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文檔簡介
1、超濾膜技術(shù)在21世紀(jì)水處理領(lǐng)域的展望 摘要: 本文介紹了半死端超濾膜技術(shù)的典型設(shè)備,和運(yùn)行工藝及其優(yōu)化。并且介紹了在世界范圍內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)在地下水,地表水,等常規(guī)水源處理,以及海水和污水回用等非常規(guī)水源方面的 應(yīng)用 。關(guān)鍵詞: 超濾 半死端 水處理 應(yīng)用在20世紀(jì)的最后10年,世界范圍內(nèi)水處理設(shè)施的擁有者開始出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變。(可飲用)供水開始逐漸由大規(guī)模的,政府控制運(yùn)營的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗饺藫碛械?,多個(gè)國家共同參與的事業(yè),并且也被視為本世紀(jì)的下一個(gè)商業(yè)機(jī)會(huì)。由此,出現(xiàn)了對(duì)新的水處理技術(shù)以及降低水處理成本的需求。此種需求必然導(dǎo)致膜技術(shù)的興起。從60年代開始,膜技術(shù)最早起源于海水淡化的反滲透膜。而后膜技術(shù)得到了
2、非常迅速的 發(fā)展 ,并且被廣泛應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。既脫鹽反滲透后,一系列更疏松的滲透膜被開發(fā)出來,包括從納濾(疏松反滲透),到超濾(去除細(xì)菌和病毒),到微濾(去除懸浮固體)。并且任何一種應(yīng)用都有其獨(dú)特的,可以特殊設(shè)計(jì)的膜來滿足要求。在早期大部分膜過濾采用錯(cuò)流過濾的形式,即液體沿與膜面水平的方向流動(dòng),這樣的過濾形式可以防止“膜垢”的產(chǎn)生,但卻僅有一小部分的液體真正能夠過濾出來。因此這種過濾形式導(dǎo)致非常高的能耗,從而阻礙了膜在大規(guī)模水處理設(shè)施上的應(yīng)用。1 綜述于水處理,尤其是大規(guī)模的水處理設(shè)施,能耗已經(jīng)成為一個(gè)非常明顯的重要指標(biāo)。如果膜技術(shù)要成為大規(guī)模的水處理設(shè)施的主要技術(shù)之一,就一定要降低能耗
3、。因此,許多膜制造商開始開發(fā)低能耗的膜過濾系統(tǒng),即所謂的死端過濾或半死端過濾。此系統(tǒng)的工作原理類似咖啡過濾機(jī),水中的固體懸浮物沉降在膜的表面。這部分固體通常被成為“污垢”,只要水中含有固體懸浮物,就必然會(huì)有“污垢”產(chǎn)生。為保證膜的產(chǎn)水量保持不變,膜過濾壓力必然不斷增加,因此運(yùn)行一段時(shí)間后需要從與過濾相反的方向?qū)δみM(jìn)行清洗,因此有時(shí)我們也稱為“半死端過濾”。沉積在膜表面的固體被清洗排出,從而膜又恢復(fù)了最初設(shè)計(jì)的性能。雖然反沖洗能夠去除系統(tǒng)中大部分的膜污染,但有時(shí)仍然需要更有效的辦法對(duì)膜進(jìn)行徹底清洗。因?yàn)樵S多物質(zhì)黏附在膜表面,僅通過機(jī)械力無法將其去除。這部分物質(zhì)通常為有機(jī)物或微生物有機(jī)物,經(jīng)過較長
4、時(shí)間的運(yùn)行,這部分物質(zhì)會(huì)堵塞膜孔。膜的堵塞 問題 應(yīng)該被稱為“污垢”,它是運(yùn)行過程不希望發(fā)生的情況。堵塞物可以溶解(對(duì)于一些小分子有機(jī)物)并通過膜,如果其對(duì)膜表面的黏附不是非常強(qiáng)的情況下;或者被膜截留,對(duì)于一些微生物有機(jī)物,當(dāng)它們附著在膜表面后,還會(huì)進(jìn)一步繁殖。這種膜污染的主要通過化學(xué)清洗去除,也是一種可逆污染。膜污染真正的問題是那些無法去除的不可逆的污染。2 半死端超濾技術(shù)近幾年發(fā)展的發(fā)展的半死端過濾技術(shù)是xigatm的核心技術(shù),它是根據(jù)8寸半死端過濾超濾膜組件發(fā)展起來的。xigatm的核心技術(shù)采用8寸壓力容器,這是通常反滲透的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。在每個(gè)壓力容器中,可以放入多個(gè)膜組件。每個(gè)膜組件為1.
5、5米長,毛細(xì)管式膜,膜絲內(nèi)徑0.8或1.5mm,每個(gè)膜組的膜面積為22或35m2。膜過濾的過程分為過濾、反洗、和化學(xué)加強(qiáng)反洗三個(gè)步驟。成功應(yīng)用半死端過濾技術(shù)的關(guān)鍵,是將過濾、反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗三個(gè)過程合理設(shè)計(jì),從而使最終用戶獲得最低的運(yùn)行費(fèi)用。因此沒有必要將單位膜面積的出水率總是保持在盡可能大的水平上。因?yàn)榉礇_洗不必加入任何化學(xué)藥劑,并且進(jìn)行時(shí)間很短(通常為2060秒)因此反沖洗的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化學(xué)加強(qiáng)反洗,我們認(rèn)為反沖洗是去除膜表面沉積污垢的首選 方法 。為了更清楚的解釋這個(gè)問題,下圖表示系統(tǒng)運(yùn)行過程中膜兩端壓力的變化。圖中a段表示過濾過程,b段表示反洗過程,c短表示化學(xué)加強(qiáng)反洗過程(ceb)
6、。a過程進(jìn)行中,對(duì)于特定的水質(zhì),需要保證的關(guān)鍵指標(biāo)是膜通量和膜過濾壓力。因此若降低反洗和化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率,就將 影響 膜的通量。同時(shí)就將使系統(tǒng)的投資增加。另外一個(gè)方法是改善入水的水質(zhì),通過加藥或進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理。這同樣要增加投資和運(yùn)行費(fèi)用,因此通常要根據(jù)實(shí)際在這兩種辦法中進(jìn)行權(quán)衡。對(duì)于b過程,膜過濾壓降取決于膜表面垢層的厚度,和反洗時(shí)的機(jī)械壓力。反洗應(yīng)盡可能充分,保證能夠被反洗掉的污垢充分去除,這是推遲化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率的一種有效方法。另外這個(gè)過程中也存在反洗的機(jī)械壓力(如反洗水的流量)和改變垢層厚度(加入預(yù)處理)這兩種方案之間的權(quán)衡的問題。c過程,化學(xué)加強(qiáng)反洗(ceb),僅在進(jìn)行了反沖洗后膜
7、兩端的過濾壓降仍然達(dá)到了預(yù)定值后,或者在預(yù)先設(shè)定的較長的反洗次數(shù)以后。所使用的化學(xué)清洗劑是一些常規(guī)化學(xué)藥劑的混合物,包括次氯酸鈉、雙氧水、次氯酸等,可以非常地容易的處理掉污垢層。轉(zhuǎn)貼于 3 超濾技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的 應(yīng)用雖然超濾可以有很多的應(yīng)用領(lǐng)域,但大規(guī)模的水處理通常集中在以下方面:( 飲用水供水終端( 地表水處理( 海水處理( 流體的回用31飲用水處理由于對(duì)飲用水的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格,水處理公司投入越來越大的精力來控制供水管網(wǎng)中存在的微生物的量。為了做到這一點(diǎn),因此一種 方法 是進(jìn)行昂貴、頻繁的水質(zhì)檢驗(yàn),或者在供水終端設(shè)置防止細(xì)菌和病毒進(jìn)入的屏障。采用uf系統(tǒng),可以非常方便的建成這樣的屏障
8、。超濾膜對(duì)細(xì)菌的去除率可以達(dá)到6log,對(duì)于病毒的去除率達(dá)到4log,因此水廠和用水者都不必在擔(dān)心細(xì)菌和病毒的 問題 。由于飲用水的質(zhì)量本身就很高(濁度和懸浮固體都非常低),因此此時(shí)的膜系統(tǒng)可以可以采用很高的膜通量,可以達(dá)到135升/平米.小時(shí)。同時(shí)較高的入水條件,因此反沖頻率和化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率都可以非常低,產(chǎn)水量可以達(dá)到99。如果需要還可以設(shè)立二級(jí)超濾系統(tǒng),將第一級(jí)的反洗水進(jìn)一步回用。32地表水處理uf系統(tǒng)非常多的應(yīng)用在地表水處理上,處理后的水用于灌溉或作為反滲透的入水,來制備 工業(yè) 用水。在荷蘭,出現(xiàn)了越來越多的這類工廠。這種技術(shù)提供了一種新型的工業(yè)用水的方式,即不必在購買越來越貴的飲用
9、水,而是就近取用地表水處理后使用。33海水淡化中東地區(qū)是水資源缺乏最嚴(yán)重的地方。為了解決這個(gè)問題,最早人們通常采用蒸餾技術(shù)。從十九世紀(jì)60年代,膜技術(shù)被用于解決這些國家的缺水問題。但是,許多反滲透海水淡化系統(tǒng)面臨著膜污染嚴(yán)重的問題。主要因?yàn)榉礉B透系統(tǒng)的傳統(tǒng)的預(yù)處理方法無法提供可靠的入水水質(zhì)。因此絕大多數(shù)淡化工廠,在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)出水量的情況下工作,甚至有些工廠的出水量達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的30。小型淡化裝置的 研究 非常清楚的表明,超濾系統(tǒng)可以非常有把握的控制海水的水質(zhì),為反滲透系統(tǒng)提供高質(zhì)量的入水。長期試驗(yàn)也表明,超濾系統(tǒng)的出水sdi值可以非常好的控制在2以下。這些測試在超濾系統(tǒng)前不必用任何預(yù)處理
10、,并且適用各種海水水質(zhì)。34污水回用西方國家費(fèi)了很大的精力處理廢水,處理后確僅僅是將其通過排水管網(wǎng)排到地表水源中,這種作為非常不合理。再一次,超濾因?yàn)槠鋬r(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)為污水的回用提供了一種有吸引力的解決辦法。其實(shí),從城市污水處理廠和工廠中排出的廢水,是作為工業(yè)用水,甚至是飲用水的一種非常好的水資源。這在技術(shù)上是完全可以實(shí)現(xiàn)的,但西方用戶確非常難以相信這種做法。與其說這是技術(shù)上的難題,不如說是一個(gè)心理的難題。但是, 目前 在納米比亞的windhoek,已經(jīng)在建設(shè)一個(gè)850噸/小時(shí)的水廠,就是采用膜技術(shù)將污水處理廠的出水回用為飲用水。4結(jié)論半死端超濾是一種絲毫不必懷疑的技術(shù)。它具有廣泛的應(yīng)用,有些
11、用于小型的項(xiàng)目,但另外一些,象我們上面提到的一些項(xiàng)目規(guī)模很大,甚至非常大。這種技術(shù)關(guān)系到人類必須面臨的一個(gè)問題,如果世界仍然按目前的速度 發(fā)展 的話。即可飲用水資源,它是每個(gè)人的生活的一個(gè)重要部分。發(fā)展一種技術(shù)保持飲用水資源,是維持人類生活的唯一辦法,也是保證下個(gè)世紀(jì)水不會(huì)像油一樣的唯一方法。5 參考 文獻(xiàn)1 the effect of ultrafiltration as pretreatment of reverse osmosis in wastewater reuse and seawater desalination applications, s.c.j.m.van hoof, desalination, 124(1999) 231-2422 ultrafiltration(new technology), a vi
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