处理后海水可供反渗透海水淡化技术所用。采用无机陶瓷膜对海水进行预处理，多介质过滤器、陶瓷微滤膜单元和陶瓷超滤膜单元采用一组泵作为动力源，陶瓷膜回流采用射流器与进水混合，大为节省动力消耗。处理后海水SDI≤3，浊度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游离氯≤0.1毫克/升，远优于反渗透膜进水标准BG/T19249－2003(SDI＜5)。处理后净化海水成本大为降低。
文档编号C02F103/08GK101070212SQ20061012942
公开日2007年11月14日 申请日期2006年11月15日 优先权日2006年11月15日
发明者马敬环 申请人:天津科技大学, 天津宜泽投资发展有限公司