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海水软化过程中超滤预处理中试实验研究

海水软化过程中超滤预处理中试实验研究

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作者：尚明华中国海洋大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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1200 L/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。

关键词：海水淡化预处理超滤 “通量-进水水质”数学模型

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