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反渗透

简介反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过它的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。

应用范围太空水、纯净水、蒸馏水等制备; 酒类制造及降度用水; 医药、电子等行业用水的前期制备; 化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备; 锅炉补给水除盐软水; 海水、苦咸水淡化; 造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。 以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型、高效流体分离单元操作技术,30年来取得了令人瞩目的飞速发展,已广泛应用于国民经济的各个领域。

RO反渗透的由来:1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑问,因为陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水的.经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄膜非常精密,海水经由海鸥吸入体内后加压,再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水,而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外,此即往后反渗透法的基本理论架构;并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备,在1960年经美国联邦政府专案支助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜,一年约投入四亿美元经费研究,以运用于太空人使用,使太空船不用运载大量的饮用水升空,直到1960年投入研究工作的学者、专家越来越多,使之质与量更加精进,从而解决了人类钦用水中的难题.

反渗透膜是实现反渗透的核心元件,是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。

反渗透膜过滤精度

反渗透膜能截留大于0.0001微米的物质,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

材料

醋酸纤维素

醋酸纤维素又称乙酰纤维素或纤维素醋酸酯。常以含纤维素的棉花、木材等为原料,经过酯化和水解反应制成醋酸纤维素,再加工成反渗透膜。

聚酰胺

聚酰胺包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺两大类。20世纪70年代应用的主要是脂肪族聚酰胺,如尼龙—4、尼龙—6和尼龙—66膜;目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料为芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含氮芳香聚合物。

衡量反渗透膜性能的主要指标

脱盐率

脱盐率=(1–产水含盐量/进水含盐量)×100%

透过速度

水通量

指反渗透系统的产水能力,即单位时间内透过膜水量,通常用吨/小时或加仑/天来表示。

盐透过速度——在单位时间、单位膜面积上透过的盐量,也叫透盐率、盐通量。

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。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时就已经确定,

回收率=(产水流量/进水流量)×100%

尺寸

主要是直径和长度,例如8040膜俗称8寸膜指直径8英寸,长度40英寸。

有8040,4040两种

品牌

美国海德能膜 美国陶氏膜 美国通用流体膜 日本东丽膜 美国GE膜 韩国世韩膜等!

反渗透系统中的级与段

级与段总起来说就是一个横向一个纵向:

反渗透系统中膜元件的标准测试回收率、实际回收率与系统回收率

膜元件标准回收率为膜元件生产厂家在标准测试条件所采用的回收率。海德能公司苦咸水膜元件的标准回收率15%,海水膜元件10%。

膜元件实际回收率是膜元件实际使用时的回收率。为了降低膜元件的污染速度、保证膜元件的使用寿命,膜元件生产厂家对单支膜元件的实际回收率作了明确规定,要求每支l米长的膜元件实际回收率不要超过18%,但当膜元件用于第二级反渗透系统水处理时,则实际回收率不受此限制,允许超过18%。

系统回收率是指反渗透装置在实际使用时总的回收率。系统回收率受给水水质、膜元件的数量及排列方式等多种因素的影响,小型反渗透装置由于膜元件的数量少、给水流程短,因而系统回收率普遍偏低,而工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,所以实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。

在某些情况下,对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费,此时在设计反渗透装置时就需要采取一些不同的对策,最常见的方法是采用浓水部分循环,即反渗透装置的浓水只排放一部分,其余部分循环进入给水泵入口,此时既可保证膜元件表面维持一定的横向流速,又可以达到用户所需要的系统回收率,但切不可通过直接调整给水/浓水进出口阀门来提高系统回收率,如果这样操作,就会造成膜元件的污染速度加快,导致严重后果。

系统回收率越高则消耗的水量越少,但回收率过高会发生以下问题。

①产品水的脱盐率下降。

②可能发生微溶盐的沉淀。

③浓水的渗透压过高,元件的产水量降低。

一般苦咸水脱盐系统回收率多控制在75%,即浓水浓缩了4倍,当原水含盐量较低时,有时也可采用80%,如原水中某种微溶盐含量高,有时也采用较低的系统回收率以防止结垢。

被膜除去的总溶解固体(TDS)量称脱盐率,用百分数表示。99%的脱盐率意味着水中可溶性固体的99%被膜除去。用下面公式计算脱盐率:

脱盐率(%)= ×100

上式原水TDS是指进入系统的水中总溶解性固体的含量,产品水TDS是指清洁水总溶解性固体的含量。例如:原水TDS是35000ppm,产品水TDS是350ppm

脱盐率(%)= ×100=99%

因TDS与电导率近似成正比关系,通常情况下也可采用进水和产水的电导率仪读数来计算脱盐率。

可以回收使用的水量(纯水量)占进入反渗透装置处理的水量的百分比叫回收率。用下列公式计算回收率:

回收率(%)= ×100%

注:原水流量等于产品水流量加上废水(浓水)流量, 两者很容易测量。

注意:当系统中有多个膜组件串联时,第一个膜件的浓水要作为第二个膜件的原水参与回收率的计算,并以此类推。

例如:一个模壳内共有3个膜件串联,第一个膜件进水(原水)流量是5吨/时,以单个膜件回收率15%计算,假设单个膜件的回收率用P表示,单个膜件的产水量用Q表示,那么该膜件系统回收率是多少?

答:Q1=5×15%=0.75

Q2=(5—0.75)×15%=0.64

Q3=【(5—0.75)×(1—15%)】×15%=0.48

P(系统)=(0.75+0.64+0.48)/5×100%=37.4%

预处理(进水要求)

反渗透进水的水质要求

反渗透进水的水质要求

导致膜污染指标 允许值 解决办法

悬浮物等 浊度 SDI 颗粒物 微生物 金属氧化物 铁,Fe3+ 锰 有机物 油 0 气浮,吸附

TOC COD BOD PH值 3-10 加入酸或碱调节

温度 5-450C 换热器

氧化剂 余氯 臭氧 0

其他 0

表面活性剂 选择阳离子或两性表面活性剂时要注意

酒精 预处理的方法

去除胶体和颗粒物

1介质过滤

从水中去除悬浮固体普遍的方法是多介质过滤。多介质过滤器以成层状的无烟煤、石英砂、细碎的石榴石或其他材料为床层。床的顶层由质轻和质粗品级的材料组成,而最重和最细品级的材料放在床的底部。其原理为按深度过滤——水中较大的顾粒在顶层被除去,较小的颗粒在过滤器介质的较深处被除去。

由于胶体悬浮物既很细小又由于介质电荷之间的排斥,所以单独过滤不起作用。在这些情况下,在过滤前必须加絮凝剂或絮凝化学药品。常用的絮凝剂有三氯化铁、矾和PAC。

2 微絮凝

如果过滤前对原水中的胶体进行絮凝或混凝处理,可以大幅度地提高介质过滤器效率,使出水的SDI降低到5左右。硫酸铁和三氯化铁可以用于对胶体表面的负电荷进行失稳处理,将胶体捕捉到新生态的氢氧化铁微小絮状物上,使用含铝絮凝剂其原理相似,但因其可能有残留铝离子污染问题,并不推荐使用,除非使用高分子聚合铝。迅速的分散和混合絮凝剂十分重要,建议采用静态混合器或将注入点设在增压泵的吸入段,通常最佳加药量为10-30mg/L,但应针对具体的项目确定加药量。

3 脱氯药剂-消除余氯

RO及NF进水中的游离氯要降到0.05ppm以下,才能达到聚酰胺复合膜的要求。除氯的预处理方法有两种,粒状活性炭吸附和使用还原性药剂如亚硫酸钠。在小系统(50-100gpm)中一般采用活性碳过滤器,投资成本比较合理。推荐使用酸洗处理过的优质活性炭,去除硬度、金属离子,细粉含量要非常低,否则会造成对膜的污染。新安装的碳滤料一定要充分淋洗,直到碳粉被完全除去为止,一般要几个小时甚至几天。我们不能依靠5μm的保安过滤器来保护反渗透膜不受碳粉的污染。碳过滤器的好处是可以除去会造成膜污染的有机物,对于所有进水的处理比添加药剂更为可靠。但其缺点是碳会成为微生物的饲料,在碳过滤器中孳生细菌,其结果是造成反渗透膜的生物污染。

4软化预处理

原水中含有过量的结垢阳离子,如Ca2+、Ba2+和Sr2+等,需要进行软化预处理。软化处理的方法有石灰软化和树脂软化。

树脂软化

使用钠离子置换除去结垢型阳离子,如Ca2+、Ba2+、Sr2+,树脂交换饱和后用盐水再生。钠离子软化法在常压锅炉水处理中广泛应用。这种处理方法的弊端是耗盐量高,增加了运行费用,另外还有废水排放问题。

5微滤/超滤

采用超滤/微滤预处理工艺的反渗透系统叫做集成膜系统(IMS)。与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比,IMS设计具有一些明显的优势。

工艺流程

标准工艺流程如下:

井水(自来水)原水箱原水泵砂滤活性炭过滤全自动软化水设备保安过滤器反渗透主机纯净水箱杀菌器集中取水点。

为什么要设置自动冲洗功能

给水进入反渗透系统后分成两路,一路透过反渗透膜表面变成产水,另一路沿反渗透膜表面平行移动并逐渐浓缩,在这些浓缩的水流中包含了大量的盐分,甚至还有有机物、胶体、微生物和细菌、病毒等。在反渗透系统正常运行时,给水/浓水流沿着反渗透膜表面以一定的流速流动,这些污染物很难沉积下来,但是如果反渗透系统停止运行,这些污染物就会立即沉积在膜的表面,对膜元件造成污染。所以要在反渗透系统中设置自动冲洗系统,利用干净的水源对膜元件表面进行停运冲洗,以防止这些污染物的沉积。