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1、超滤、反渗透知识,主讲:赵建军,1、膜分离技术的分类（一）,滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。微滤 能截留0.1-1微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。,1、膜分离技术的分类（二）,超滤 能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。超滤膜
2、的运行压力一般1-7bar。纳滤 能截留纳米级（0.001微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间. 反渗透 是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。,2、超滤膜的种类及应用特点,超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜，卷式膜，管式膜，中空纤维膜。板式膜：它是最早出现的膜，但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常有限。前处理要求不严格；卷式膜：以板式膜为起点发展起来的，因为卷式膜的格网带来死
3、点及无法反洗，通常不适用于工业原水处理。它们适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格；管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。,中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、高固体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。,3、超滤原理,超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积
4、大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。,超滤膜过滤原理图,原液一般指需要净化、分离或浓缩的溶液，透过液指原液中透过超滤膜而被滤除大分子溶质的那部分液体，浓缩液则是原液中因分离出透过液而剩余的高浓度溶液。在净化水工程中，原液是指原水进水，透过液即为净化水，浓缩液则是排放的废水。 内压式和外压式中空纤维超滤膜 一个中空纤维超滤膜组件主要是由成百到上千根细小的中空纤维丝和膜外壳两部分组成，一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，因此不易被大颗粒物质堵塞，更适用于过滤原液浓度较大的场合。
5、按进水方式的不同，中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种,1.内压式：即原液先进入中空丝内部，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液，浓缩液则留在中空丝的内部，由另一端流出，其流向参见下图所示。 其中环氧树脂端封的作用是在中空纤维膜丝的端头密封住膜丝之间的间隙，从而使原液与透过液分离，防止原液不经过膜丝过滤而直接渗入到透过液中。,内压式中空纤维超滤膜,2.外压式中空纤维超滤膜则是原液经压力差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液，而截留的物质则汇集在中空丝的外部，其流向见下图所示。,外压式中空纤维超滤膜,全量过滤和错流过滤方式,中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量过滤和错流过滤两
6、种。全量过滤方式是指原液中的水分子全部渗透过超滤膜，没有浓缩液流出，见图。而错流过滤方式则是在过滤的过程中有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉，见图。,全量过滤方式,错流过滤方式,4、超滤膜的特性,超滤和反渗透都是以压力为驱动力，有相同的膜材料和相仿的膜制备方法，有相似的机制和功能，有相近的应用。因此，很难有一条明确的界限绝然将两者分开。索里拉金认为，可以把超滤膜看作具有较大平均孔径的反渗透膜。超滤膜的物理结构具有不对称性，实际上可分为两层，一层是超薄活化层，约0.25um厚，孔径为5.020.0nm(纳米），对溶液的分离起主要作用；另一层是多孔层，约75125um厚，孔径约0.4um ,具
7、有很高的透水性，它只起支撑作用。,5、超滤膜分离技术的特点,在常温和低压下进行分离，因而能耗低，从而使设备的运行费用低。设备体积小、结构简单，故投资费用低。超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理。超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证超滤液的纯净。,6、超滤膜的寿命及清洗,膜的寿命是根据生产厂提出的膜在正常使用条件下可以保证使用的最短时间，一般在规定的料液和压力下，在pH允许的范围内，温度不超过60时，超滤膜可使用1218个月。当然超过规定的条件时，会使膜的寿命缩短。膜必须进行定期清
8、洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。,反渗透的原理（一）,渗透的定义是：一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。对渗透压的理解：渗透是在半渗透膜隔开的两种深度不同液体之间发生的一种现象水自动地从较稀的溶液中穿过膜流入较浓的溶液中，但是如浓水侧施加一个压力，其结果可以使上述渗透停止，而达到平衡，这时这个压力就叫渗透压,反渗透的原理 （二）,反渗透的原理：就是在有盐份的水中（如原水）施加比渗透压力更大的压力，使水流向相反的方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中
9、的盐份的目的。这种现象叫做反渗透（简称RO),图39 反渗透原理-正常渗透；b-渗透平衡；c-反渗透,反渗透膜的性能,一般来说，反渗透膜要具备以下多种性能：（1）单位面积上透水量大，脱盐率高。（2）机械强度好，多孔支撑层的压实作用小。（3）化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀。（4）结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢。（5）制膜容易，价格便宜，原料充足。,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 （一） ：,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
10、；无化学废液及废酸、碱排放，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。,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 （二） ：,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，以及天然水中硅对离子交换树脂的污染，造成
11、再生困难、运行周期短等问题，并影响除硅效果；,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 （三） ：,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。,矸石电厂超滤、反渗透系统,主系统：工艺流程为:平鲁污水厂和工业废水处理系统两路来水 中和再生水池超滤进水泵(变频)板式换热器超滤用保安过滤器(网
12、式自清洗)外压式超滤膜组件超滤产水箱超滤产水泵反渗透用保安过滤器反渗透高压泵(变频)反渗透装置反渗透产水箱反渗透产水池。另外超滤产水箱的一部分产水直接进入超滤产水池。,辅助系统：超滤反洗系统：超滤产水箱反洗泵超滤膜组件工艺及仪表用气系统：无油空气储存罐工艺及仪表用气清洗系统：RO产水清洗水箱清洗泵清洗过滤器超滤系统（RO系统）冷凝水系统：高温换热装置冷凝水冷凝水箱冷凝水泵冷凝水回收箱超滤系统出力为2122m/h，反渗透系统出力为265m/h,正常时两套同时运行，并采用并联运行方式,处理后的水作为反渗透产水池补充水。,污水处理,辅冷水处理系统的进水来源，是来自平鲁区污水处理厂处理过的达到辅冷水车
13、间进水要求得中水，中水水质的好坏直接关系到辅冷车间的超滤、反渗透的运行效果，如果预处理没有达到超滤、反渗透的进水要求，直接进入超滤、反渗透，不但会影响超滤、反渗透的运行效果，影响出水水质，严重的话，很可能造成反渗透的膜不可逆性损伤，所以对于污水处理厂的水质，必须2小时监测一次，出水水质要满足如下要求。,矸石电厂超滤系统,超滤膜采用欧美公司SFR（饮用水处理）抗污染中空纤维产品。超滤膜材质为PVDF (聚偏氟乙稀)中空纤维，其表面活化层致密，支撑层为海绵状网络结构，故耐压、抗污染、使用寿命长，且能长期保证产水水质。膜通量为60L/m2h，年断丝率1，超滤装置选用压力式，带气洗。超滤装置水的回收率
14、应大于90%，胶体硅的去除率大于99%，出水污染指数SDI小于3，浊度小于0.1NTU（相当于 1L的水中含有1mg的SiO2 ），化学清洗周期36个月（在正常水质变化范围内），SFR超滤装置采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式。共分为2套，每套装置设计处理量122m3/h，其运行情况为：运行30分钟，反冲洗2060秒。化学分散洗每12天一次，系统采用PLC（可编程序）控制。正洗反洗总历时60秒。,超滤膜组件按用途的分类,主要技术参数：,设计产水量：2122m3/h产水水质： SDI3，浊度0.10NTU操作温度： 40设计压力： 0.6MPa,超滤膜组件,超滤膜组件侧面图,超滤系统功能
15、 ：,超滤膜组件的反洗、化学清洗装置系统中包括一套超滤膜组件的反洗装置和化学清洗装置，该装置能满足超滤膜组件的自动反洗要求。任何一列的超滤装置的反洗是自动进行的。化学清洗可实现点控。运行方式超滤膜组件采用程序控制，自动监控，其监控功能由PLC程控系统完成。超滤装置的运行、反洗步骤由PLC进行顺序控制。,性能特点：,中空纤维外表面活化层孔隙率高，故纤维单位面积产水量大；中空纤维强度高，采用反向冲洗和气洗工艺，使组件可在全流过滤状态下工作，化学清洗周期大大延长；低操作成本；操作和维护简单；,SFR系统图,一般进水条件下，SFR 采用的是全流过滤运行方式，此时浓水排放量为零。当进水浊度大于15NTU
16、，为了减轻膜表面负荷，SFR 采用了是错流过滤运行方式，即部分浓水排放。,超滤系统主要目的,超滤系统主要目的是去除水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物等妨碍后续反渗透运行的杂质。超滤系统主要包括：再生水贮存水池、超滤进水泵、高温换热装置、自清洗过滤器、超滤装置、超滤产水箱、超滤反洗泵、氧化剂加药系统、化学分散洗系统等。以下将对超滤系统中主要装置进行说明。,管式换热器,管式换热器为传统的管壳式换热器，蒸汽走管程，水走壳程。由于外网来的蒸汽温度为250，压力为0.8MPa1.2MPa。此温度超过板式换热器的温度和压力范围，需要经过管式换热器进行预换热，来降低蒸汽的温度。,超滤管式换热器,高温换热
17、装置 （一）,反渗透膜的产水量对温度很敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性地增大，水温在2025左右时，膜的综合性能（产水量、脱盐率和使用寿命等）最佳。根据工艺系统要求，（1）将进水温度调至20左右，（2）冷凝水需进行回收。本系统采用四平维克斯所生产的调节器+阿法拉伐板式换热器，不仅可以保证产品水的温度调节范围，而且对冷凝水不产生任何的影响，满足回收冷凝水的水质要求。板式换热器设计压力为1.0MPa，测试压力为1.3MPa，蒸汽温度最大为130，板式换热器材质为不锈钢316 ，板片厚度为0.5mm，板片之间的密封材质为EPDMC（三元乙丙橡胶），总交换面积为42.2。产品本体调节器及换热器板片材质选用不锈钢。,
