海水淡化用中空纖維膜的研發(fā)及應(yīng)用

趙繼軍（濟(jì)南市水處理設(shè)備廠(chǎng)有限公司 山東 濟(jì)南 250033）

當(dāng)前，海水淡化的主要方法有反滲透與蒸餾，其中反滲透是其主要技術(shù)。然而，由于反滲透膜的污堵，制約了進(jìn)一步推廣。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，中空纖維反滲透膜由于具有良好的耐氯性能及耐生物污染性能，進(jìn)而在海水淡化中得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)入到二十一世界以來(lái)，我國(guó)的海水淡化事業(yè)也得到飛速發(fā)展，大多海水淡化廠(chǎng)采用該技術(shù)，并取得較為顯著的效果。下面對(duì)海水淡化中空纖維膜的技術(shù)及特點(diǎn)進(jìn)行闡述。

一、中空纖維膜的發(fā)展現(xiàn)狀及其特點(diǎn)

日本東洋紡的水處理采用中空纖維膜技術(shù)，并逐漸向海外拓展。并與庫(kù)波達(dá)企業(yè)共同研制低壓的中空反滲透纖維膜，試圖有效解決水資源較為貧乏的地區(qū)。中空纖維反滲透膜主要是服務(wù)相對(duì)高溫的封閉性海域，能夠與微生物繁殖。尤其在中東地區(qū)，市場(chǎng)需求正以10%的年增長(zhǎng)率不斷擴(kuò)大。直至近年來(lái)，日本山口縣巖國(guó)事業(yè)所的中空纖維膜產(chǎn)能逐漸分階段擴(kuò)大，且反洗的次數(shù)相對(duì)較少，容易維護(hù)。迄今為止，我國(guó)的中空纖維反滲透膜僅用于苦咸水的淡化，材質(zhì)采用二醋酸纖維素。通過(guò)發(fā)展，研發(fā)有三醋酸纖維素中空纖維反滲透膜，且質(zhì)量相對(duì)較好，脫鹽率高達(dá)95%左右，氟去除率約96%。通過(guò)利用三醋酸纖維素中的纖維膜，高壓泵可使半透膜一側(cè)的原水壓力相對(duì)超過(guò)滲透壓。通過(guò)這種方式，原水中的水分子就能夠透過(guò)半透膜進(jìn)入到另一側(cè)，最終獲得純凈水。

三醋酸纖維素中空反滲透膜的制造工藝較為發(fā)雜，且擁有較大的表面積，可通過(guò)氯消毒劑注入到反滲透系統(tǒng)，進(jìn)而有效阻止生物菌等一系列堵塞物的堵塞，保持中空纖維膜的暢通；并且該技術(shù)將幾百萬(wàn)根的中空纖維，采用橫向纏繞技術(shù)，繞成元件的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能降低透過(guò)水的流動(dòng)壓損，使其獲得較為均勻的水流，具有較低的堵塞率。其性能參數(shù)如下表1所示：

表1 中空纖維反滲透膜的性能參數(shù)

二、中空纖維膜在海水淡化中的應(yīng)用

本次研究選取某發(fā)電廠(chǎng)反滲透海水淡化工程的超濾產(chǎn)水，原有海水的水溫度約為18℃，其電導(dǎo)率約為45000μs/cm。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)針對(duì)性的中試裝置，包括以下幾方面特點(diǎn)：采用無(wú)紙記錄儀，其試驗(yàn)參數(shù)可在線(xiàn)顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)自動(dòng)記錄；并與工業(yè)裝置使用相同的水源，可確保其耐久性及穩(wěn)定性；采用PLC自動(dòng)控制，可有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；采用特殊的儀表探頭流通地，確保測(cè)量精度。其工藝流程如下圖1所示：

圖1 裝置工藝流程

通過(guò)本次試驗(yàn)可得：經(jīng)過(guò)良好的預(yù)處理后可有效保證反滲透裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

首先，探討反滲透膜在不同操作壓力下的回收率性能。在測(cè)試的過(guò)程中對(duì)操作壓力及回收率的試驗(yàn)進(jìn)行了調(diào)整，當(dāng)壓力處于5Mpa范圍內(nèi)時(shí)，其膜進(jìn)水及其濃水的壓差可形成較鮮明對(duì)比，其壓差往往小于40kPa,擁有較穩(wěn)定的試驗(yàn)過(guò)程。待試驗(yàn)完成后期，反滲透的設(shè)備進(jìn)水壓力可穩(wěn)定于5.5Mpa，在該運(yùn)行條件下，壓差大多穩(wěn)定在27Kpa。根據(jù)以上變化數(shù)據(jù)可得：反滲透膜均未有較為明顯的污染，且具有穩(wěn)定的性能及耐污染能力。

其次，海水離子的脫除率。海水中常見(jiàn)的離子有Mg2+、K+及Na+等，脫除率均超過(guò)99.1%，并在不同時(shí)間測(cè)量其檢測(cè)結(jié)果也不相同，擁有較好的平行性。

再次，不同時(shí)間段的膜性能變化。由于反滲透膜擁有較好的耐氯性，可有效控制微生物的污染，能夠有效保證其運(yùn)行。在試驗(yàn)的過(guò)程中采用沖擊加藥的方式，能夠?qū)\(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)水、濃水進(jìn)行殺菌，殺菌能力較強(qiáng)。最后，不同溫度下的膜性能。溫度對(duì)膜性能的影響主要來(lái)源于兩方面，即：水溫及電導(dǎo)率。其中若水溫得到增加，就會(huì)相應(yīng)降低水電導(dǎo)率；而電導(dǎo)率的儀表測(cè)試數(shù)值又與溫度相關(guān)，其溫度增加，就會(huì)相應(yīng)增加電導(dǎo)率。在很大程度上由于海水溫度升高，對(duì)于后期研究工作具有重要意義。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于我國(guó)而言，最適用于海水淡化處理的中空纖維材質(zhì)主要有聚乙烯（polytene）、聚砜（polysulfone）及聚偏氟乙烯（polyvinylidene）等具有良好的耐腐蝕性，本文首先分析了國(guó)內(nèi)外海水淡化中空纖維膜的發(fā)展及其特點(diǎn)，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究中空纖維膜在海水淡化中的應(yīng)用，并分析其影響因素，旨在為今后海水淡化中空纖維反滲透膜的應(yīng)用提供參考借鑒，望更多的有志之士加入到該研究隊(duì)伍中，做出一份貢獻(xiàn)，較好的解決水資源短缺問(wèn)題。

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