海水淡化作为解决水资源紧缺的重要方法之一，在世界范围内发挥着越来越重要的作用。但是，许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。其原因可能是反渗透系统传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质所导致，而超滤系统可以非常好的控制其产水水质，为反渗透系统提供高质量的入水。

总体来说超滤系统使用的效果主要与其前期设计、膜元件的质量、超滤系统的机械加工制作以及最终用户的运行操作有关，尤其是在广泛使用超滤作为反渗透处理的情况下，超滤设计对整个处理工艺的选择与参数的选择是整个项目的关键步骤。

超滤系统的常规设计

成功应用全流过滤技术的关键是将过滤、反洗、化学加强反洗三个过程合理设计，从而使最终用户获得最低的运行费用。因此无需将单位膜面积的回收率总是保持在尽可能大的水平上。反冲洗不必加入任何化学药剂，并且过程时间很短（通常为30~60s），因此反冲洗的费用远远低于化学加强反洗，我们认为反冲洗是去除膜表面沉积污垢的首选方法。

超滤预处理工艺

任何一个水处理项目在确定处理工艺时都需了解原水水质，海水淡化项目超滤的预处理根据海水水源的情况，考虑到潮汐时的水质变化，可以使用：

工艺1. 海水—自清洗过滤器—超滤—反渗透

工艺2. 海水—澄清池/介质过滤器—自清洗过滤器—超滤—反渗透

根据膜性质的不同，自清洗过滤器的过滤精度也可以不相同，诺芮特超滤的自清洗过滤器一般适合的过滤精度约为200μm。

选择设计通量和反洗间隔

理论上说，膜通量的选择太高会导致超滤系统运行压差过高，影响系统稳定性和使用寿命，而膜通量的选择太低会增加投资。诺芮特XIGA超滤系统针对海水淡化项目，一般设计通量为75~100lmh，反洗间隔一般为30~60min。

确定操作压力

膜的污染程度与运行压差（TMP，Trans Membrane Pressure）的高低是成正比的，TMP越高膜就更易污染或污染后更难清洗。诺芮特超滤系统的TMP根据水质不同选择在0.2~1.0bar内比较合适，过滤进水运行压力需控制在2bar以下。

化学清洗工艺和频率的选择

化学清洗工艺一般分为化学加强反洗（CEB，Chemical Enhanced Backwash）和离线化学清洗（CIP，Clean In Place），由于海水水源的不同也可以两种清洗方式同时使用。运行CEB时，药剂由加药泵抽入反洗水流中稀释，并随着反洗水流进入超滤设备，设备中充满一定浓度的药剂后浸泡一段时间（10min），然后药剂和污染物通过反洗冲出设备，达到清洗膜的目的，CEB具有单次清洗时间短、保持超滤在低TMP下运行、全自动运行和使用传统药剂的特点；而CIP则是将30℃左右的清洗液通过清洗泵在膜元件内进行错流循环，因此在超滤膜元件污染较严重的情况下可实现更加彻底的清洗效果。

超滤的CIP周期要根据实际情况来确定，一般设计CIP时间大于3个月，过短的CIP周期将会增加运行成本，所以在设计时要考虑海水水质情况、预处理设计以及超滤的设计余量等问题。一般建议两种清洗方式并存，使超滤系统在较低TMP下化学清洗周期大于6个月。

对于CEB使用的药剂，推荐使用NaClO/NaOH（CEB1）和HCl或H2SO4（CEB2），而CIP的药剂浓度一般为NaClO 200ppm，NaOH 500ppm（调节pH到12），HCl 450ppm（调节pH到2）。

诺芮特XIGA超滤系统设计概念

设计软件

超滤计算书提供了超滤系统的超滤膜配制，运行、反洗和化学增强反洗（CEB）等相关参数，是超滤系统设计的起始点(如图1) 。

机械和管道部分设计

泵（包括原水泵、反洗泵、加药泵）的流量和扬程达到设计值，原水泵、反洗泵推荐15%余量，加药泵推荐30%~50%的余量，原水泵和反洗泵需变频控制；

对于多个UF单元，如果采用母管制供水，则每个UF单元进水管路上需要安装流量调节阀（如图2）；

每个UF单元进水和产水支管两侧最高处安装单向自动排气阀（如图3）；

在两个压力容器间的进水管道设计上，从Y型进水口改进为直通型进水口，减少了整体设备的高度，而且连接件更易加工（如图4）；

每个UF单元进水和产水管道安装压力变送器，所有压变在过滤和反洗过程中均能显示压力变化，在运行过程中及时准确的显示实时压力和警报以保护超滤膜，记录实时数据，以便查询历史记录及事故处理；

每个UF单元进水和产水支管底部安装完整性测试连接口（DN10）和排水阀（DN50）；

每个UF单元压力容器两端产水管上安装隔离阀，推荐每只膜壳安装产水采样口；

因反洗流量很大，所以每个UF单元反洗管道最顶端需安装真空破坏装置，防止负压产生（如图5）；

CEB所需药品原液就近选择，简化管道；

选择适当的加药点；

HCl加药易产生酸雾，加药箱上需安装酸雾吸收器，并设计在通风的地方；

混凝剂与前置NaOCl加药点（如果需要）应该安装在碟片过滤器或沙滤之前，加药点离UF单元太近会影响混凝效果。

软件和控制部分设计

UF系统中泵与阀门的开关顺序应遵循在变频泵控制下先开阀门后开泵、先停泵后关阀门的原则；

变频泵的启停时间为15s，阀门启停时间为5~10s，防止系统发生冲击和虹吸现象；

CEB1与CEB2设定可根据进水水质变化进行调整，用户既可以选择两者连续进行，也可以设定CEB1运行数次后运行CEB2；

除了设计UF单元自动过滤—反洗—CEB自动执行程序外，仍需要单独设计UF单元自动排气程序，系统停止后（正常和非正常情况）后的自动反洗维护程序。

海水淡化UF+RO系统设计

UF 单元（双框架结构）：

两套标准UF LYNN 410B 框架的结合；

每个UF单元最多80支压力容器；

每个UF单元最多320只超滤膜元件；

每个UF单元最多12?800 m2 过滤面积；

每个UF单元处理规模>1000 m3/h（80lmh）。

青岛电厂海水淡化项目

该项目超滤设备位于中国华电集团青岛发电有限公司海水淡化车间内，以诺芮特XIGA超滤系统作为海水淡化反渗透的预处理。该项目分为两期，规模均为400m3/h，每期超滤设备分为两套，每套超滤13支压力容器、52只超滤膜、共104只超滤膜。一期于2006年11月投产，二期于2008年1月投产；二期每套超滤框架内部结构与一期相比进行了改进。一期和二期超滤设备照片见图6。

工艺流程

海水—混凝沉淀—自清洗过滤器—超滤—反渗透—混床；

进水经过混凝和沉淀工艺，超滤平均进水浊度约5.0NTU。

二期超滤设备与一期超滤设备进水均采用母管制，两台进水泵配备变频器控制进水流量并分别对应一期和二期的两套超滤设备。一般诺芮特XIGA超滤系统的单套设计规模为小于1000 m3/h（通量80lmh情况），因该项目规模为400m3/h，考虑到超滤系统可能在反渗透需水量不大情况下运行，故设计为两套，每套净产水量为200m3/h。

设计参数

超滤配置说明

管路设计流速一般为2m/s左右；

每套超滤配置进出水压力变送器各一个；

每套超滤配置气动阀门一期4个/二期6个；

每套超滤配置进水流量计和反洗进水流量计各一个。

小结

超滤作为一种新型海水淡化预处理技术近年来得到了广泛关注和实际应用，避免了传统预处理过程出水水质不稳定和处理效果差等许多问题。而随着越来越多的超滤+反渗透系统的应用，许多由于设计原因导致的系统不稳定等问题也不断出现，希望本文能够给设计工程师和用户一些帮助，让更多的设计工程师和用户了解超滤系统的设计和诺芮特的海水淡化超滤系统。