反渗透膜分离制高纯水实验报告

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1、反渗透膜分离制高纯水实验报告反渗透(Reverse Osmosis, RO)技术是20世纪60年代发展起来的以压力为驱 动力的膜分离技术，它借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某 些溶质，是一种分离、浓缩和提纯的有效手段。由于反渗透技术具有无相变、组 件化、流程简单、操作方便、耗费低等特点，在诸多水处理技术中，反渗透被认 为是最先进的方法之一，发展十分迅速，已广泛应用于海水、苦咸水淡化、工业 污水处理、纯水和超纯水制备领域。高纯水主要在电子工业、医药工业以及实验 室分析使用，按国标GB/T11446.1-1997规定，电子级水分为四级，即EW-I、 EW-II、EW-III和EW-

2、IV，其电阻率指标分别为 18 MGcm、15 MGcm、 12 M0 cm、0.5 MQ - cm。一.实验目的(1) 熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程；(2) 掌握反渗透膜分离原理及操作技能；(3) 了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数;(4) 掌握利用电导法确定盐浓度的方法。二实验原理工业化应用的膜分离包括微滤(Microfiltration, MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration, NF)、反渗透(R0)、渗透汽化(Pervaporation, PV) 和气体分离(Gas Separation, GS)等。根据分离对象和要求，选用不同的

3、膜过程。mfuf、jnf图1膜截留示意图U 1 Qu.反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10屁酸子物质，反渗透 膜能截留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透 膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理如图1。咸水膜純水t平衡图2反渗透与渗透现象如图(a)所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过 膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过 程。如图(b)所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差 或压力差，此为指定温度下溶液的渗

4、透压N。如图(c)所示，当咸水一侧施加的压 力P大于该溶液的渗透压N,可迫使渗透反向，实现反渗透过程。此时，在高于渗 透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位，水分子从咸水 一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本 原理。通常，膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。膜的物化稳定性的 主要指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH范围，以 及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操 作条件下，脱盐率、产水流量和流量衰减指数。根据膜分离原理，温度、操作压 力、给水水质、给水流量等因素将影响膜的分离性能。

5、三实验内容反渗透膜是实现反渗透的过程的关键，要求具有较好的分离透过性和物化稳定性。反渗透膜的分离透过性可用以下几个参数来描述：1溶质分离率（脱盐率）R式中，2溶剂透过速率（水通量）JW式中，3 水的回收率 Y式中， /h/h/h4 浓缩倍数 CF本实验主要实验内容是：a) 测定不同进料流速对膜分离效率的影响，即在同一操作压力下，改变总 进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值；b) 计算水通量，作出j-e曲线；c) 计算出脱盐率和回收率；d) 分析操作条件变化对反渗透效果的影响。四实验装置与设备4.1 实验流程本装置采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，以城市自来水为原料，制

6、 备超纯水供实验室特殊分析使用，出水水质可自动检测，装置操作简单，稳定性 好，具有很高的实用价值。图3纯水制备流程理想的反渗透膜应耐化学和微生物侵蚀，使之在运行过程中膜的分离性能和 机械性能保持稳定。因此，反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，还应包 括预处理过程，就是通过一些物化手段去除原水中的悬浮物和胶体等杂质，使其 满足反渗透膜处理的进水要求，保护反渗透膜的正常使用。同时，经过反渗透膜 脱盐，水的脱盐率可超过95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率、 TOC指标一般还达不到高纯水要求，工业上通常采用混床树脂处理，对水中剩余 的阴阳离子进行交换，使水进一步得到净化。最后，采用紫外

7、杀菌，可降低水中 的TOC。本实验以自来水为原水，设计了预处理(活性炭、精滤)、反渗透脱盐、 混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元，研究了自来水深度处理的反渗透净水工 艺。流程示意图如图1所示。装置流程图如图4所示。图4 反渗透膜分离制高纯水装置流程图4.2 主要设备(1) 自来水预过滤器：10 英寸活性炭预过滤和 5 m 精过滤；(2) 原料储槽：容积50升，材质ABS工程塑料；(3) Y 预过滤器：材质工程塑料，进口；(4) 增压泵：型号 FLUID-O-TECH 1533，进口；(5) 压力控制器：型号 Fannio FNC-K20；(6) 反渗透膜组件：2521型低压反渗透膜，纯水通量4

8、0-45L/H,脱盐率98%(7) 膜壳： 2521 型不锈钢膜壳；(8) 电导仪：型号RM-220，在线检测纯水电阻仪；图3反渗透制纯水实验装置流程图(9) 流量计：规格10 100L/H和1 7L/M,面板式有机玻璃转子流量计；(10) 紫外杀菌器：在线流过式杀菌器；(11) 核级混合树脂床，约 3 公斤；(12) 管道及阀门：UPVC管阀；(13) 不锈钢电控柜及不锈钢支架。五实验操作步骤1. 关闭系统排空阀，打开净水出口阀、超纯水出口阀；2. 接通自来水与预过滤系统，过滤水进入储槽；3. 接通电源，打开总电源开关；4. 打开泵回路阀、浓水旁路阀，将浓水流量阀调至最大；5. 储槽中有一定

9、水位高度后开启输液泵，取储槽中水样，测定其电导率6. 水正常循环后（注意排气），逐步关闭泵回路阀和浓水旁路阀，调节 压力阀，使系统压力（膜进口压力）控制在1.0-1.5Mpa内某一值；7. 若制备超纯水，切换阀到混合树脂床，纯水可单独收集，打开浓水出 口阀，浓水直接排放，调节一定的自来水进水流速，保持储槽内水位 基本不变；8. 稳定 2030 分钟后出口水质基本稳定，记录出口纯水电阻值，同时记录 浓缩液、透过液流量，计算回收率（混合树脂床中若有空气会影响超纯 水质，缓慢打开树脂柱上方排气口进行排气，重新装填树脂或运输后可 能夹带空气）；9. 适当打开泵回路阀，改变总进料速度，重复第68操作步骤

10、，比较3 个不同流量下超纯水的水质变化；10. 若制备无菌净水，切换阀到紫外杀菌器，打开紫外杀菌电源，可得到 无菌净水；11. 停车时，先打开压力调节阀、旁路阀及泵回路阀，使系统压力小 于0.2 Mpa，再关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。六实验数据记录及处理1. 给水流速：Qf 二 Qm+ Qp2. 脱盐率：3. 水通量：4. 纯水回收率QQN 二一 x 100% 二p x 100%QQ + QFMPQf、Qp、QM分别表示平均给水流量、透过液流量速、浓缩液流速。1. 温度：18c；自来水电导率：296口s/cm；操作压力：0.6MPa实验序号浓缩液流量 (L/m)透过液流量 (L/h

11、)电导率(口 s/cm)电阻率 (mQ)12.8546.95143.8922.9526.36157.2332.9526.32158.23以实验序号1为例进行计算：2.该实验以重碳酸盐水 C =O.8382eo.oooi828t2-o.o32t o i.0809=12.08mg/L p实验序号时间(S)积累通过 水量(ml)溶质数据(口 s/cm & mg/L)进水电导 率进水浓度Cf透过液电 导率透过液浓 度Cp112215.0296697.096.9512.08220378.0296697.096.3610.98330569.0296697.096.3210.903. 膜面积：1.1m2以实

12、验序号1为例，进行计算：水通量J二L/(m2h)w脱盐率 R= (1-) x100%= (1-98.27%QQ 54 54水的回收率y=x10o%=耐 x100%=54+ =亦=24.32%FP MQ1浓缩倍数C=丁 =1.32F Q 1-YM实验序号时间(s)水通量 (Lh-1m -2)脱盐率(%)回收率(%)浓缩倍数11258.6498.2724.321.3222061.8598.4223.011.3033062.0798.4423.011.30A.净水操作条件对反渗透膜效果影响 温度：18C ；自来水电导率：296 u s/cm实验序号操作压力给水流速透过液流回收率(%)净水电阻(MPa

13、)(L/h)量(L/h)率(Qm)10.4254.62911.39154.0820.6228.05423.68155.0430.8191.07740.31156.01B.纯水操作条件对反渗透膜效果影响 温度：18C；自来水电导率：296口s/cm 查阅资料得：RM-220型号电导率仪的电极常数为K= 0.01 cm-1,电阻R=pK实验序号操作压力 (MPa)给水流速 (L/h)透过液流 量(L/h)回收率(%)纯水电阻 率(Q m)纯水电阻(Q)10.4250.02811.2079.1879.1820.6230.05021.7488.4288.4230.8200.07437.0110.381

14、10.381. 回收率纯水电阻值的关系曲线2. 水通量时间的关系曲线j-e六注意及维护事项1活性炭预过滤芯、聚丙烯预过滤芯首次使用，应先接通自来水，冲洗）-8 分钟后方可接入水槽，避免污染系统；2. 膜组件首次使用，应用低压清水（W0.2MPa）清洗2030分钟，去除其 中的防腐液，同时切换阀到紫外杀菌，避免清洗液污染混合树脂；3. 储槽储水量不要过少并保持内壁清洁，较长时间（10天以上）停用时， 在反渗透组件中充入1 %甲醛水溶液作为保护液（保护液主要用于膜组 件内浓缩液侧），防止系统生菌，保持膜组件润湿，寒冷季节应注意系 统防冻；4. 为确保水质，定期更换预过滤系统的各种滤芯，反渗透膜、树脂、紫外 灯管亦为耗材，根据实际用水情况而更换（一般情况下反渗透膜每天使用 6小时，可连续使用150天，3公斤树脂可满足3吨处理量，可满足出水水 质10）；5. 本装置设置压力控制器，当系统压力大于1.6Mpa时，会自动切断输液泵电流并停机；6. 管道如有泄漏，请立即切断电源和进料阀，待更换管件或用专用胶水粘 结后（胶水粘结后需固化4小时）方可使用。7增压泵启