反渗透的原理及其应用

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1、反渗透的原理及其应用目录CONTENTS0105工作原理 10608反渗透的基本原理20912分离机理 31315影响反渗透性能的因素41620膜分离技术特点 52125膜的分类 62632膜分离技术的应用 7反渗透工作原理 反渗透：当在浓溶液上加压力，且该压力大于于渗透压时，浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程是渗透的相反的程。 渗透：水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。纯水盐溶液半透膜渗透压(b) 渗透平衡纯水盐溶液半透膜(a) 渗透纯水盐溶液半透膜外加压力(c) 反渗透反渗透的简单流程图给水产品水q V,f ,c fq V,b ,c b浓水

2、q V,p ,c p反渗透的基本原理渗渗透透压压的的计计算算：渗渗透透压压的的大大小小取取决决于于溶溶液液的的种种类类、浓浓度度和和温温度度而而与与半半透透膜膜本本身身无无关关。计计算公式如下（仅适用于稀溶液）：算公式如下（仅适用于稀溶液）： CRTCRT 渗透压（渗透压（kg/cmkg/cm2 2） C C 离子浓度（摩尔离子浓度（摩尔/ /升）升） R R 气体常数（等于气体常数（等于0.0820.082升升 大气压大气压/ /摩尔摩尔kk） T T 绝对温度（绝对温度（kk） 如计算如计算3 3NaCLNaCL（近于海水）在（近于海水）在2525时的渗透压：时的渗透压： C= C=（30

3、/58.530/58.5）221.0261.026摩尔摩尔/ /升升 CRTCRT1.0260.0821.0260.082（2732732525）24.4 24.4 （kg/cmkg/cm2 2） 影响反渗透性能的因素影响反渗透性能的因素产产水水通通量量和和脱脱盐盐率率是是反反渗渗透透过过程程中中的的关关键键参参数数，针针对对特特定定系系统统条条件件，水水通通量量和和脱脱盐盐率率主主要要受受压压力力、温度、回收率、进水含盐量和温度、回收率、进水含盐量和pHpH值的影响。值的影响。基本关系式基本关系式 1 1、产水率：、产水率：QQWWK KWWAA（ P P ）/d/d Q QWW 产品水流量

4、产品水流量 K KWW 温度校正系数（取决于膜的类型和温度）温度校正系数（取决于膜的类型和温度） A A 膜表面积膜表面积 P P 膜两侧的压力膜两侧的压力 膜两侧的渗透压膜两侧的渗透压 d d 膜厚度膜厚度 2 2、盐通量：、盐通量：QQS SK KS SAA C/dC/d Q QS S 盐通量盐通量 K KS S 盐透过系数（取决于膜的类型和温度）盐透过系数（取决于膜的类型和温度） A A 膜表面积膜表面积 C C 膜两侧的浓度剃度膜两侧的浓度剃度 膜两侧的渗透压膜两侧的渗透压 影响反渗透性能的因素影响反渗透性能的因素进水压力对通量和脱盐率的作用脱盐率产水通量进水温度对通量和脱盐率的作用产

5、水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量)脱盐率水通量回收率增加盐浓度对通量和脱盐率的影响增加回收率对通量和脱盐率的影响脱盐率水通量压力温度原水浓度 影响反渗透性能的因素影响反渗透性能的因素水通量脱盐率pH 值反渗透原理1、反渗透装置重要指标水的回收率 Y (以表示)：q V,f 给水流量， m3/ hq V,p 产水流量， m3/ h2、反渗透装置重要指标水的脱盐率 SR (以表示)：c f ，c p 分别为给水和产水的浓度，mol/ L或 c fA 平均给水浓度，mol/ LRO原理简介给水产水浓水75回收率100 m3/ h75 m3/ h25 m3/ h90 脱盐率100 mg/l 钙离子1

6、0mg/l 钙离子360 mg/l 钙离子反渗透分离机理氢键理论 Reid）等人提出的 ，基于一些离子和分子能够通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递 优先吸附毛细孔流理论 索里拉金等人提出了优先吸附毛细孔流理论 溶解-扩散理论 Lonsdale和Riley 氢键理论膜的表面层膜的表面层杂质等离子优先吸附毛细孔流理论膜元件膜元件纯水界面主体溶液压力5反渗透工艺流程反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两部分。部分。预处理可以用物理化学法，也可以用化预处理可以用物理化学法，也可以用化学法。学法。所采取的预处理方法与原水的物理、化所

7、采取的预处理方法与原水的物理、化学性质及生物学特性有关，还与膜装置学性质及生物学特性有关，还与膜装置的结构有关。的结构有关。预处理预处理 l l）调整和控制）调整和控制pHpH值及进水温度，根据反渗透膜允许使值及进水温度，根据反渗透膜允许使用的温度和用的温度和pHpH值范围。值范围。 2 2）去除水中）去除水中0.30.31m1m以上的悬浮固体及胶体以上的悬浮固体及胶体，用混凝用混凝沉淀和精密过滤相结合工艺沉淀和精密过滤相结合工艺, ,用用5 5 25 m 25 m过滤介质，过滤介质，去除水中悬浮固体。去除水中悬浮固体。 3 3）去除可溶性、胶体状和悬浮性有机物，采用氯或次）去除可溶性、胶体状

8、和悬浮性有机物，采用氯或次氯酸钠氧化可有效地也可根据有机物的种类采用活性氯酸钠氧化可有效地也可根据有机物的种类采用活性炭去除。炭去除。4)4)要控制水的回收率要控制水的回收率（为防止在膜表面形成硬垢）为防止在膜表面形成硬垢）；或将进水或将进水pHpH值调整在值调整在5 56 6，以控制水中碳酸钙及磷酸，以控制水中碳酸钙及磷酸钙的形成；亦可采用石灰法去除水中的钙盐；可借助钙的形成；亦可采用石灰法去除水中的钙盐；可借助投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。 5) 5) 细菌、藻类、微生物易使膜表面产生软垢，用消细菌、藻类、微生物易使膜表面产生软垢，用消毒法抑制其生长。毒法抑制

9、其生长。 6) 6)超滤也可作为反渗透的预处理法以去除水中的油、超滤也可作为反渗透的预处理法以去除水中的油、胶体、微生物等物质。胶体、微生物等物质。预处理预处理常见的预处理方法的选择 1. 化学氧化 功能：利用强氧化剂分解水中有机污染物的一种化学处理方法。 常用氧化剂：氯气、次氯酸钠、二氧化氯、高锰酸钾2.药剂软化 目的：使水中所含的硬度在药剂作用下形成难溶性化合物而被去除的方法。 常用氧化剂：磷酸三钠、磷酸氢二钠、石灰、纯碱3. 介质过滤 目的：颗粒物质的去除。 常用介质：石英砂、石榴石或无烟煤等4.混凝-絮凝 目的:降低颗粒悬浮物和胶体 常用混絮凝药剂:三氯化铁和硫酸亚铁常见的预处理方法的

10、选择5.活性炭吸附 目的：去除水中有机物、胶体、微生物、余氯、 嗅味等 常用活性炭类型 ：粉状及粒状活性炭，作为反渗透预处理粒状活性炭比较常用6.微滤或超滤 目的：去除水中的悬浮物质及一部分溶解有机物质 常用的超滤膜材料：聚偏氯乙烯、聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙烯晴、纤维素类等7.保安过滤 目的: 为了防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入反渗透系统，保护高压 泵和反渗透膜 常用滤芯类型 ：烧结滤管、熔喷式纤维滤芯和蜂房滤芯等膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图进进水水口口耐压耐压容器容器连连接接器器膜膜组组件件密密封封圈圈端端盖盖透透过过液液浓浓缩缩液液工工业业应应用用的的反反渗渗透透

11、装装置置1 1、单组件系统、单组件系统 反渗透系统设计及系统配置反渗透系统设计及系统配置1 1、单段系统、单段系统 高压泵 进水浓水产水 保安过滤器单支膜元件浓水循环 高压泵 进水浓水产水 保安过滤器6支膜元件6支膜元件6支膜元件反渗透系统运行方式：反渗透系统运行方式：1 1、多段式排列系统、多段式排列系统 反渗透系统设计及系统配置反渗透系统设计及系统配置1 1、多级系统、多级系统 高压泵6支膜元件 进水浓水产水 保安过滤器6支膜元件6支膜元件6支膜元件6支膜元件6支膜元件 二级浓水回一级 进水 高压泵 保安过滤器RO1 一级产水 二级产水RO2反渗透系统设计及系统配置反渗透系统设计及系统配置

12、反渗透系统的设计步骤：反渗透系统的设计步骤：1 1、考虑进水水源、水质，进水和产水流量以及所需的产水水质考虑进水水源、水质，进水和产水流量以及所需的产水水质。2 2、选择系统排列和级数选择系统排列和级数 。3 3、膜元件的选择膜元件的选择 。4 4、膜平均通量的确定膜平均通量的确定 。5 5、计算所需的元件数量计算所需的元件数量 。6 6、计算所需的压力容器数计算所需的压力容器数 。7 7、段数的确定段数的确定 8 8、确定排列比确定排列比 9 9、分析和优化膜系统分析和优化膜系统 1010、运用反渗透计算软件进行系统模拟运算、运用反渗透计算软件进行系统模拟运算按孔径分类的分离膜 主要膜分离过

13、程 卷式膜结构中心管產品水濃水 ATD進水方向流道膜片膜片流道外殼材料收集通道反渗透膜的分类和结构反渗透膜的分类和结构原水原水流道网原水透过水流道网膜膜透过水集水管浓水膜分离技术特点（一）膜分离技术特点（一）膜分离是一个高效的分离行为；90%的乙醇水溶液、N2和H2的分离,与萃取等的对比。能耗非常低；相比传统分离： 蒸馏、蒸发、等多数分离过程的工作温度在室温；在医药工业、生物技术、食品加工等方面 膜分离技术特点（二）规模和处理能力可在很大范围内变化，而其效率、设备单价、运行费等变化不大；设备体积小、占地较少等；可以方便的插入现行生产工业，不必进行较大改变。膜分离设备本身没有运动的部件，很少需要

14、维护，可靠度很高； 3 3、膜清洗工艺、膜清洗工艺物理法物理法化学法化学法水力清洗水力清洗水气混合清洗水气混合清洗逆流清洗逆流清洗海棉球清洗海棉球清洗主要采用减压后高速的水力冲洗主要采用减压后高速的水力冲洗借助气液与膜面发生剪切作用借助气液与膜面发生剪切作用卷式或中空纤维式组件。将反向压力施加于卷式或中空纤维式组件。将反向压力施加于支撑层，引起膜透过液的反向流动，以松动支撑层，引起膜透过液的反向流动，以松动和去除膜进料侧活化层表面污染物和去除膜进料侧活化层表面污染物内压管式组件。依靠水力冲击使直径内压管式组件。依靠水力冲击使直径稍大于管径的海棉球流经膜面，以去稍大于管径的海棉球流经膜面，以去除

15、膜表面的污染物，除膜表面的污染物，氢氧化铁：氢氧化铁：1%2%的柠檬酸铵水溶液的柠檬酸铵水溶液无机沉垢：柠檬酸钠水溶液用盐酸将无机沉垢：柠檬酸钠水溶液用盐酸将pH值调至值调至45胶体污染体系：胶体污染体系：高浓度盐水高浓度盐水蛋白质、多糖类及胶体污染物：加酶洗剂蛋白质、多糖类及胶体污染物：加酶洗剂n在化学清洗中，必须考虑到以下两点在化学清洗中，必须考虑到以下两点: :n (1) (1)清洗剂必须对污染物有很好的溶解或分解能力清洗剂必须对污染物有很好的溶解或分解能力; ;n (2) (2)清洗剂必须不污染和不损伤膜面。清洗剂必须不污染和不损伤膜面。膜清洗膜清洗为什么膜分离技术近几年得到了最快速的

16、发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？1.工业节水十五规划。北京高井电厂关于循环排污水回用问题证实了超滤作为反渗透预处理的必要性和可行性；2.电厂环保的要求。山西古交电厂是我国第一个30万千瓦以上机组采用EDI技术的电厂。自此，空冷机组和燃机电厂开始普遍采用EDI；3.地表水水质的变化。江河湖泊水系工业和生活污染加重，华东、华南海水倒灌，影响原有水处理系统的可靠运行。4. 中国工业经济快速发展，特别是能源化工等基础工业。带来日益增长的项目机遇；5. 膜分离工艺的设计、应用日趋成熟。膜法工艺高效、便捷、运行管理方便。谢谢观赏WPS OfficeMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps