反渗透系统讲解

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1、热烈欢迎各位领导指导化水专业工作！ 热烈祝贺化水专业战线上的精英们学成归来！ 反渗透技术交流会 RO系统技术介绍,膜技术发展概况,19世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化。 1953年美国佛罗里达大学的Reid等人最早提出反渗透海水淡化。 1960年美国加利福尼亚大学的洛布(Loeb)与素里拉简(Sourirtajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，反反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。 1961年美国Hevens公司首选提出管式膜组件的制造方法。 1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置，生产能力为19m3/d。 1970年开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维

2、反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。超滤70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。 20世纪80年代后进入工业应用的膜 用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3-1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱水技术具有很大的经济优势。 20世纪90年代出现低压反渗透复合，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置，其中最大的年产4万吨无水乙醇的工业装置，建于法国。除此之外，用PV法进行水中少量有脱除及某些有机/有

3、机混合物分离，例如水中微含氯有机物分离，MTBE/甲醇分离，近年也有中试规模的报导。,反渗透膜的发展史,1748年 Nollet发现渗透现象； 1920年 Vant Hoff建立了稀溶液的完整理论； 1953年 发现醋酸纤维素类具有良好的半透性； 1960年 人类首次制成醋酸纤维素反渗透膜； 1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透器； 1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世； 1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景； 1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应用范围；,反渗透膜应用现状,在各种膜分离技术

4、中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20；据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2010年的市场更为强劲，膜用量一年比一年有较大幅度的提高。据估算，反渗透技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。 国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。,反渗透优点:,* 连续运行，产品水水质稳定 * 无须用酸碱再生 * 不

5、会因再生而停机 * 节省了反冲和清洗用水 * 以高产率产生超纯水（产率可以高达95%） * 无再生污水，不须污水处理设施 * 无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施 * 减小车间建筑面积 * 使用安全可靠，避免工人接触酸碱 * 减低运行及维修成本 * 安装简单、安装费用低廉,反渗透的弱点及解决方法,反渗透设备的系统除盐率一般为98-99%.这样的除盐率在大部分情况下是可以满足要求的.在电子工业、超高压锅炉补给水、个别的制药行业对纯水的要求可能更高。此时单级反渗透设备就不能满足要求。以下方法则可以对反渗透水进行进一步纯化以达到要求： 1: 双级反渗透 将单级反渗透纯水再进行一次反渗透处理以提高纯水的纯度

6、。 2: 反渗透与EDI结合 可以用较小的厂房，较低的运行费用产生超纯水。 3: 反渗透与离子交换结合 可以减小的厂房使用面积并降低低的运行费用,膜的种类,从上世纪50年代开始，随着有机高分子化学的发展，出现了以高分子有机分离膜为代表的膜分离技术，它具有分离效率高，能耗低，操作简单等优点，取得了长足发展，已经成为分离提纯的主要手段。根据分离精度和驱动力的不同，膜分离的种类可分为以下几种：微滤 ，超滤 ，反渗透和纳滤 ，透析，电渗析 等。,反渗透工作原理,1. 渗透及渗透压 渗透现象在自然界是常见的，比如将一根黄瓜放入盐水中，黄瓜就会因失水而变小。黄瓜中的水分子进入盐水溶液的过程就是渗透过程。如

7、图1所示,如果用一个只有水分子才能透过的薄膜将一个水池隔断成两部分,在隔膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度。过一段时间就可以发现纯水液面降低了，而盐水的液面升高了。我们把水分子透过这个隔膜迁移到盐水中的现象叫做渗透现象。盐水液面升高不是无止境的，到了一定高度就会达到一个平衡点。这时隔膜两端液面差所代表的压力被称为渗透压。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。 2. 反渗透现象和反渗透净水技术 在以上装置达到平衡后,如果在盐水端液面上施加一定压力，此时，水分子就会由盐水端向纯水端迁移。液剂分子在压力作用下由稀溶液向浓溶液迁移的过程这一现象被称为反渗透现象。 如果将盐水加入以上设施的一端，并在该端施加

8、超过该盐水渗透压的压力，我们就可以在另一端得到纯水。这就是反渗透净水的原理。 反渗透设施生产纯水的关键有两个，一是一个有选择性的膜，我们称之为半透膜，二是一定的压力。 简单地说，反渗透半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当，由于细菌、病毒、大部分有机污染物和水合离子均比水分子大得多，因此不能透过反渗透半透膜而与透过反渗透膜的水相分离。 在水中众多种杂质中,溶解性盐类是最难清除的.因此,经常根据除盐率的高低来确定反渗透的净水效果.反渗透除盐率的高低主要决定于反渗透半透膜的选择性。目前，较高选择性的反渗透膜元件除盐率可以高达99.7%。,我们首先介绍以下渗透过程 :,稀溶液,rh,渗透

9、膜,浓溶液,溶液会升高至此点,以达到压力平衡,正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液,什么是反渗透?,稀溶液,渗透膜,浓溶液,液体升至此点, 达到了渗透压平衡,rh,rh,= (2 - 1),稀溶液,反渗透膜,浓溶液,外来压力,P (2 - 1),- 反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经过反渗透膜压迫流向较稀溶液.- 由此可利用反渗透原理,达到分离溶液内成分的目的.例如:将水和溶解物质的分离.,S,S,S,S,S,100F,0.25F,压力,溶液流动方向,最为重要,100 MW,50 MW,1000 MW,750 MW,500 MW,反渗透膜对有机物的作用:1. 有机物的

10、脱除率主要决定于有机分子的大小和形状; 2. 携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜.,S,S,S,S,S,S,100F,0.25F,Pure Water Layer,10 A,纯水层,Na+NO3-,Na+Cl-,K+Cl-,Ca+2Cl2-,Zn+2Cl2-,Ni+2SO4-2,Al2+2(SO4-2)3,Na3+SO4-3,压力,溶液流动方向,反渗透膜对无机盐的作用1. 依靠荷点排斥性 一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性. 2. 依靠膜孔的筛选性,最为重要,反渗透膜对其他物质的脱除率,反渗透膜对负离子的脱盐率,反渗透膜对正

11、离子的脱盐率,反渗透膜分离层,反渗透膜支撑层,淡水,浓水,进水,Cavg,Cconc,Cperm,Cfeed,高压泵,Cfeed,Cperm,Cconc,Cavg,进水浓度,淡水浓度,浓水浓度,平均浓度,模拟反渗透机,衡量反渗透膜性能的主要指标,脱盐率和透盐率 脱盐率通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。 透盐率进水中可溶性杂质透过膜的百分比。 脱盐率(1产水含盐量/进水含盐量)100 透盐率100脱盐率 膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越 高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱除率主要由物质的结构和分子量

12、决定，对高价离子及复杂单价离子的脱除率可以超 过99，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低，但也超过了98；对分子量大于100的有机物脱除率也可达到 98，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。,产水量（水通量）,产水量（水通量）指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。 渗透流率渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每天（GFD）表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。,回收率,回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。膜系统的回收率在设计时就已经确定，是基

13、于预设的进水水质而定的。回收率通常希望最大化以便提高经济效益，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。 回收率（产水流量/进水流量）100,影响反渗透膜性能的因素,进水压力对反渗透膜的影响 进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。,进水温度对反渗透膜的影响,反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也

14、线性的增加，进水水温每升高1，产水通量就增加2.53.0；其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。,进水pH值对反渗透膜的影响,进水pH值对产水量几乎没有影响；而对脱盐率有较大影响。由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO2形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH低时脱盐率也较低，随pH升高，气态CO2转化为HCO3和CO23离子，脱盐率也逐渐上升，在pH7.58.5间，脱盐率达到最高。,进水盐浓度对反渗透膜的影响,渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗

15、透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降,砂石,PVC碎削等阻塞进水流道:无法通过清洗恢复 硬度结垢:清洗方法: 酸性清洗 有机物,胶体污染:清洗方法:碱性清洗 细菌,病毒等微生物滋生:清洗方法:杀菌剂清洗+碱性清洗,反渗透系统污染分类,反渗透膜的清洗： 无论进水条件是否符合反渗透膜的进水要求，当膜元件的产水量下降达标10%，系统压差增加15%或产品水电导升高时，合适的化学清洗就需要考虑。反渗透膜的保存消毒: 当反渗透系统停机超过3天，设备中的反渗透膜元件需要作适当的保存消毒程序；停机在3到5天时，可以用1%的亚硫酸氢钠溶液来保存。如果停机超过一星期时，便要考虑用福尔马林进行保存。,膜的清洗和消毒,反渗透膜元件的清洗, 目的：保证反渗透系统的正常运行 目的：延长反渗透膜元件的使用寿命 什么时候需要清洗 如何进行清洗及用何种药剂进行清洗 1-1 什么时候需要清洗反渗透系统 当标准化后的产水流量比上次清洗后减少10% 15% 当标准化后的产水水质比上次清洗后降低10% 15% 当标准化后的压降比上次清洗后增加10% 15% 在长期停运之前 作为日常的维护,