新型工业用中空纤维设备具有二个新颖的性能:
1.可自动、频繁脉冲式冲洗中空纤维管(有些型号采用反洗),其特点是通过短时间的停运,来保持稳定的产水通量。
2.可在一很低的横流速度下工作,甚至可以在单向流动状态下工作(全流过滤)。
与常规过滤器因反洗而出现的停运时间相比,这种脉冲式冲洗的停运时间非常短。并且频繁的脉冲冲洗可使水通量保持稳定,这种设备的进水压力为1—2巴,当操作降低进水压力,降低横向流速或采用全流过滤时,系统回收率高,能耗低(能耗约为0.1kwh/m3)。膜的类型有二种:一种是微滤膜(额定孔径为0.2微米),另一种是超滤膜(截流分子量为100,000-200,000道尔顿),中空纤维超滤膜组件尺寸一般为:长度在100-130cm之间,直径在20-32cm之间。该膜用于实际净化系统中时,单支膜元件的产水量为30-150m3/天。中空纤维膜技术已经用于处理以地表水为水源的饮用水净化工艺之中。该技术与常规工艺相比,具有标准化设计、投入少、产出多、无需连续加入化学药品、只需有限劳动力等优点,以上优点都是说的外在因素,更主要的是膜技术的内在优点,即在进水和透过水之间存在的膜分离层,可以使胶体颗粒和细菌减少几个数量级,提高了净化水的质量。
中空膜技术已经过了广泛的试验,并且有很多基于微滤的系统已经投入运行,在成功地将中空膜技术应用于饮用水领域的基础上,正考虑将该技术应用于高污染地表水反渗透系统的,目标之一是城市排水的反渗透处理,这样可以替代既昂贵又困难的传统城市三级处理方式,增加反渗透系统的设计水通量,现场试验目前已进行了二年以上,实验结果证明,这种方法是可行的,同时还可考虑将此工艺应用到大规模水处理设备中去。此方法还可用来对水源为低盐度地表水的净化系统进行RO前处理。其目的之一是希望以此来取代常规的前处理工艺,第二是希望通过添加第二个膜过滤系统(除RO膜之外)来减少渗透水中存在的“热源”,这样就可省掉原来作为消毒用的强氧化剂。实验结果证明了这种结果的可行性。
正在设计将UF与RO工艺相结合的大规模水处理系统。将中空纤维膜应用到海水淡化系统的前处理工艺中,似乎是相当好的设计思路。从不多的实验结果来看,采用这种处理方法能够生产出质量很好的RO进水(13),估计中空纤维膜前处理法所需成本与大量使用的常规前处理法(进水源为地表水)的费用差不多。表3中列出了海水淡化RO系统的常规前处理法和中空纤维膜前处理法的操作条件及各项所需费用的对照表,从表中可看出使用中空纤维膜工艺,可简化前处理系统,并且可以减少化学药品的使用量,更主要的是采用此工艺,可省去需向给水中不断添加游离氯的工序,处理后的水胶体浓度很低,但到目前为止,没有足够的实验数据能够表明哪一种中空纤维膜(微滤还是超滤膜),对降低海水净化系统进水中的污染物浓度更有效。超滤膜除截留颗粒外,还可减少海水中一些溶解有机物。即膜发展的一个新趋势是试图增加卷式复合膜元件的填充密度。(即:增加膜元件的有效面积,提高单支元件的产水量)膜前处理工艺也会随之共同发展,该发展趋势主要依靠设计结构最为合理的膜元件,其中包括降低进水通道的厚度。因为新设计的卷式元件是在进水质量较好的条件下工作,进水本身颗粒物质浓度就很低,所以虽然进水通道比较细,但阻塞的可能性很小,同时降低膜污染的速度,可减少膜的化学清洗频度,大大提高了膜寿命。由于该技术具有上述优点,所以使用该技术即可以减少由于化学清洗所需试剂费用以及投入的人力,同时可以减少由于膜元件损坏、更换而需要的费用。
表3 常规前处理法与毛细管膜工艺的情况对照
系统结构常规前处理法中空纤维膜前处理法进水水源敞口取水敞口取水滤网粗筛自清洗微筛过滤器,孔径35微米原水加氯3ppm不需要直流絮凝(连续投入试剂)5ppm FeCl30.2ppm聚合物不需要静态混合器有没有胶体过滤设备二级多介质压力过滤器单级中空纤维膜超滤:截流分子量150,000-200,000道尔顿反洗方式及频率每8小时用空气擦洗和水反洗1次,设备停运15分钟(3.1%)每15分钟脉冲水反洗1次,设备停运30秒(3.3%)化学清洗不需要每隔4小时 用50ppm NaOCl溶液浸泡10分钟,设备停运时间(4.0%)过滤速度L/m2·小时(gfd)第一级过滤:6(3.5)第二级过滤:10(6)100(60)最大推动压力(巴)第一级过滤:0.5第二级过滤:0.82巴保安过滤器精度(微米)5—15不需要功耗(kwh/m3)0.070.10反洗水损失(%)4(2.5% 1.5%)5出水水质SDI2—3<1除氯,NaHSO3(ppm)3不需要前处理投资费用($/m3·天)100-250150-300结 论
从以上的论述,我们了解到要想降低海水除盐设备的费用,就必须提高海水淡化系统的回收率和水通量,而要实现高回收率,高水通量的首要条件是应具有高质量的进水,因此可以说,进水质量好是取得优质净化水的先决条件。为达此目的,我们推荐这种新的中空纤维膜技术,将其应用到进水的前处理工序中,经几种不同工作条件下实验,结果证明是可行的。该技术与常规前处理工艺相比,价格并不昂贵,同时
