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1、膜岗位基础知识 内容介绍膜膜污污染染和和清清洗洗过过滤滤模模式式我我们们使使用用的的膜膜元元件件影影响响反反渗渗透透的的因因素素反反渗渗透透的的基基本本概概念念四、反渗透四、反渗透基本概念基本概念1、渗透：、渗透：表述表述1：当把相同体积的稀溶当把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，这种现膜，向浓溶液侧流动，这种现象称之为渗透。象称之为渗透。表述表述2：渗透是指稀溶液中的渗透是指稀溶液中的溶
2、剂溶剂(水分子水分子)自发地自发地透过透过半透半透膜膜(反渗透膜或纳滤膜反渗透膜或纳滤膜)进入浓进入浓溶液溶液(浓水浓水)侧的溶剂侧的溶剂(水分子水分子)流动现象流动现象。2、渗透压、渗透压定义为某溶液在自然定义为某溶液在自然渗透的过程中，浓溶液侧渗透的过程中，浓溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面相应降低，直到两侧液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵销了溶形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移，溶液两侧剂分子的迁移，溶液两侧的液面不再变化变化，渗的液面不再变化变化，渗透过程达到透过程达到平衡平衡点，此时点，此时的液柱高差称为该浓溶液的液柱高差称为该浓溶液的的渗透压渗透压。3、
3、反渗透反渗透：在浓溶液侧，施加一个大在浓溶液侧，施加一个大于渗透压的压力，使浓溶液于渗透压的压力，使浓溶液中的溶剂通过半透膜向稀溶中的溶剂通过半透膜向稀溶液流动，此种溶剂的流动方液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，向与原来渗透的方向相反，这一过程称为这一过程称为反渗透反渗透。4、反渗透原理：、反渗透原理：即在进水即在进水(浓浓溶液溶液)侧施侧施加操作压力以克服自然渗透加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操压，当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，作压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水就会逆转，进水(浓溶液浓溶液)中中的
4、水分子部分通过膜成为稀的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水溶液侧的净化产水5、反渗透膜允许溶剂分子允许溶剂分子透过而不允许溶质透过而不允许溶质分子透过的一种功分子透过的一种功能性的能性的半透膜半透膜称为称为反渗透膜反渗透膜。 聚酯材料聚酯材料增强无纺布，约增强无纺布，约120 m厚；厚；聚砜材料聚砜材料多孔中间支撑层，多孔中间支撑层，约约40 m厚；厚；聚酰胺材料聚酰胺材料超薄分离层，超薄分离层，约约 m厚。厚。超薄分离层超薄分离层是反渗透是反渗透和纳滤过程中真正具有和纳滤过程中真正具有分离作用的功能层分离作用的功能层 6、膜元件膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流将反渗透或
5、纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为滤过程的最小单元称为膜元件膜元件；膜元件密封胶产水隔网进水隔网进水浓水产水RORO膜元件解剖图膜元件解剖图7、膜组件、膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；成膜组件；8、膜装置：、膜装置：由膜组件、仪由膜组件、仪表、管道、阀门、表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机就地控制盘柜和机架组成的可独立运
6、架组成的可独立运行的成套单元膜设行的成套单元膜设备称为膜装置，反备称为膜装置，反渗透过程通过该渗透过程通过该膜膜装置装置来实现来实现 9、膜系统：、膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为称为系统系统。问题问题:我们的膜系统由哪些部分组成我们的膜系统由哪些部分组成?四、反渗透基本概念四、反渗透基本概念浓差极化浓差极化在反渗透过程中，由于膜在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，溶剂从高的选择渗透性
7、，溶剂从高压侧透过膜，而溶质被膜压侧透过膜，而溶质被膜截留，其浓度在膜表面处截留，其浓度在膜表面处升高，同时发生从膜表面升高，同时发生从膜表面向水体的回扩散。当这两向水体的回扩散。当这两种传质过程达到动态平衡种传质过程达到动态平衡时，膜表面处的浓度时，膜表面处的浓度C2高高于主体溶液浓度于主体溶液浓度C1，这种，这种现象叫浓差极化。现象叫浓差极化。C2/C1称为称为浓差极化度浓差极化度。 产水背压产水背压如果产水管线在运行和系如果产水管线在运行和系统停机时带压，膜元件就统停机时带压，膜元件就可能会遭遇静态的产水背可能会遭遇静态的产水背压。为了避免膜元件因背压。为了避免膜元件因背压产生膜片复合层
8、的剥离压产生膜片复合层的剥离破坏，破坏，任何情况下，净背压不得任何情况下，净背压不得高于高于0.3bar(5psi)，五、影响反渗透性能的因素 产水通量产水通量和和脱除率脱除率是反渗透过程中的关是反渗透过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受和脱除率则主要受压力压力、温度温度、回收率回收率、进水含盐量进水含盐量和和pH值值影响。影响。定 义产水通量产水通量单位膜面积上透过单位膜面积上透过液的流率，通常以每液的流率，通常以每小时每平方米升数小时每平方米升数(L/m2h
9、)或每天每平方或每天每平方英尺加仑数表示英尺加仑数表示(gfd)回收率回收率指膜系统中给水转指膜系统中给水转化成为产水或透过液化成为产水或透过液的百分率的百分率脱盐率脱盐率通过反渗透膜从系通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分性的杂质浓度的百分率率脱除率脱除率通过反渗透膜从系通过反渗透膜从系统进水中除去某种特统进水中除去某种特定杂质浓度的百分率定杂质浓度的百分率1、压力的影响正如图正如图1所示，透过膜的水通量增加与进所示，透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在水压力的增加存在直线关系直线关系，增加进水，增加进水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变压力也增加了脱盐率
10、，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加。度后脱盐率将不再增加。由于由于RO对进水中的溶解性盐类不可能绝对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地截留，总有一定量的透过量，对完美地截留，总有一定量的透过量，随着压力的增加，因为膜透过水的速率随着压力的增加，因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加得到迅速地克服。但是，通过增加进加得到迅速地克服。但是，通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制，水压力提高盐分的排除率有上限限制，正如图正如图1脱盐率曲线的平坦部分所示那样，脱盐率曲线的平坦部分
11、所示那样，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，某些盐分还会与水分子某些盐分还会与水分子耦合耦合一同透过膜。一同透过膜。图1.进水压力对通量和脱盐率的作用脱盐率产水通量压力图2.进水温度对通量和脱盐率的作用产水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量)温度产水通量脱盐率2、温度的影响如图如图2所示，膜系统产水所示，膜系统产水电导对进水温度的变化非电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，常敏感，随着水温的增加，水通量水通量几乎线性几乎线性地增大，地增大，这主要归功于透过膜的水这主要归功于透过膜的水分子的分子的粘度下降、扩散能粘度下降、扩散能力增加力增加。增加水温会导致
12、。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加，脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为这主要是因为盐分透过膜盐分透过膜的扩散速率的扩散速率会因温度的提会因温度的提高而加快所致。高而加快所致。 图1.进水压力对通量和脱盐率的作用脱盐率产水通量压力图2.进水温度对通量和脱盐率的作用产水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量)温度产水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量) 3、盐浓度的影响渗透压是水中所含盐分或有机渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数，盐浓度物浓度和种类的函数，盐浓度增加，渗透压也增加，因此需增加，渗透压也增加，因此需要逆转自然渗透流动方向的进要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力大小主要取决于进
13、水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量。图水中的含盐量。图4表明，如果表明，如果压力保持恒定，含盐量越高，压力保持恒定，含盐量越高，通量就越低，渗透压的增加抵通量就越低，渗透压的增加抵销了进水推动力，同时如图销了进水推动力，同时如图4所所示，水通量降低，增加了透过示，水通量降低，增加了透过膜的盐通量膜的盐通量(降低了脱盐率降低了脱盐率)。脱盐率水通量原水浓度图4.增加盐浓度对通量和脱盐率的影响水通量脱盐率4、回收率的影响通过对进水施加压力当通过对进水施加压力当浓溶液和稀溶液间的自浓溶液和稀溶液间的自然渗透流动方向被逆转然渗透流动方向被逆转时，实现反渗透过程。时，实现反渗透过程。如果回收率增加如
14、果回收率增加(进水压进水压力恒定力恒定)，残留在原水中，残留在原水中的含盐量更高，自然渗的含盐量更高，自然渗透压将不断增加直至与透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量降低过程，使渗透通量降低或甚至停止或甚至停止(参见图参见图5) 图5.增加回收率对通量和脱盐率的影响脱盐率水通量回收率图6.进水pH对水通量和脱盐率的影响水通量脱盐率pH值水通量脱盐率5、pH值的影响膜脱盐率特膜脱盐率特性取决于性取决于pH值，值，水通量也会受到水通量也会受到影响，图影响，图6表明表明FILMTEC
15、FT30膜在宽广的膜在宽广的pH范范围内水通量和脱围内水通量和脱盐率盐率相当稳定。相当稳定。 图5.增加回收率对通量和脱盐率的影响脱盐率水通量回收率图6.进水pH对水通量和脱盐率的影响水脱盐率pH值水通量脱盐率回 顾增 加产水量透盐率有效有效压力力 温度温度 进水含水含盐量量 回收率回收率 表示增加；表示增加； 表示降低。表示降低。六、我们使用的膜元件1#膜系统使用膜系统使用18支支BW30-365FR膜元件膜元件2#膜系统使用膜系统使用20支支HSRO-390FF膜元件膜元件 陶氏FILMTEC膜元件美国原装进口膜元件产品种类 TW：自来水元件(TapWater) BW：苦咸水元件(Brac
16、kishWater) SW：海水膜元件 (SemiconductorGrade) RO：反渗透浓缩分离元件 (ReverseOsmosis) HSRO：热消毒元件HeatSanitizableReverseOsmosis) 膜元件有效面积或元件尺寸-(4040)320：320平方英尺365：365平方英尺 380：380平方英尺390：390平方英尺400：400平方英尺440：440平方英尺 BW 30 (LE) 365 (FR)产品特征 FR：抗污染元件 (FoulingResistant) FF：充满外壳卫生型元件(FullFit)膜元件直径 25：英寸 40：英寸 80 ： 英寸膜元件
17、长度 21：21英寸 40：40英寸给水隔网厚度及其影响给水隔网厚度及其影响优点：优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。缺点：缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；水通量更大；需要更大的冲洗流速来保证紊流和边界层效果；需要更大的冲洗流速来保证紊流和边界层效果；以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。HSRO39
18、0FF陶氏陶氏FILMTECHSRO热消毒型反渗透膜热消毒型反渗透膜元件产水水质好，能经受热水的消毒处理。元件产水水质好，能经受热水的消毒处理。由先进的全自动生产线生产的由先进的全自动生产线生产的HSRO元件具元件具有膜工业界最高的有效膜面积，这一高膜有膜工业界最高的有效膜面积，这一高膜面积允许系统设计成更低的运行通量或者面积允许系统设计成更低的运行通量或者保持相同通量使用较少的膜元件以节省系保持相同通量使用较少的膜元件以节省系统成本。元件采用统成本。元件采用无外壳的无外壳的full-fit的结构，的结构，消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死水区，适用于有特
19、殊卫生要求的应用场合。水区，适用于有特殊卫生要求的应用场合。且所有的部件均符合且所有的部件均符合FDA的标准的标准 HSRO390FF产品规范产品名称产品编号有效膜面积ft2 (m2)运行压力psi (bar)产 水 量gpd (m3/d)稳定脱盐率ClHSRO-390-FF170701/92564390(36)150(10.3)9,000(34)99.51.HSRO-390-FF曾被命名为曾被命名为SG30-390-HS。单只元件的最小脱盐率。单只元件的最小脱盐率98.0%。2.产水量和脱盐率是基于测试条件：产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppmNaCl，压力为上表值，压力为上表值，2
20、5C，15%回收率。回收率。3.元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据。上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据。HSRO390FF运行极限值膜的类型膜的类型聚酰胺复合膜聚酰胺复合膜最高运行温度最高运行温度45oC(113oF)最高热消毒温度，最高热消毒温度，25psi)85oC最高运行压力最高运行压力600psi(41bar)最大压差最大压差15psi(1.0bar)连续运行连续运行pH范围范围211短时清洗短时清洗pH范围范围(30分钟分钟)112最大给水污染指
21、数最大给水污染指数SDI5最大给水浊度最大给水浊度1NTU游离氯容忍量游离氯容忍量七、错流过滤与全量过滤渗透液膜错流过滤错流过滤和回收率错流过滤和回收率进水进水浓水浓水产水产水进水进水浓水浓水错流过滤错流过滤首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出; ;其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化浓差极化层层; ;因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%15%; ;切向流速切向流速浓水回流与回收率浓水回流与回收率浓水回流提高了系统回收率；浓水回流提高了系统回收率；膜元件
22、回收率仍然维持膜元件回收率仍然维持15%15%，符合设计要求；，符合设计要求；浓差极化得到了有效控制；浓差极化得到了有效控制；冲洗流速得到保证；冲洗流速得到保证；浓水浓缩倍数是浓水浓缩倍数是(1-(1-系统回收率系统回收率) )的倒数。的倒数。进膜进膜=1=1产水产水浓水浓水回收率回收率=15%=15%提升系统回收率提升系统回收率排放排放回流回流进泵进泵=1=1进水进水膜回收率膜回收率=15%=15%系统回收率系统回收率=50%=50%浓差极化由于水不断透过膜，使由于水不断透过膜，使膜表面盐水和进口盐水膜表面盐水和进口盐水间产生一个浓度差，阻间产生一个浓度差，阻碍盐分扩散。浓差极化碍盐分扩散。
23、浓差极化使盐水渗透压加大，在使盐水渗透压加大，在操作压力不变的情况下，操作压力不变的情况下，有效推动力减少，从而有效推动力减少，从而造成透水速度和除盐率造成透水速度和除盐率下降，另外还可能引起下降，另外还可能引起某些微溶性盐在膜表面某些微溶性盐在膜表面析出析出结垢结垢。八、膜污染和清洗【污堵】定义为有机物和胶体在膜面上的沉定义为有机物和胶体在膜面上的沉积。积。胶体和颗粒污堵可严重地影响反渗透及纳滤元件胶体和颗粒污堵可严重地影响反渗透及纳滤元件的性能，如大幅度降低产水量，有时也会降低系的性能，如大幅度降低产水量，有时也会降低系统脱盐率，胶体和颗粒污染的初期症状是系统压统脱盐率，胶体和颗粒污染的初
24、期症状是系统压差的增加。差的增加。反渗透进水中的淤泥和胶体的来源有相当大的差反渗透进水中的淤泥和胶体的来源有相当大的差异，通常包括细菌、粘土、胶体硅和铁的腐蚀产异，通常包括细菌、粘土、胶体硅和铁的腐蚀产物。物。测量进水淤积指数(SDI值) 测量仪器测量仪器47mm直径测试膜盒直径测试膜盒47mm测试用膜片测试用膜片(孔径孔径 m)15bar(1070psi)压力表压力表调压针型阀调压针型阀图图1为为SDI测量装置测量装置测量步骤测量步骤将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧湿膜片，拧紧“O”形密封圈，将膜盒垂直放置，形密封圈，将膜盒垂直放置
25、，还应注意膜片有正反面的区别还应注意膜片有正反面的区别调节进水压力至调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始并立即计量开始过滤过滤500mL水样的时间水样的时间t0(通过连续不断的调节，通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变使进水压力始终保持不变)在进水压力为在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤下连续过滤15分钟分钟15分钟后继续记录过滤同样分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间所需的时间t15，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析151001 =15ttSDIo结垢【结垢】定义为部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀，例如
26、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢，如果反渗透水处理系统采用50%回收率操作时，其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。微生物污染微生物进入反渗透系统之后，找到了水中溶解性的有机营微生物进入反渗透系统之后，找到了水中溶解性的有机营养物，这些有机营养物伴随反渗透过程的进行而浓缩富集养物，这些有机营养物伴随反渗透过程的进行而浓缩富集在膜表面上，成为形成生物膜的理想环境与过程。膜元件在膜表面上，成为形成生物膜的理想环境与过程。膜元件的生物污染将严重影响反渗透
27、系统的性能，出现进水至浓的生物污染将严重影响反渗透系统的性能，出现进水至浓水间压差的迅速增加，导致膜元件发生水间压差的迅速增加，导致膜元件发生“望远镜望远镜”现象与现象与机械损坏以及膜产水量的下降，有时甚至在膜元件的产水机械损坏以及膜产水量的下降，有时甚至在膜元件的产水侧也会出现生物污染，导致产品水受污染。侧也会出现生物污染，导致产品水受污染。一旦出现生物污染并产生生物膜，清洗就非常困难。因为一旦出现生物污染并产生生物膜，清洗就非常困难。因为生物膜能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒生物膜能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒作用，此外，没有被彻底清除掉的生物膜将引起微生物的作用，此外，没有被彻底清除掉的生物膜将引起微生物的再次快速的滋生再次快速的滋生。膜岗位基础知识培训THEEND
