海水软化过程中超滤预处理中试实验研究

摘要

水污染和水资源短缺已成为制约社会进步和经济发展的世界性问题。海水淡化作为一种解决水资源短缺的重要战略手段，在世界范围内正发挥着越来越重要的作用。合理的预处理是海水淡化装置成功运行的决定性因素之一。以超滤代替传统预处理技术应用于海水淡化，研究不同材质超滤膜的运行状况，解决运行过程中的实际问题(膜污染等)，具有理论和应用的双重意义。本论文的研究内容以超滤作为海水淡化预处理工艺的应用研究为主，试验采用两种截留分子量分别为80，000(膜材质为聚醚砜，编号为UFI)和20，000(膜材质为聚砜，编号为UFII)的中空纤维超滤膜组件，分别采用死端和错流两种过滤模式对胶州湾海水进行预处理实验。通过试验和实际工程应用表明，超滤系统完全适用于海水淡化预处理工艺，技术性与经济性都是可行的。主要内容和结论如下： 1.通过考察砂滤和旋流器对浊度的去除效果，得出：砂滤对浊度的平均去除率在76％，旋流器为14％。因此采用砂滤作为超滤前预处理措施。 2.死端过滤模式的中试试验，考察了两种超滤膜最佳操作参数以及对浊度的去除效果，分析了超滤系统产水通量以及出水污染指数(SDI15)随时间的变化情况。发现UFI的性能优于UFII膜，对浊度的去除率达到100％，其出水SDI15值在2.0左右，且产水水质基本不随进水水质变化而变化，完全满足SWRO进水浊度小于0.1NTU，SDI15值小于3的要求。在对UFI膜进行的长期运行稳定性考察的过程中，对超滤膜的化学清洗策略进行了初步研究，并得出最佳的化学清洗方法为：先用0.5％的NaOH(分析纯)+200mg/LNaClO(pH=12.82)浸泡1小时+冲洗2小时，后用0.1％的HCl(分析纯)(pH=2.25)浸泡1小时+冲洗2小时，通量恢复率可达98.62％。整个实验过程中，产水回收率都达到95％以上。验证了超滤作为海水淡化预处理工艺的技术可行性。 3.错流过滤模式的的中试试验，主要进行了操作参数(回收率、产水流量和过滤周期)的优化研究，得出其最佳运行工况为：最佳回收率为80％，最佳产水流量为1200L/h及最佳过滤周期为30min。并对错流模式的超滤系统进行了短期稳定性考察。从能耗和化学药品消耗两个方面，简要分析了死端和错流两种过滤模式的直接运行费用，为大型海水淡化系统提供数据参考。试验结果表明，死端过滤模式下的吨水成本要低于错流模式，其吨水成本为0.42元/吨。 4.对错流模式运行的超滤过程建立“通量－进水水质”数学模型，记录多组一定温度下超滤进水浊度、进水CODMn和相应的超滤产水通量。通过对实验数据进行线性回归，提出了超滤膜过滤通量计算的经验公式，具体公式如下：Jv=△P浊度－0.03(CODMn)－0.06/6.7568×105μw。实验结果表明，根据此公式计算的超滤产水通量的计算值与实验值的相对误差小于15％，因此该计算模型可给类似体系的超滤工程设计提供参考依据。

目录

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前言

第一章 文献综述

1.1水资源问题

1.1.1世界水资源及其发展趋势

1.1.2中国水资源现状及其发展趋势

1.2国内外海水淡化的发展状况及应用

1.2.1国外海水淡化的发展状况

1.2.2国内海水淡化的发展状况

1.3我国海水淡化方法的选择

1.3.1海水淡化处理工艺简介

1.3.2反渗透海水淡化技术在我国应用的必然

1.4海水淡化预处理的必要性及工艺的选择

1.4.1预处理的必要性

1.4.2预处理工艺的选择

1.5超滤在海水淡化工程中的应用及存在问题

1.5.1超滤作为海水淡化预处理工艺的应用研究进展

1.5.2超滤的膜污染问题

1.6超滤过程的模型研究

1.7本论文研究目的与主要内容

第二章 实验部分

2.1实验内容及目的

2.2主要试剂、分析仪器以及水质分析手段

2.2.1主要试剂与分析仪器

2.2.2水质分析手段

2.3实验工艺流程及实验装置

2.3.1水力旋流器现场实验流程示意图

2.3.2超滤中试试验流程

2.3.3实验装置

2.3.4超滤组件性能参数

2.4研究方法与实验步骤

2.4.1超滤前预处理的选择

2.4.2死端超滤

2.4.3错流部分

2.4.4超滤模型实验

第三章 实验结果与讨论

3.1超滤前预处理的选择

3.1.1旋流器对浊度的去除效果

3.1.2砂滤对浊度的去除效果

3.2死端超滤部分

3.2.1实验条件的选择

3.2.2超滤过程可行性研究

3.2.3超滤过程长期运行稳定性分析

3.2.4化学清洗策略的研究

3.2.5实验小结

3.3错流超滤部分

3.3.1回收率的确定

3.3.2最佳产水流量的确定

3.3.3过滤周期的确定

3.3.4化学清洗周期的确定

3.3.5运行成本核算

3.3.6实验小结

3.4超滤模型实验

3.4.1实验结果与分析

3.4.2超滤膜过滤通量的计算值与试验值的比较

3.4.3实验小结

第四章 结论及展望

4.1论文的主要结论

4.2建议与展望

参考文献

致 谢

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