论文部分内容阅读
超滤(Ultrafiltration, UF)技术作为反渗透海水淡化的预处理工艺,能够有效去除原海水中大分子有机物、胶体和细菌等,为反渗透提供连续、稳定、高质的进水。然而由于超滤膜性质(膜孔范围在0.001～0.02μm),不能去除海水中二价成垢离子(Ca2+、Mg2+和SO42-)和小分子有机物(分子量为几百到几千)因此仍无法解决反渗透膜结垢和受小分子有机物污染等问题。纳滤膜(Nanofiltration, NF)孔径在1nm左右,膜表面具有特殊荷电性,可有效去除二价离子和分子量200～2000范围内的物质,因此将纳滤技术应用于海水淡化中,能够有效软化海水以及去除小分子有机物,降低反渗透膜结垢和受小分子有机物污染的程度。超滤-纳滤耦合工艺(以超滤作为纳滤的预处理方式)作为海水软化工艺的研究具有十分重要的应用价值。本实验采用超滤-纳滤(UF-NF)相耦合的海水软化工艺,考察不同超滤产水和纳滤系统操作参数,包括操作压力、切向流速和进水温度,对纳滤软化性能的影响。其中,海水取自胶州湾近海域海水；超滤系统分别采用PES材质、截留分子量100 kDa(记作UF1)和PS材质、截留分子量20 kDa(记作UF2)的两种中空纤维超滤膜组件；纳滤膜采用ESNA3型号(美国海德能),操作压力考察范围为0.5～3.0 MPa,切向流速考察范围为0.03～0.05 m·s-1,进水温度考察范围为5-17℃。通过实验,初步对比和总结了相关参数对海水软化的影响规律,并进一步考察了UF2(PS、20 kDa)-NF耦合工艺的长期稳定性。本论文的主要内容和结论如下：1)在UF1-NF耦合工艺中,UF1产水浊度90%小于0.1 NTU, SDI值95%小于3.0。当纳滤操作压力从0.5升至3.0 MPa时,膜通量和系统回收率分别由7.59 L·m-2·h-1和9.09%提高至45.69 L·m-2·h-1和42.31%,脱盐率(以电导值计)由10.07%上升至15.27%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由19.58%、45.39%上升至34.29%、64.87%；当纳滤膜面流速从0.03 m·s-1提高至0.05 m·s-1时,膜通量和系统回收率分别由10.13 L·m-2·h-1和8%提高至68.35 L·m-2.h-1和46%,脱盐率(以电导值计)由10.02%上升至15.49%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由13.24%、45.96%上升至30.61%、61.14%；当纳滤进水温度从5℃升至17℃时,膜通量和系统回收率分别由27.14 L·m-2·h-1和28.56%提高至39.81 L·m-2·h-1和36.18%,脱盐率(以电导值计)由24.04%下降至13.66%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由41.29%、70.86%下降至32.64%、62.66%。2)在UF2-NF耦合工艺中,UF2产水浊度95%小于0.1NTU, SDI值95%小于2.5。当纳滤操作压力从0.5升至3.0 MPa时,膜通量和系统回收率分别由13.04 L·m-2·h-1和14.65%提高至58.22 L·m-2·h-1和43.39%,脱盐率(以电导值计)由10.22%上升至19.41%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由28.17%、54.27%上升至35.61%、66.80%；当纳滤膜面流速从0.03 m·s-1提高至0.05 m·s-1时,膜通量和系统回收率分别由12.91 L.m-2·h-1和10%提高至75.4 L·m-2·h-1和54%,脱盐率(以电导值计)由10.07%上升至18.37%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由23.31%、49.37%上升至32.52%、64.87%；当纳滤进水温度从5℃升至17℃时,膜通量和系统回收率分别由29.05 L·m-2·h-1和30.06%提高至41.67 L·m-2h-1和42.51%,脱盐率(以电导值计)由27.32%下降至15.06%,Ca2+、Mg2+的截留率分别由42.77%、72.35%下降至32.66%、62.94%。3)对比两种超滤-纳滤海水软化系统——UF1-NF和UF2-NF耦合工艺,结果表明,UF2-NF工艺的膜通量、系统回收率和脱盐率以及主要无机离子的截留率均优于UF1-NF工艺,说明UF产水水质明显影响纳滤膜性能,且UF2-NF工艺更适合应用于海水软化工程。4)在UF2-NF工艺长达500 h的长期稳定性考察中,进行隔段的物理参量(操作压力、膜通量、系统回收率),主要无机离子,有机物(DOC、UV254)实现不间断监控,计算和分析。