專利名稱：陶瓷膜海水預處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水淡化及海水凈化技術(shù)，尤其是一種海水淡化及海水凈化中陶瓷膜海水預處理方法。
背景技術(shù)：
全球水資源的96.5％是海洋咸水，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13.7億立方公里，可以說是取之不盡，用之不竭的水資源。開發(fā)利用海水資源，發(fā)展海水利用產(chǎn)業(yè)，是解決沿海地區(qū)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(shù)和過程。是通過物理、化學或物理化學方法等實現(xiàn)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，后者有離子交換法、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(tǒng)是保證海水淡化系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是反滲透海水淡化技術(shù)，由于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采用反滲透膜進行脫鹽處理，這些海水中的懸浮物、膠體物質(zhì)和可溶性有機高分子聚集在膜的表面會使膜受到污染；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(zhì)變差，嚴重影響了反滲透膜的使用壽命，因而預處理技術(shù)即成為RO膜運行的關(guān)鍵技術(shù)。
目前，國內(nèi)外海水淡化預處理工藝十分繁多，針對不同的水質(zhì)，預處理工藝也各有不同之處，主要為絮凝、沉淀、過濾(淺層過濾、深層過濾)工藝。各種不同絮凝、沉淀、砂濾技術(shù)的組合，構(gòu)成了不同的初步預處理工藝。采用微濾、超濾膜對絮凝、沉淀、砂濾后海水的處理為深度預處理。目前國內(nèi)外海水淡化深度預處理技術(shù)大都采用高分子微濾、超濾膜技術(shù)，由于高分子膜絲易污染、易斷絲、膜通量衰減快等特點，在海水淡化預處理技術(shù)應用的過程中，受到限制。中國發(fā)明專利“反滲透海水淡化微濾膜預處理方法”(專利號zL 01129466.3)采用的是鈦或不銹鋼金屬微濾膜?！昂Ｋ刑沾赡ゎA處理方法”(授權(quán)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?！昂Ｋ刑沾赡ゎA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，由于海水體系成分復雜，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(chǎn)生膜孔嚴重堵塞的現(xiàn)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(wěn)定運行；而且微濾膜的出水中仍含有一部分污染反滲透膜的物質(zhì)如SDI大于3，隨著運行時間的增長，這類物質(zhì)的富集將對反滲透過程將產(chǎn)生非常嚴重的膜孔污染，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(quán)公告號CN 1228252C專利，只采用陶瓷超濾膜對初步預處理后的海水進行深度預處理，操作壓力高、膜通量低、膜污染快、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(guī)模應用的主要原因。
近年來，無機陶瓷微濾膜、超濾膜以其抗污染、膜通量高、膜使用壽命長等特點，備受關(guān)注。利用陶瓷優(yōu)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(zhì)，降低操作費用，而且最大程度保障反滲透海水淡化系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行?？朔叻肿佑袡C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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有海水淡化預處理系統(tǒng)效率低、效果差、成本高的問題，尤其是為了克服單獨采用微濾膜、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(yōu)異的材料特性和分離性能，通過多介質(zhì)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(zhì)，保證膜組件長周期、高通量運行，減少單一品種膜污染負荷，降低操作費用，最大程度保障反滲透海水淡化系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的陶瓷膜海水預處理方法，是由多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，采用濁度小于15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa后，依次送入串聯(lián)的多介質(zhì)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。處理后海水可供反滲透海水淡化技術(shù)所用。
上述的陶瓷微濾膜單元是數(shù)組并聯(lián)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(shù)組并聯(lián)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(tǒng)或反滲透淡化系統(tǒng)使用。
上述的多介質(zhì)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(tǒng)。并且多介質(zhì)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、超濾單元回流采用射流器與進水混合。
多介質(zhì)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(tǒng)，根據(jù)各單元進水壓力變化，確定反洗起始，根據(jù)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(fā)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(zhì)變化的各種海水淡化及凈化預處理，為大規(guī)模生產(chǎn)提供安全、可靠的技術(shù)保證。
本發(fā)明所用陶瓷超微濾膜為市售產(chǎn)品。
本發(fā)明的海水淡化中陶瓷膜預處理方法具有以下優(yōu)越性多介質(zhì)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(tǒng)，大為節(jié)省動力消耗，降低產(chǎn)品水運行成本。
陶瓷膜微濾、超濾單元回流采用射流器與進水混合，無須經(jīng)泵再提升，節(jié)省動力消耗。
采用多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元的串聯(lián)工藝，多介質(zhì)過濾器可有效地阻止10-30NTU雜質(zhì)的通過，微濾單元有效地阻止1-10NIU雜質(zhì)的通過，超濾單元可為反滲透單元提供優(yōu)質(zhì)進水。該工藝不但分散污染，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沖洗裝置，清洗方便，清洗頻繁度低，經(jīng)清洗后，膜能回復到初始狀態(tài)；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(huán)境；減少高分子膜膜絲易斷造成的惡劣水質(zhì)問題；適合中等和大處理量的場合；在能耗和占地面積方面都較高分子膜少。
末級采用陶瓷超濾膜，降低了反滲透膜的膜孔污染，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(chǎn)水能力。
其中，上述的陶瓷超濾膜的孔徑范圍在10nm～10μm之間。這種陶瓷超濾膜以99％α-氧化鋁為支撐體，經(jīng)高溫燒結(jié)而成的具有多孔結(jié)構(gòu)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(nèi)插不同粒徑的粒子作為中間過渡層。這種多層結(jié)構(gòu)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(yōu)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、抗污染能力強的性能。本發(fā)明涉及采用無機陶瓷膜對海水進行預處理，主要是將濁度小于15NTU的海水，由泵加壓后經(jīng)多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元，產(chǎn)品水供反滲透進水。多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元、陶瓷超濾膜單元采用一組泵作為動力源，陶瓷膜回流采用射流器與進水混合，大為節(jié)省動力消耗。處理后海水SDI≤3，濁度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游離氯≤0.1毫克/升，遠優(yōu)于反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。處理后凈化海水成本大為降低。該工藝制得的凈化海水可為任何海水淡化技術(shù)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(jīng)離心泵提升至多介質(zhì)過濾器，多介質(zhì)過濾器進口壓力0～0.4MPa，多介質(zhì)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(zhì)過濾器出水經(jīng)射流器混合后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(jīng)射流器混合后為陶瓷超濾膜的進水。陶瓷超濾膜出水濁度＜0.3NTU，SDI＜3，遠優(yōu)于反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。該預處理系統(tǒng)中，陶瓷微濾膜支撐體材質(zhì)為99％α-氧化鋁，膜層材質(zhì)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(nèi)裝填膜元件數(shù)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(jīng)殺菌、絮凝、沉淀后濁度為5～15NTU，經(jīng)離心泵提升至多介質(zhì)過濾器，多介質(zhì)過濾器進口壓力0～0.4MPa，多介質(zhì)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(yōu)于反滲透膜進水標準BG/T19249-2003(SDI＜5)。該預處理系統(tǒng)中，陶瓷微濾膜支撐體材質(zhì)為99％α-氧化鋁，膜層材質(zhì)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(nèi)裝填膜元件數(shù)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(jīng)殺菌、絮凝、沉淀后濁度為5～15NTU，靠位差流入多介質(zhì)過濾器，過濾器出水入中間水箱，中間水箱出水經(jīng)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(tǒng)中，陶瓷微濾膜支撐體材質(zhì)為99％α-氧化鋁，膜層材質(zhì)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(nèi)裝填膜元件數(shù)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(jīng)殺菌、絮凝、沉淀后濁度為5～15NTU，經(jīng)離心泵提升至多介質(zhì)過濾器，多介質(zhì)過濾器進口壓力0～0.25MPa，多介質(zhì)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(tǒng)中，中空纖維微濾膜、陶瓷超膜材質(zhì)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(fā)明公開和提出的陶瓷膜海水預處理方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變工藝路線等環(huán)節(jié)實現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法進行改動或重新組合，來實現(xiàn)最終結(jié)果。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷膜海水預處理方法，由多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，其特征是采用濁度小于15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa后，依次送入串聯(lián)的多介質(zhì)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(quán)利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特征是所述的陶瓷微濾膜單元是數(shù)組并聯(lián)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(shù)組并聯(lián)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(tǒng)或反滲透淡化系統(tǒng)使用。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特征是所述的多介質(zhì)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(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特征是所述的多介質(zhì)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(quán)利要求1所述的陶瓷膜海水預處理方法，其特征是所述的陶瓷膜微濾、超濾單元回流采用射流器與進水混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及海水淡化及海水凈化中陶瓷膜海水預處理方法。由多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元組成，采用濁度小于15NTU的海水，加壓至0.1～0.5MPa后，依次送入串聯(lián)的多介質(zhì)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。處理后海水可供反滲透海水淡化技術(shù)所用。采用無機陶瓷膜對海水進行預處理，多介質(zhì)過濾器、陶瓷微濾膜單元和陶瓷超濾膜單元采用一組泵作為動力源，陶瓷膜回流采用射流器與進水混合，大為節(jié)省動力消耗。處理后海水SDI≤3，濁度≤0.3NTU，pH值7.5～8.4，游離氯≤0.1毫克/升，遠優(yōu)于反滲透膜進水標準BG/T19249－2003(SDI＜5)。處理后凈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(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者馬敬環(huán) 申請人:天津科技大學, 天津宜澤投資發(fā)展有限公司