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海水淡化的膜预处理技术研究进展


中国给水排水 
2 0   11   0 3 Vo . 9
C I H NA  ATER & W A n  ATER  W W No 8 . 

海 水 淡 化 的 膜 预 处 理 技 术 研 究 进 展 
苏保 卫 , 王   越 , 王  志 , 王世 昌     
( 天津 大学 化 工学院 ,天 津 307 ) 0 02 
摘 要 : 综述 了海 水淡 化 膜预 处 理技 术 的研 究进 展 ,   包括 连 续微 滤技 术 、 细 管超 滤技 术及  毛

纳滤技 术 。指 出新 型 的 海水 淡化 集 成技 术 (MS 已成 为该领 域 的发 展 趋 势 。 I )  
关键 词 : 海 水 淡化 ; 连 续微 滤 ; 超 滤 ; 纳 滤 ; 预 处理 技 术 ; 集成 淡化     

中 图分 类号 :T 9 .6 U9 12  

文献 标识 码 :B  

文章 编号 :10 —40 (03 0 —03 00 622 0 )8 00—0  3

海水淡化作为解决水危机 的有效途 径之一 , 已  经在许多国家和地 区( 尤其是海湾国家) 得到 了广泛  的应用[ 。海 水 淡 化 的 主 要 方 法 包 括 多 级 闪 蒸  1 ] ( F、 MS )多效蒸发( D) ME 和反渗透 ( 0) , R 等 前两种  为蒸馏法 , 后一种为膜法 。由于海水中的硬度 、 总固  溶物和其他杂质的含量均较高 , 因此海水在进入蒸  馏法和膜法淡化装置之前必须经过预处理。预处理  可 以 降低 清洗 的次 数 ( 洗 费 用 一 般 占总 运 行 费用  清 的 5 -2 %l )延长反渗透膜 的使用 寿命 和提高  %- 0 2 、   蒸馏淡化装置的热效率 、 降低 淡化过程的能耗及维  护费用 , 同时可以减少化学 药品的用量和污染物 的  排放量 , 保持环境 的可持续发展 。  

渗透淡化系统的设计平均通量较低 , 一般为 1 ~1  2 4 ( ?)   m2 h E 引。 海水淡化的传统预处理方法在预防结垢 和污染  方面均能力有 限, 从而使传统海水淡化 的水 回收率  均较 低 , 仅为 3 %~3 %, 能耗 和成本 却相 对较  0 5 而 高, 不能适应 R O和 Ms F的低能耗和高产水量要求 。  

2 新 型 的预 处理技 术 
新型淡化系统的趋势是采用集成膜 (ner e  It a d gt Me rn yt I ) J即将微 滤 ( ) 超滤  mbae s m, S e MS  , MF 、 (F 、 U )纳滤 ( F 和 R N ) 0组合 起来。I MS系统具有  可靠性高 、 对原水的水质变化相对不敏感 、 操作费用  低且均为商品化组件式装置的特点。   2 1 连 续微 滤 技 术  .
MF可 除 去 藻 类 , MF作 为 R 的 预 处 理 可  以 0

1 传 统的预 处理技 术 
蒸馏法预处理 的主要 目的是 防止腐蚀 和结垢 。  

具体方法包括加氯杀菌 、 加酸脱碳 、 真空脱氧等 , 但 
对硫酸盐硬度 的去除效率 不高 , 其最高操作 温度一  般为 10℃。 2   反渗透预处理 的主要 目的是 预防生 物污染 , 具 

以简化 R 0的预处理过 程并降低操作成 本 , 但传 统  MF技术并不能处理高度污染的表层海水l 。新型  4 ]
MF 技 术 以 连 续 微 滤 ( o t uu  eoirt n  C ni osMi ft i ) n r la o

C / O为代 表  , 用 02/ MFR J采 . a n孔 径 的 中空纤 维  膜, 材质为聚丙烯 、 磺化 聚醚砜 或醋酸纤维 , 由内向   外死端过滤 。该膜可使胶体颗粒和细菌数量减少几  个数量级 , 提高净化水 的水质 , 并可在很低 的横流速  度下 运行 。C / O 技术 采用 空 气 反 冲洗 , 自 MFR 以   动、 频繁脉冲方式和短时 间的冲洗来保 持稳定的产 
水通 量 。与 常 规 过 滤 器 因反 冲洗 而 出 现 的停 运 相  比, 这种 脉 冲 清洗 的 时 间特 别短 , 因此 特 别适 于过 滤 

体方法包括加氯 杀菌 、 线凝 聚和絮凝 、 在 多介质过  滤、 加酸调 p 加防垢剂 、 H、 加还原剂 、 保安过滤等b 。 ]   反渗透膜对进水水质要求 较高 , 需去 除海水 中存 在 
的悬浮微粒 、 细菌 、 大颗粒 有机物质等 , 污染指数  使

达到 2 。但传 统的多介质过滤器 和筒式过 滤器  ~3 并不能完全去除胶体 和悬 浮物质 , 出水水质会 产生 
波动 , 由于传统预处理的局限性 , 处理表层海水 的反 

基金项 目:教 育部南开 大学 、 天津大学科技 合作基金 资助项 目 

?

3 ? 0  

2 0  11  0 3V0.9

中国给 水 排水 

No8 . 

固体含量 高的液体 。经 C MF过滤后 S I , D <2 颗粒 

粒径<02 ( .  传统多介质过滤器为 5 0/ ) mn ~1 a 。该  n 法能耗低 , 约为 01 ~0 3(W?) 3 .5 . k h/ 处理水L 。 m 8  ]
22 超滤 技 术  .

海水渗透压的操作压力 ( .  a下用泵打人淡化  2 4MP ) 器, R 故 O装 置 无透 过 液 , 液 直 接 冲 洗 R 装 置 的  料 O 进料侧并进入到 N F元件 , 透过液 收集 到中间贮槽 ,  

透过液中的 c 2 Mg s i a  、 2 0 一浓度大大降低, aI  、 N C 
浓度也有较大幅度 的降低 。然 后进行 R O淡化 , 将  海水 进 料 切 换 为 中 间 贮 槽 中 的进 料 , 时 关 闭 NF 同  
元件 的透过 液 出 口。 由于此 进料 的离 子浓 度 已大 大 

以 UF作为 R O的预处 理可构成 州 R O集 成  技术 , 新型的毛细管型 U F膜可 以处 理高度污染 的  表层海水 。该型 U F膜器的特点是具有频繁 、 短时 、   自动清洗毛细管膜 的功 能 , 且具有在较低 的错 流流  速 下运 行 的能 力 [。其 UF膜 为 毛 细 管 状 ( 空 纤  6 ] 中 维 )截 留分子 质量 为 ( 5 ~2 0 X1。U 可确 保  , 10 0 )  0 , R O在高通量和高截 留率下操作 , 回收率为 6 %, 水 5   产水量 提 高 1 %。预 处 理 能 耗 约 为 0 1 ~0 3 0 .5 .  (W ?) 3淡化水成本约可降低 1 % ] k h/ , m 0   。   V nH o 等[] a of 1采用 P P P共混毛细管 U   0   V F 膜作为 R O的预处理 , UF膜 截留分子质量为 (0   5~
10 X1。 , 管 内径 为 0 8或 15II。 原 水 由  5 )  0 U 膜 . .  II TT

降低 , 因此其渗透压大大降低 , 而操作压力远大于此  时的渗透压 , 于是 R o元件开始工作产生淡化水 , 其  浓缩液对 N F膜进 料侧起到 冲洗作 用。N F软化与  R o淡化交替进 行。该装 置 的巧妙之处 在于 : ①在  保证水 回收率 (6 2 %~3 %) 0 的前提下 , 装置操作压  力仅 为传统 R O操作压力 的 1 -23 降低 了对高  / /, 2 压泵 、 反渗透膜 及各 种管件 、 阀门等器 件 的材 质要  求, 降低了成本 ; ②进料切换 由切换 阀实现 , 且两股  进料操作压力相 同, 因此 整个 装置只用一 台高压泵  就可 以实现 ; ③运行 中 自动 实现 R 和 N o F膜 的在  线清洗 , 因此膜污染 的可能性大大降低 , 延长了膜的  使用寿命 。   国家 海 洋局 杭 州水 处 理技 术 研究 开 发 中心 利用  N' F 0膜在山东省长 岛县建立 了高硬度海 岛苦咸水  9 纳滤软化处理示范工程H 应用效果 良好 。 引,  
用于海 水 淡 化 的 NF膜 有 卷 式 膜 和 中 空 纤 维  ( 毛细 管 ) ,EN0 环 境 公 司 开 发 了一 种 新 的 中  膜 Z 1N

毛细管 内向管外死端过滤。在 U F的进料泵 之后加 
F C3 凝 剂 。UF膜 间隔 1  n反 洗 一 次 , 隔 6 e I絮 5mi 间  

h 学清洗一 次 ( 酸和硝酸交替使用 ) 化 盐 。经 过  250h  0  的测试 , 9 . %的测 试数据 的 S I , 有 84 D <3  说明该 U F预处理的出水水质相当不错 。  
B eat 用 中空 纤 维 UF膜 预处 理 表 层 海 水 , rh 等 n  

其U F出水 S <1且出水水质非常稳定 , DI , 而传统的 
双重介质过滤则仅能降到 25 . 左右, 且水质不稳定。   2 3 纳 滤技 术  . 纳滤膜以其独特的荷 电特性和分离二价离子的  性能正引起人们 的广泛关注 。纳滤膜海水淡化预处  理技术充分利用了上述特点 : 留小分子有机物 , 截 预  防 R 过 程 的 膜 污 染 ; 留 二 价 的 c 2 M  和  O 截 a  、

空纤维纳滤复合膜与新型贯 流式膜器 , N 该 F膜 的  优点是具有较高 的耐氯性 , 其截 留分 子质量 为 8 0 0  1 0   , N C 的截 留率为 3 %,   0U对 a l 0 0 对二价盐 的截 


留率 >8 %。与传统的制膜 工艺相 比, 中空纤维  0 该 N F膜 的制膜 特点是在制膜 过程 中, 在喷丝头 内孔 
中通过 的不是致孔液 , 而是中空玻璃纤维 , 内外径  其 为0 3 .  I 。直接在该纤 维上涂 上聚砜 或聚醚  ./ 9IT 0 TI I 砜基膜 , 成 的增 强 中空 纤 维 基膜 能耐 压 至 2 1 形 .  MP , a截留分子质量为 1 0  ( 00 0u 属于超滤膜 )然后  , 通过界 面聚合 和 溶剂 蒸发 两 种方 法分 别 制得 N   F

Sj 0 一离子 , 预防海水淡化 过程 中结垢现象 的发 生 ,  
并尽量提高水的 回收率。  
沙 特 S C( aieW ae C ne nC roa  WC S l   tl o v ̄b  opr— n "

tn以 N i ) F作为 R o O及 MS F的预处理 , N 以 F透过  液作为 S O 或 MS WR F的进 料 , 开发 了 N F—R   O、 NF—MS F及 NF—R O 一MS F集 成 淡 化 技 术 H    。

膜 。由该增强 中空纤维制成 的膜采用 了与传统错流 
( rs o 过滤 不 同 的贯 流过 滤 ( rn v r   o   C os w) l f T a ses f w) el

N F膜对海水 中 S j 0 一的截 留率可达到 9 %, 8 大幅度 
降低 了后续 S O或 MS WR F的结垢 可能性 , 非常有 
利 于蒸 馏法 和膜 法 海水 淡 化 。   R b ̄[] 用 NF与 R 的 集 成 技 术 按 先 R oe 1采   O O 

方 式 , 图 1所 示 。 如  

传统的错流过滤方式液体在膜表面的浓度边界  层较长 , 因而浓差极化现象严重 , 如卷式膜的进料隔  网的作用之一就是在进料侧形成湍动以打乱浓度边  界层 , 隔 网 较 窄 、 动 阻 力 大 , 难 实 现 反 冲 洗 。 但 流 很   而流体贯流过圆管 时边 界层极短 , 且在圆管后形成 

后N F的顺序装入膜反 应器 中, 操作过 程 由计算 机  控 制 。首 先进 行 NF软 化 , 预 过 滤 的 海 水 在 低 于  经
?

3  ? 1  

2 0  o.9 03V 1   1

中国给水排水 

N .  o8

边界层分离 , 从而引起膜表面附近流体的湍动 , 大大  减小 了浓 差极 化 现 象 和膜 污 染 现 象 , 加 强 了清 洗  并 效果 , 因此对 预 处理 的要求 不 高 , 其进 料 只需 要 经过   20 0 m过滤预处理 即可( 传统的卷式 N F膜 反应器  需要 经过 5   过 滤 预 处 理 ) 由此 可 以 实 现 连续 过   ,
滤操 作 。  
流体 

[]Me b n T cnl y 19 ,1( — )5 8 J. m r e eho g ,99 13 1 3 :— . a o   [] Wi MakSh r hM ̄f dK I p  ̄ pr r ne 4 l r,ci a   nr   .m mv ef m c l   ec e oa  
a d O S e u t no n  Otrd ci fRO  a tr ytmsuigUF p e  o s wae  se  s 1 e s I r?

t a et ]D si t n20 ,3 ( — )6 — 8 r t n[ . e lao ,0 115 1 3 :1 6 . em J an i   [] T ksiMa ur. r rs i m m r e sec n  5 ae   t ua Po e  n e ba  c nead h s g s   n i t h oyo  a a r e l ao —a e  ̄ g f s w t   s i tn   c r e e d ani
an t n 2 0 ,3 ( —3 :7 4  lai ,0 1 14 1 )4 —5 . i o

^J . e  , ]D s [ .

[] R d d  A Bak h s — n  at “ e la 6 eo oJ . r i 一, a adw s 吼  ds i . n   cs e e an   t []D si t ,01 18 1 3 :9 4 . i J. e lao 20 , ( — )2 — o n o an i n 3  
a .错流形式 

[] D r m rc, l nA d . m r e r r t et f 7 uh BueWao  nyMe ba   e e m n    a t n p ta o
rv e溉 o moi: n s s l g— tr  x ein eo i c l waes so em e p re c ndm ut tr 

[]D si t n19 ,2 ( — )17 10 J . e lao ,99 122 3 : — 7. an i 5  
[ ] Wi  r , i oKen t. f ci   8 l Mak Klk   n eh E f t e l n e v
流体 
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pera n t rt t   e me

f   a a rrv s o  ̄s  sms J . e l t , o s w t   e e m oi s t [] D s i i   re e e r   sye an o a n
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[ ] R d o    1 ra  . 2  e eai   I MT RO 9 eo nJA,. nx IY K g rt F L  ̄ n c n n o  
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me rn scmbn d wi   e p erar mba e  o ie   t n w  rte t h mmttc nq e   eh iu s

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oa 商 eo[]D s i t ,0 116 1 )27— f   】e . ean i 20 ,3 ( —3 :8   1 J lao n
3 6. 0  

圈 1 错流与贯 流示意 圈 

3 结语   集成膜法淡化 系统(MS 已成为淡化技术发展  I ) 的趋势。随着新 型膜 与膜技术 的开发 , 海水 淡化成 

[0 Va  o f      Mi r   MakB. ed—e d 1] n H o  C JM, r yJG, c   D a S me n 
utai rt  s atr aie pe— tet n tt  e es  l f tai a  len t   r r l n o v rame  o rv re

0 Is   s t   s i tna a  uyJ .e l   _ii8 w ed an i : c e t []D s i 0sn ea r e l ao   s s d a.
a i ,0 1 1 9 1— ) 1 1 6 . n t n 2 0 ,3 ( 2 :6 —18  o

本有望进一步降低 , 开展这方 面的理论 和应用研究  工作对 于防止污染与结垢 、 节能降耗 、 提高装置的寿  命和利用率 、 实现海水淡化的产业化 、 解决沿海和西 
部地区淡水资源的不足具有不可估量的价值。  
参 考 文献 :  
[] 王世 昌. 类需 要 海 水淡 化 技 术 [] 国际 学术 动 态 , 1 人 J.  
1 9 。1 :3 4  9 7 ( ) 1 —1 .

[1 H s nAM, I SfM A K,I Amui  e 1] a a s A— o t A — r d. nw印一 A  
po c  O me b a e a d tel ̄ sa trd sl ai   ra h t  m rn  n   h t l e w e  e ai t a n o n

po s s s gnnf rtnm bae (a  )[] r e e ui   oi ai   e r s P r 1 J . cs  n a l o m n t t  
D sl ai ,9 8 18 1 3 :5 1  eai t 1 9 。 1 (0 )3 —5 . n o n

[ ] U l e R br A D s i t   e o n pa t   1 2 h n r oe   . e lai m t dadapru i   g t an o n h as
u izn   a oi rf   n   e es  e tii n n f ta o a d rv re smm i n tn 矗n lg l i n s l b l    玎

[ ]U   :105 , 0 — 2 O P . SP 69562 1 0 —2 . 0   [3 张 国亮 , 益棠 . 1] 陈 纳滤 膜软 化技 术在 海 岛饮 用水 制备  中的应用 []水处理技 术 ,002 ()6 — O J. 20 ,62 :7 7 .  
电话 :0 2 7 0 3 7 (2 )2 4 4 4   E—maljw n  ̄ t .d .n i i a g j eu c  :s u

[] S vs  aan Syd Moa a iT m ,K z   2 i a lM dei ae, hm md o j a ̄J a I    
M o h d m . h m ia  a lg o e es  s oi  1n ? g a a C e clden n  frv reom ssne 1 

b ns ]Dslao ,0 114 1 3 :7 8 . r e[ .e i t n20 ,3 ( — )7 — 2 a J an i   [] wi  r, lk   ent.m m e e c ac ad 3 lMak Ki oK ne I p vdprw ne n  f n h fm  
C s e u t no RO sa trsse su igp erame t O t d ci r o f ewa e y tm  sI r te t n   1

收稿 日期 :0 2—1 一O   20 2 2

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