RO反渗透相关技术交流资料.pdf

它要膜分离过程H膜的种类.膜的功能H1分离驱动力1透过物质被截留物质微滤多孔膜、溶液的 微滤、脱微粒子压力差水、溶剂 和溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶 体、各类大分子压力差溶剂、离子 和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐 类及低分子物压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等透析脱除溶液中的盐 类及低分子物浓度差离子、低分 子物、酸、碱无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子 及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与 集汽分施浓度差易透过气体不易透过气体反渗透发展史浓液的完 学性能关系的理人类发现灌透现象i浴岫演 发者的通过Ml领地强e.怕m j.w.Gibi-例_ 把反渗透的研究纳入国家计划。湍党提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能1 S.Lo$和S.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不 标乙酸纤维素反渗透膜。一J?设70岸J美国Du Pont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器，:与此同时Dow和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透 器，UOP公司成功推出卷式反渗透元件。1980年，Filmtec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜，80年代末高脱 盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。90年代中，超低压高脱盐全芳香 聚酰胺复合膜开发进入市场。透半透膜:只透过溶剂而不透过溶质的膜称为理想半透膜。当把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分置于此膜的两侧时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液（或从低浓度向高浓度溶液）侧流动,这种自然现象叫做渗透（Osmosis）,如 果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐溶质+溶剂溶剂份，当用理想半透膜将它们分离开时,纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐初始状态水侧，此过程如左图所示:反渗透的基本原理渗透压溶质+溶剂半透膜渗透及渗透平衡状态渗透压浓水侧的液位上升，当上升 到一定高度后，水通过膜的 净流量等于零，此时该过程 达到平衡，与该液位高度对 应的压力称为渗透压(Osmotic pressure),该过程如左图所示：反渗透的基本原理渗透压小，取决于溶液的种类、_I而与半透膜本身无关，通常可用下 计算渗透压：,7t=CRT矍兀一渗透压，大气压“C浓度差，摩尔/升“R二气体常数，等于0.08206升*大气压/摩尔*。KT绝对温度0K上式是应用热力学公式推导出来的，因此只对稀溶液才是准 确的。C为水中离子浓度，若为非电解质则为分子的浓度。反渗透的基本原理-反渗透蛇腺的压的压力时，水的流向就会逆转,半透膜溶剂溶质+溶剂溶剂此时盐水中的水将流入 纯水侧，这种现象叫反 渗透(Reverse Osmosis,简称RO),该过程如左 图所示：反渗透状态溶剂用的PH值范围以及对有机溶剂等化学药围、适 一谟允许使用的最高压力、算.品的抵抗性，有时尚需说明对某些物质,如水中游离氯或氧化性物质的最高允许 浓度。膜的分离透过性的主要指标是：脱盐率、产水率、流量衰减系数。S一盐透过量.Ks_Ac金而侧盐浓度差A膜面积T_膜厚度 Ks与膜性质、盐的种类及水温有关，Ks越大，说 明膜的脱盐性能越好。膜性能表示法对于一张给定的膜，我们可以推导出产水量及盐透过量的计算公式:Qw=Kw（AP+兀）A/T式中：Qw产水量Kw左，APZ英两侧的压差 A兀一渗透压从以上两式可以看出，对膜来说Kw大Ks小则膜质量较好。相 同面积和厚度的产水量与净驱动压力成正比，盐透过量只与膜 两侧溶液浓度成正比，而与压力无关。反渗透脱盐机理汶4兀匕叭口!一溶解扩散模型理想膜，高压客组分先溶于膜中，再以分扩散方式通过膜，最后在低压侧进入 稀溶液，任意组分（水或盐）的通量主 要取决于化学位梯度，水和盐传质的推:动力有两部分：浓度梯度和压力梯度。，该模型基本上可定量地描述水和盐透过膜 的传递，但推导中的一些假设并不符合真实情况，另外传递过程中水、盐和膜 之间相互作用也没有考虑。反渗透脱盐机理反渗透脱盐机理 形成卷键模型膜的表面很致密，其也结合水解缔下7 I舌化点缔合，使该点:过程不断地从膜面向下层广散，水分子从膜面进入膜一同穴型扩散，从膜面逐渐到产品水*mlbBr V*I I f?袒该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。.溶于/点形反渗透脱盐机理Dorman平衡模型膜为固定负电荷型,4 离化学位二衡,L股 的舞力徜叫一 1斤一般只有稀溶液,明显的脱盐作用,腕率迅速下降。二价同离 子好，单价同离子的脱除。一孩理论以Dorman平衡为基:膜的脱盐，但Donnan平衡是平衡 而对于在床力下透过荷电膜的传质，还:-不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描反渗透脱盐机理练他分离模型余上述模型，许多学者还提出不小另,外的模型，如脱盐中心模型，表面 工 力-孔流模型，有机溶质脱盐机理等。反渗透膜的种类很多,尔按膜材料的化学组成和膜材料 物理结构外型结构及来区分。，按膜材料的化学组成大致可分为：醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜等按膜材料的物理结构大致可分为：非对称膜、复合膜等按外型结构大致可分为：管式、平板式、中空纤维式及涡管式多个膜袋卷绕到多孔产水管上形成的。该 件组成的系统投资低、耗电省，它是工业系 应用普遍的膜元件。其研制发展速度快，单一两种膜元件初始投资高、膜的,因此常用于高污染给水处理。卷式膜元件是把两层膜背对背粘结成膜袋，个膜元件的脱盐率高达99.7%o中空纤维膜元件组成的反渗透系统有填充密 度高的特点，因而要求其对给水进行更严格的预 处理，以减少污堵的可能性。四种结构膜;具元件依燹蒋性:平板式,中空纤维式、涡卷式 涡卷取 中空纤维式,平板式 管 先方便性：平板式管式涡卷式中空纤维式 系统占地面积：管式,平板式 涡卷式,中空纤维式 卷堵可能性：中空纤维式,涡卷式平板式管式 耗 能:管式,平板式,中空纤维式,涡卷式涡卷式膜元件逋道织物层。式膜元件中所采 使产品水在膜袋中流动，在信封状的半透膜运行时，原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜，此 7盐类前胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的 陶将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高，则其在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度 不同，这种情况称为浓差极化。增大等不良后果，因此在涡卷式膜 元件中装有给水通道隔网，以增加给水一浓缩通道的紊乱程度，进 而减少浓差极化的发生。涡卷式膜元件的主要规格参数有：外型尺寸、有效膜面积、产水 量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。却ose AcCtate 简称 CA)豆是:种羟基聚合物，它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸 再经过二次水解成-、二、三醋酸纤维的混和物。S作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高，脱盐性能 越好,但产水量越小。为了平衡脱盐性能和透水性能，一 劈 般选择乙酰基含量为37.5401的醋酸纤维。醋酸纤维是一种酯类，会发生水解，水解的结果将降低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受到生物的侵袭。醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外，还于PH值有关。为增加膜的使用寿命，一般控制原水的PH在56之间。从结构来讲，复合膜7 Thin Film Composite简 TFC）是若干层薄皮的复 合体，此膜的最大特点是 抗压实性较高、透水率较 大和盐透率较小。定,而醋酸纤维膜易复合膜与醋酸纤维膜的性E输性能好。即Kw大而KS小。三篁信膜盘行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间改变；而 纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量下降。复合膜的脱盐率不随时间而改变；而醋酸纤维膜由于会发生水解,*脱盐率将会不断下降。一复合膜由于Kw大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量是醋酸纤维膜给水泵用电量的一半。醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为3年，而复合膜的使用寿命大于 三年。复合膜的缺点为抗氯性较差，价格较贵。原液原液一 浓翻00000000000000000000 00000000000000000 0000000000000 oooo|oooo.11 m i i i i i i i00000000000000000000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 00000000000000000 0000000000000,0 0000000 111 mI I I I I i i00000000000000000000 00000000000000000000 00000000000000000000全量过滤透痂横流过滤透过操作方m原水原水产水中心管产水流向（透过膜后）浓水产水膜封口反渗透膜淡水网透组装图高压泵反渗透一段进水反渗透一段派水进二一反渗透液水反渗透产水tnttt!短时运行：2-11最大给水流量：75GPM(17.0m3/h)给水最大SDI值：4.0单个膜元件回收率：15%*氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上。Na2O5+H2ONaHSO3 NaHSO3+HCLOHCL+NaHSO4P理论上1.34公斤的Na2s2O5可以去除1公斤余氯，但在有溶解 一氧的情况下，对苦咸水去除1公斤余氯需投加3公斤Na2s2O5。一 Na2s2O5在干爽条件下储存，有效期为4-6个月，溶液的有效,期与浓度变化有关。溶液浓度（重量）2%10%20%30%最长有效期 3天1星期1月6月使用活性炭过滤清除余氯的反应如下：_l。口 八一4口t-i-m转,成不溶于水的胶体物质，对 使水中SDI值小于5、铁离子有乖小于0.1毫克/升，仍可能发生铁的污染问题。T皴的翥论速度取决于铁含量、水中的溶解氧浓度“和PH值，其关系如下:息氧含量（毫克/升）PH0.50.5-55-107.0允许铁含量（毫克/升）4.00.50.05降低RO给水中铁的含量可以采用曝气-镒砂过滤 的方法完成。何能_ _ 的溶解度约为100毫克/升（以SiO2k溶解度随温度皇直线变化，在0时为0，到40 质60耋克/升。在中性溶液中，溶解的只有硅酸；在 碱桂溶液中，无定形硅的溶解度较大。溶液中除铝之外，其余各种离子均不会影响二氧化硅的溶解度。f许多运行的RO装置浓水中的二氧化硅超过文献中的极限浓度，但 笄未析出二氧化硅；确定是否需要控制二氧化硅结垢，可根据文献 数据中的SiC2与浓水流中的SiC2进行比较，如果浓水中的数值小于 文献规定数值则不会结垢。控制系统回收率是主要的防止结垢的方 法，靠降低系统回收率使浓水中的Si。2降低。采用石灰软化，可降 低给水中50%的Si。?。温度控制：因无定形Si。2的溶解度取决于温度。发现可能出现了硅垢，必须立即清洗，硅垢一旦形成急难去除。颗粒物质、有机物、tl+CL HCLO=H+CLO由于H+能被水中的碱度中和，最后&CLO,两者在永中所占的百分数主要取决于PH值和 小于7时；水中的HCLO占75%,CLO占25%,温度降低时if占的比例将增大，在0串C时HCLO增加到83%,CLO减到17%。寸于氯气的杀菌机理有不同说法，通常的解释是生成的次氯酸产生 3菌作用。HCLO是个中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿 r过细臂的细胞进入细菌内部，HCLO分子进入细胞后由于CL分子的氧化 h作用破坏了细菌的某种酶系统（酶是一种蛋白质成分的催化剂，细菌的.,养分要经过它的作用后才能被吸收），最后导致细菌的死亡，而次氯酸根CLO虽然包括一个氯分子，但它带负电，不能靠近带负电的细菌，所 以也不能穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，因此很难起杀菌作用。从上 式中可以看出，加入水中的氯气色有1/2变成HCLO的成分；另外的1/2在 水中产生CL-,不起杀菌作用。采用NaCLO时：NaCLO+H2O=HCLO+Na+OH-,比较可以看出一个分子的NaCLO作用相当于一个分子的CL2。阻垢%.4BaSC)4 和 CaF2由于给永中的微量盐在给水转化为浓水-W超过了溶度积而沉淀到膜上在苦咸水中，CaCO3 CaSO4,其他盐类SrSC)4、BaSC和CaF2 需要计算来确定浓水中是否超过溶解度极限。如 果微溶盐超过溶解极限，需要采取以下方法：降低系统回收率，避免超过溶度积。采取离子交换软化去除钙离子。加酸去除碳酸或重碳酸离子。加阻垢剂。CPA系列膜元件的主要性能及规格规 格外径/长度(mm)(D99.0/1016.00201.9/1016.0湿润态重量(kg)4.116.4有效膜面积(ft2)85365400400400性最低脱盐率(%)99.299.2(平均 99.6)99.6平均99.799.6能透过水量GPD(m3/d)2250(8.5)10000(37.8)11000(41.6)6000(22.7)11000(41.6)测1试条 件测试溶液1500ppm NaCl溶液(运行30分钟后测试的数据)操作压力psi(MPa)225(1.55)测试液温度(C)25单支膜元件水回收率()15测试液PH6.5 7.0最高进水温度()45使进水PH范围3.0 10.0最高操作压力psi(MPa)600(4.16)用最高进水流量GPM(m3/h)16(3.6)75(17.0)进水最高SDI(15分钟)5条进水最高浊度1.0 NTU件最高进水自由氯浓度 O.lppm单支膜元件最高压力损失lOpsi(O.Vkgf/cm2)单支膜元件上浓缩水与透过水量的最大比例5:1反渗透预处理系统横流过滤*触*超渡全过滤*多介质过滤器*峻过滤*钵砂过滤*活性碳过渡离子交换*软化*阴阳床*混床记学药剂添加*阻垢剂*分散剂*石翅化调节pH值*廊麻舵：换器杀 交气外 热除紫If反渗透系统反渗透后娴系统横流过滤 化学骊添加*触,调节pH值*超滤/加氯，精处理反渗透其他离子交换亚微糕安过滤器*阴嘛*除气器*温床*贮存系统*电渗所集帏制系统反渗透水处理系统的构成成功运行的必要条件 具体的预处理设计处理 件的简单判赢则清洗频率预处理是否合理适度渗透污染物普遍存在J二地及水反渗透污染物_ J勺机污染物0I-普遍存在于地表案的3Lt J 必 恭 z，反渗315髯;染物袁土卜。占y/L 2d：匕r雄/反渗透进水中含白的饱和指数极限值*:Langelier 和 Stiff&Davis 饱和指数针对特定污染物的反渗透预处理设计针对特定污染物的反渗透预处理设计f1对特定7叮染物的反渗透预处理设计f1对特定7叮染物的反渗透预处理设计f1对特定7叮染物的反渗透预处理设计f1对特定7叮染物的反渗透预处理设计由于预处理系统设计或操作不i而人为造成的常见污染 一一 一,二度指数SDI的测定方法