让双膜工艺更高效

如何在现有双膜工艺的基础上进行优化,减轻反渗透膜元件的污染速度,延长整个膜系统的使用寿命成为业界追寻的目标。本文提出了一种新的超滤反渗透双膜法工艺,有效降低反渗透膜元件的污染速度,节约了工艺投资成本。

以膜技术为主的污水回用工艺方兴未艾,双膜法工艺也已成为污水回用的主流工艺之一,通过采用超滤膜搭配反渗透膜的方式,达到处理并回用污水的目的。其中超滤膜主要作为反渗透膜的预处理工艺,用于去除绝大部分的悬浮物,胶体、微生物和细菌以及小部分的有机物。相对于反渗透膜来说,超滤膜耐清洗,恢复性好,抵挡了污水中的主要污染物。然而在实际污水回用过程中,反渗透膜污染依然非常严重,特别是一段的生物有机物污染成为影响反渗透膜稳定性的主要因素。

为了抑制一段反渗透的生物有机污染,只能通过频繁的化学清洗和投加非氧化杀菌剂等方法。然而频繁的化学药剂使用,将缩短膜的使用寿命,也会对环境造成二次污染。如何在现有双膜工艺的基础上进行优化,减轻反渗透膜元件的污染速度,延长整个膜系统的使用寿命成为业界追寻的目标。

传统双膜法工艺

图1 传统双膜法工艺

图1所示的是传统双膜法工艺的流程,其中超滤膜对微生物的去除率一般为99.99%,而后续反渗透膜一段却发生严重的生物和有机物污染,而反渗透膜二段虽然进水有机物含量更高但却很少发生生物和有机物污染,而只会发生结垢污染。

通过以上分析我们可以发现,超滤产水经过中间水箱后发生了严重的细菌滋生问题,从而导致反渗透一段被生物污染,如果去除中间水箱将有效减少超滤产水细菌的滋生。

超滤直连反渗透

图2 超滤直连反渗透双膜法工艺

通过工艺设计去掉中间水箱,做到超滤直连反渗透工艺,使超滤产水的中间停留时间做到最短,避免细菌滋生,从而缓解反渗透系统一段的生物污染。图2所示的是超滤直连反渗透的简单工艺设计,通过省去中间水箱,可有效减轻反渗透的一段污染。

工艺优点

上文分析得出超滤直连反渗透技术能有效减轻反渗透膜的污染,经过详细设计这种设计有诸多的优势,总结如下:
•减少超滤产水细菌滋生,减少水箱二次污染,从而减轻反渗透膜系统一段生物污染;
•省去中间水箱的设置;
•省去反渗透进水输水泵的设置;
•省去保安过滤器的设置,日程运行无需更换滤芯;
•节省占地面积。

设计要点

虽然超滤直连反渗透技术有诸多技术优势,然而由于两种膜运行方式不同,需注意很多方面。

超滤膜系统一般是间歇运行,每0.5 h需要反洗1次,而反渗透系统一般是24 h连续运行,因此整个双膜系统不能因为超滤膜2 次/h的反洗频率而停止运行。基于双膜工艺必须24 h连续运行这一特点,超滤直连反渗透技术需要注意以下几点:
•项目规模相对较大,超滤系统套数较多,从而整个超滤系统的供水能力不会由于某一套超滤系统反洗而有较大影响;
•必须单独增设超滤反洗水箱,从而保证超滤每0.5 h反洗1次;
•超滤设计通量建议保守一些,从而在多套系统停止运行时,其余套数超滤系统依然能够保证整个反渗透系统的用水需求,与此同时超滤膜本身也需要较强的产水能力;
•超滤系统产水通过管路直连反渗透高压泵,整个超滤系统由于产水背压导致系统绝对运行压力有1~2 kg的上升(跨膜压差不变),因此要求超滤膜本身的耐压等级较高,不会因为绝对运行压力过高而导致超滤膜组件受损。

陶氏超滤膜技术

根据超滤直连反渗透的技术设计要求,陶氏超滤膜的高耐压等级以及高产水通量能力无疑非常适合这一工艺,既有效降低了反渗透膜的一段污染,又能保证超滤膜系统的良好稳定运行。

 

图3 超滤膜耐压等级

通过图3所示,陶氏超滤膜具有众多品牌中最高的耐压等级,绝对压力等级为6 kg,从而能够良好地满足超滤直连反渗透工艺绝对运行压力偏高的要求。

 

图4  陶氏超滤膜丝技术

 

图5  陶氏超滤膜组件技术

通过图4和图5的陶氏超滤膜资料可以发现,陶氏超滤膜拥有行业内最高的膜通量产水能力,通过采用陶氏超滤膜设计的超滤直连反渗透工艺,可以始终满足反渗透的恒定用水需求。

结语

超滤直连反渗透技术在不增加投资成本和化学药剂使用的同时,有效遏制了反渗透膜系统的生物污染,已在陶氏多个国内外废水回用以及海水淡化案例中得到广泛应用。

陶氏超滤膜极高的耐压等级以及最高的产水通量能力有效保证了超滤直连工艺的顺利实施,减轻了反渗透膜的生物污染,又满足了反渗透膜系统24 h连续用水的技术需求。

作者:苏宏 初庆伟 本文作者供职于陶氏化学(中国)投资有限公司。


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