【2017年整理】反渗透技术介绍

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1、1反 渗 透 技 术 介 绍一、概 述反 渗 透 是 二 十 世 纪 后 期 迅 速 发 展 起 来 的 膜 法 水 处 理 方 式 ， 它 是 苦 咸 水 处理 、 海 水 淡 化 、 除 盐 水 、 纯 水 、 高 纯 水 等 制 备 的 最 有 效 方 法 之 一 。 它 中 心技 术 是 反 渗 透 膜 ， 该 膜 是 一 种 用 特 殊 材 料 和 加 工 方 法 制 成 的 、 具 有 半 透 性能 的 薄 膜 。 它 能 够 在 外 加 压 力 的 作 用 下 使 水 溶 液 中 的 某 些 组 分 选 择 性 透 过 ，从 而 达 到 水 体 淡 化 、 净 化 的 目 的 。

2、早 在 1748 年 就 法 国 人 Abble Nellet 就 发 现 了 渗 透 现 象 。 1950 美 国人 Hassler 提 出 了 利 用 与 渗 透 相 反 的 过 程 进 行 海 水 淡 化 的 设 想 。 但 是 ， 只有 当 1960 年 LoebSourirajan 用 醋 酸 纤 维 素 作 材 料 、 研 制 成 第 一 张 高 分 离效 率 和 高 透 水 量 的 反 渗 透 膜 以 后 ， 反 渗 透 技 术 才 从 可 能 变 为 现 实 。1960 年 世 界 第 一 张 不 对 称 醋 酸 纤 维 膜 的 出 现 使 反 渗 透 膜 应 用 于 工 业

3、上制 水 成 为 可 能 。 初 期 是 板 式 膜 、 管 式 膜 ， 在 六 十 年 代 中 、 后 期 出 现 了 卷 式 、中 空 纤 维 膜 ， 七 十 年 代 初 期 又 研 制 出 海 水 淡 化 膜 。 在 1972 至 1977 的 五年 间 ， 世 界 范 围 内 的 反 渗 透 装 置 数 量 增 加 了 15 倍 ， 制 水 容 量 增 加 了 41倍 ， 直 至 八 十 年 代 以 后 仍 以 14-30%的 速 度 递 增 。 反 渗 透 除 在 苦 咸 水 、 海 水淡 化 中 使 用 外 ， 还 广 泛 应 用 于 纯 水 制 备 、 废 水 处 理 以 及 饮

4、 用 水 、 饮 料 和 化工 产 品 的 浓 缩 、 回 收 工 艺 等 多 种 领 域 。反 渗 透 水 处 理 工 艺 基 本 上 属 于 物 理 方 法 ， 他 在 诸 多 方 面 具 有 传 统 的 水 处理 方 法 所 没 有 的 优 异 特 点 ： 反 渗 透 是 在 室 温 条 件 下 ， 采 用 无 相 变 的 物 理 方 法 得 以 使 水 淡 化 、 纯化 ； 依 靠 水 的 压 力 作 为 动 力 ， 其 能 耗 在 众 多 处 理 方 法 中 最 低 ； 化 学 药 剂 量 少 。 无 需 酸 、 碱 再 生 处 理 ； 无 化 学 废 液 及 废 酸 、 碱 排 放

5、 ， 无 酸 碱 中 和 处 理 过 程 ， 无 环 境 污 染 ； 系 统 简 单 、 操 作 方 便 ， 产 水 水 质 稳 定 ， 两 级 反 渗 透 可 取 得 高 质 量 的纯 水 ； 适 应 于 较 大 范 围 的 原 水 水 质 ， 即 适 用 于 苦 咸 水 、 海 水 以 至 污 水 的 处理 ， 也 适 用 于 低 含 盐 量 的 淡 水 处 理 。 设 备 占 地 面 积 少 ， 需 要 的 空 间 也 小 ； 运 行 维 护 和 设 备 维 修 工 作 量 少 。对 锅 炉 补 给 水 处 理 ， 反 渗 透 法 也 具 有 常 规 的 离 子 交 换 处 理 方 式

6、难 以 比 拟的 优 异 特 色 ， 如 ： 产 水 中 的 二 氧 化 硅 少 ， 去 除 率 可 达 99.5%， 有 效 的 避 免 了 发 电 机 组随 压 力 升 高 对 SiO2 的 选 择 性 携 带 所 引 起 的 硅 垢 ， 以 及 天 然 水 中 硅 对2离 子 交 换 树 脂 的 污 染 ， 造 成 再 生 困 难 、 运 行 周 期 短 等 问 题 ， 并 影 响除 硅 效 果 ； 产 水 中 有 机 物 、 胶 体 等 物 质 ， 去 除 率 可 达 到 95%， 避 免 了 由 于 有 机物 分 解 所 形 成 的 有 机 酸 对 汽 轮 机 尾 部 的 酸 性 腐

7、 蚀 的 问 题 ； 反 渗 透 水 处 理 系 统 可 连 续 产 水 ， 无 运 行 中 停 止 再 生 等 操 作 ， 没 有 产水 水 质 忽 高 忽 低 的 波 动 ， 对 发 电 机 组 的 稳 定 运 行 ， 保 证 电 厂 的 安 全经 济 有 着 不 可 估 量 的 作 用 。 因 而 ， 反 渗 透 在 发 电 厂 的 锅 炉 补 给 水 处理 中 的 应 用 受 到 广 泛 的 关 注 。我 国 自 七 十 年 代 末 采 用 反 渗 透 除 盐 技 术 ， 至 今 已 有 几 十 个 电 厂 相 继 应 用 。在 世 界 范 围 内 ， 至 九 十 年 代 初 ， 反

8、渗 透 水 处 理 容 量 已 超 过 400 万 吨 /天 以上 ， 其 中 海 水 淡 化 达 52 万 吨 /天 ， 而 且 每 年 还 在 以 18%的 速 度 递 增 。 目 前 ，采 用 反 渗 透 除 盐 方 式 占 所 有 除 盐 方 式 的 85%， 离 子 交 换 除 盐 方 式 也 在 逐 步为 反 渗 透 所 代 替 ， 并 且 其 投 资 会 在 较 短 时 间 回 收 。 特 别 是 新 膜 品 种 的 出 现（ 1977 年 出 现 TFC 复 合 膜 ， 1980 年 出 现 低 压 反 渗 透 膜 ， 1993 年 出 现 高脱 盐 率 膜 ， 其 脱 盐 率

9、 达 到 99.7%） ， 更 有 利 于 反 渗 透 技 术 得 发 展 。 预 言 家 认为 ： 二 十 一 世 纪 。 反 渗 透 技 术 的 发 展 正 在 方 兴 未 艾 ， 且 必 将 有 更 大 的 飞 跃 。二 、 反 渗 透 的 基 本 原 理1、 半 透 膜半 透 膜 是 广 泛 存 在 于 自 然 界 动 植 物 体 器 官 上 的 一 种 选 择 透 过 性 膜 。 严 格地 说 ， 是 只 能 透 过 溶 剂 （ 通 常 指 水 ） 而 不 能 透 过 溶 质 的 膜 。 工 业 使 用 的 半 透膜 多 是 高 分 子 合 成 的 聚 合 物 产 品 。2、 渗 透

10、 、 渗 透 压当 把 溶 剂 和 溶 液 （ 或 把 两 种 不 同 浓 度 的 溶 液 ） 分 别 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 溶 液 向 高 浓 度 溶 液 ） 侧 流 动 ，这 种 现 象 叫 渗 透 ， 如 果 上 述 过 程 中 溶 剂 是 纯 水 ， 溶 质 是 盐 份 ， 当 用 理 想 半 透膜 将 他 们 分 隔 开 时 ， 纯 水 侧 会 自 发 地 通 过 半 透 膜 流 入 盐 水 侧 ， 此 过 程 如 图2.1（ a） 所 示 。纯 水 侧 的 水 流 入 盐 水 侧 ， 盐 水

11、 侧 的 液 位 上 升 ， 当 上 升 到 一 定 程 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 差 对 应 的 压力 称 为 渗 透 压 。盐水 膜 淡水压力盐水 膜 淡水3（ a） 渗 透 （ b） 反 渗 透 图 2.1一 般 来 说 ， 渗 透 压 的 大 小 取 决 也 溶 液 的 种 类 、 浓 度 和 温 度 而 与 半 透 膜 本身 无 关 。 通 常 可 用 下 式 计 算 渗 透 压 。 CRT 渗 透 压 R 气 体 常 数 C 浓 度 差 T 温 度3、 反 渗 透当 在 膜 的 盐 水

12、侧 施 加 一 个 大 于 渗 透 压 的 压 力 时 ， 水 的 流 动 向 就 会 逆 转 ，此 时 盐 水 中 的 水 将 流 入 纯 水 侧 ， 这 种 现 象 叫 做 反 渗 透 ， 该 过 程 如 图2.1（ b） 所 示 。4、 反 渗 透 系 统 流 量 和 物 料 守 衡反 渗 透 的 简 单 流 程 图 如 图 2.2 所 示4原 水 （ Q1， C1） 产 水（ Q2， C2）浓 水 （ Q3， C3）图 2.2Q1原 水 流 量 Q2产 水 流 量 Q3浓 水 流 量C1原 水 中 物 质 浓 度 C2产 水 中 物 质 浓 度 C3浓 水 中 物 质 浓 度在 反 渗

13、 透 系 统 中 ， 水 体 流 量 和 水 体 中 的 各 项 物 质 的 量 总 是 保 持 不 变 的 ，它 存 在 着 两 个 平 衡 方 程 ：Q1=Q2+Q3 （ 2.1）Q1C1=Q2C2+Q3C3 （ 2.2）从 平 衡 方 程 2.1 我 们 可 以 看 出 ， 在 保 持 原 水 水 量 恒 定 的 话 ， 要 提 高产 水 ， 可 以 通 过 减 少 浓 水 来 实 现 ， 反 之 亦 然 ； 同 理 ， 在 流 量 不 变 的 情 况下 ， 由 平 衡 方 程 2.2 可 以 看 出 ， 产 水 水 质 越 好 ， 浓 水 的 水 质 就 越 差 。三 、 反 渗 透

14、膜1 反 渗 透 膜 的 性 能 要 求 和 指 标1.1 为 适 应 水 处 理 应 用 的 需 求 ， 反 渗 透 膜 必 须 具 有 在 应 用 上 的 可 靠 性 和 形 成工 业 规 模 的 经 济 性 ， 其 一 般 要 求 是 ： 对 水 的 渗 透 性 要 大 ， 脱 盐 率 要 高 ； 具 有 一 定 的 强 度 ， 不 致 因 水 的 压 力 和 拉 力 影 响 而 变 形 、 破 裂 。 膜 的被 压 实 性 尽 可 能 最 小 ， 水 通 量 衰 减 小 ， 保 证 稳 定 的 产 水 量 ； 结 构 要 均 匀 ， 能 制 成 所 需 要 的 结 构 ； 能 适 应

15、较 大 的 压 力 、 温 度 和 水 质 变 化 ； 具 有 好 的 耐 温 、 耐 酸 碱 、 耐 氧 化 、 耐 水 解 和 耐 生 物 侵 蚀 性 能 ； 使 用 寿 命 要 长 ； 成 本 要 低 。1 2 根 据 以 上 要 求 ， 膜 的 使 用 者 在 选 择 膜 时 或 使 用 膜 前 应 该 了 解 并 掌 握 如下 膜 的 物 理 、 化 学 稳 定 性 和 膜 的 分 离 特 性 指 标 。 膜 材 质 允 许 使 用 的 最 高 压 力 允 许 使 用 的 温 度 范 围5 允 许 的 最 大 给 水 量 适 用 的 PH 范 围 耐 O3 和 CL2 等 氧 化 性 物 质 的 能 力 抗 微 生 物 、 细 菌 的 侵 蚀 能 力 耐 胶 体 颗 粒 及 有 机 物 的 污 染 能 力1 3 膜 的 分 离 透 过 特 性 指 标膜 的 分 离 透 过 特 性 指 标 包 括 脱 盐 率 、 回 收 率 、 水 流 通 量 及 流 量 衰 减 系 数（ 或 膜 通 量 保 留 系 数 ） 脱 盐 率 （ Salt Rejection） 指 给 水 中 总 溶 解 固 体 物 （ TDS） 中 未 透过 膜 部 分 的 百 分 数 。脱 盐 率 =（ 1-产 品 水 总 溶 解