高盐废水超滤和反渗透处理工艺探讨

高盐废水超滤和反渗透处理工艺探讨

周敏

南通数港信息科技有限公司，江苏 南通 226000

摘要：超滤和反渗透膜技术的出现，为废水处理、海水淡化以及零排放打开了全新的大门，随着反渗透膜技术的日益成熟，反渗透处理设备应用领域愈加广泛。反渗透处理设备是由多种设备组合而成，科学合理的使用反渗透处理设备，并优化水处理工艺，能有效地延长设备的使用寿命，同时也能保证水处理的质量。

关键词：工业污水处理；反渗透水处理；应用分析

1 工艺流程

2 工艺描述

高盐废水的含盐量较高，已接近海水的含盐量，设计以海水反渗透脱盐为核心工艺。预处理采用根据原水水质的情况，在常规预处理后采用超滤增加对反渗透的保护，可保证反渗透的进水水质要求。

3 工艺设备说明

3.1 超滤（UF）

超滤系统主要的作用是分离悬浮物大分子胶体、黏泥、微生物、有机物等能够对反渗透膜造成污堵的杂质。包括反洗杀菌剂投加系统、超滤装置和反洗泵等。

超滤（简称UF）是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。超滤膜多为不对称结构，由一层极薄（通常小于1μm）、具有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚（通常为125μm）、具有海绵状或指状结构的多孔层组成。前者起分离作用，后者起支撑作用。超滤膜的典型孔径在0.01～0.1微米之间，对于细菌和大多数病菌、胶体、淤泥等具有极高的去除率。膜的公称孔径越小，去除率越高。

超滤膜通常使用的材料都是高分子聚合物。对于超滤而言，被广泛用来形象的分析超滤膜分离机理的说法是“筛分”理论。理想的超滤膜分离失筛分过程，即在压力作用下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压料液侧透过膜的低压侧，因为尺寸大于膜孔径的大分子及微粒被膜阻挡，料液逐渐被浓缩；溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。实际上超滤膜在分离过程中，膜的孔径大小和膜表面的化学性质等将分别起着不同的截留作用。

本文以采用SFP2860膜元件作为除盐系统的预处理，SFP2860超滤膜采用材质为PVDF的中空纤维，外压式设计，其表面活化层致密，支撑层为海绵状网络结构，故耐压、抗污染、使用寿命长，且能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。具有以下特点：

1）过滤膜采用PVDF材质，化学稳定性高，耐酸碱、抗氧化、易清洗、使用寿命长；最大瞬时耐次氯酸钠可以达到5000mg/L。

2）膜表面经过亲水改性，膜孔成型好、孔径小、孔隙率高、水通量大、水量衰减小。

3）外压式运行方式，流道空间不固定，预过滤精度要求更低。当原水悬浮物含量高时，不会象内压式那样造成污染物浓缩并堵死在丝的中空通道中，因此外压式在悬浮物含量高或者波动大的情况下其优势表现更明显。

4）超滤膜中空纤维强度好，可采用反向冲洗和气洗工艺，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量相应降低，同时大大延长了组件的化学清洗周期。而内压式，仅能采用水反洗，反洗流量大，即自用水量大，反洗不能彻底，化学清洗周期短，膜的使用寿命短。

5）全流过滤，水回收率更高，自用水率约小于5%。即使原水悬浮物含量很高，也能进行死端过滤。而内压式则必须采用循环错流过滤，水回收率低，自用水率一般为10-15%，且动力消耗大；

4 超滤性能的影响因素

4.1 影响超滤膜寿命的主要因素

超滤用于工业水处理或反渗透预处理时主要有：污堵、氧化、水解、超压等几个因素影响对膜的寿命有影响。

4.2 污堵对超滤膜寿命的影响

超滤膜元件的污堵主要是因为浓差极化。较高的过膜压差、较低的膜面流速、较高的污染物浓度，都有助于浓差极化的形成。在没有浓差极化时，过膜压差增加，过滤通量随之增加；而当浓差极化严重到一定程度时，在过膜压差增加时，过滤通量几乎保持不变。

在过膜压差比较大的情况下，污染物在膜表面形成的凝胶层会被压实，并逐渐形成不可恢复性的污堵。因此，控制过膜压差是实现膜通量恢复的主要方法。

4.3 氧化及水解对超滤膜寿命的影响

氧化及水解会大大降低超滤膜元件的使用寿命，因此超滤膜元件材质的耐氧化性和耐水解性就显得尤其重要。

SFP超滤膜元件采用耐氧化性和耐水解性能极强PVDF材质，彻底解决了超滤在工业水处理和反渗透预处理工艺中氧化及水解影响超滤膜元件的使用寿命的问题。

4.4 运行压力过高对超滤膜寿命的影响

超滤运行压力过高会对超滤膜元件造成不可恢复的损害，在超滤装置的设计中，分别在每套超滤装置的进水和产水管路安装了压力开关，当超滤装置进水超压或超滤产水憋压时报警停泵，保证了超滤装置在正常压力和压差下运行。

5 主要超滤膜材料性能的评价

当超滤用于工业水处理或反渗透预处理时，对于材质的关心主要集中在两个方面：首先是化学稳定性，其次是亲水性。化学稳定性决定了材料在酸碱、氧化剂、微生物等的作用下的寿命，它还直接关系到清洗可以采取的方法；亲水性则决定了膜材料对水中有机污染物的吸附程度，直接影响膜的通量。

6 外压式超滤膜元件清洗的可恢复性

6.1 提高超滤清洗的可恢复性

1）采用耐久的亲水性材料，减轻有机物吸附污染；

2）制造出不对称的双皮层结构。尽量以表面过滤而不是深层过滤的方式进行过滤；

3）采用外压而不是内压的过滤方式。

当过滤时，中空丝外侧受力，膜丝的多孔材料被压缩，膜孔会适度变小，从而提高过滤精度；而反洗时膜丝内侧受力，膜壁上的孔径扩张，更有利于膜孔内的杂质颗粒被冲出，而内压式则恰恰相反。因此在工业水处理领域常采用外压式较多，内压式在国外主要用于特定水质条件下的医疗用水的生产。

针对原水特点，DOW超滤膜采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式，其运行情况为：水、气反洗方式，水反洗周期20－60分钟一次，每次反洗40秒，气洗周期12小时一次，每次30秒，反洗更彻底，膜性能恢复好，反洗用水量大大降低（本项目为产水量的5%-10%），化学清洗周期长。化学清洗频率1～6个月（视污染情况而定），和反渗透共用一套化学清洗系统。系统采用PLC或DCS控制。

7 高盐水反渗透装置（SWRO）

7.1 SWRO膜组

选用高脱盐率低能耗海水RO膜元件，单根膜在标准测试条件下的脱盐率不低于99.5%。

经预处理的海水进入SWRO反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备；水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，残留在浓水中，由浓水管排出。

在SWRO反渗透装置停运时，用产水冲洗3~5分钟，以去除沉积在膜表面的污垢，使装置和反渗透膜得到有效保养。

SWRO反渗透膜经过长期运行后，会积累某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐结垢等，造成反渗透膜性能下降。这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复反渗透膜的性能。化学清洗使用反渗透清洗装置进行，装置包括一台清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表。当膜组件受污染时,可以用它进行RO系统的化学清洗。

8 结论

随着我国经济社会的不断发展，废水排放标准的日趋严格，超滤和反渗透对高盐废水的处理已经逐渐成为主要处理工艺之一，随着超滤和反渗透膜性能不断的提升，抗污染，低能耗是以后发展的主要方向。因此，高盐废水超滤和反渗透处理技术在投资、能耗、成本控制等方面具有显著的优势，推广应用前景广阔。

参考文献：

[1]孟凡瑞.工业污水处理中反渗透水处理设备的应用[J].中国设备工程,2019(07):165-166.

[2]白雪.反渗透水处理设备在污水处理中的应用分析[J].化工管理,2018(23):187-188.