二、反渗透系统的设计

技术资料汇编反渗透技术11武汉江扬环境保护设备工程有限公司

第二局部某厂反渗透预脱盐系统操作说明

#1双介质过滤器

#1活性炭过滤器

#1反渗透装置

技术资料汇编反渗透技术12武汉江扬环境保护设备工程有限公司第一局部反渗透系统根本介绍反渗透根本原理

〔Osmosis〕当把两种不同浓度的溶液分别置于半透膜〔只允许溶剂能过,而溶质不能透过的膜叫做半透膜〕的两侧时,溶剂自动地从低浓度的一侧流向高浓度的一侧,这种自然现象叫做渗透。渗透是自发进行的,无需外界的推动力。如果上述过程中溶剂是纯水,溶质是盐份,当用半透膜将它们分隔开时,溶剂水也会自发地从低浓度的一侧流向高浓度的一侧。此过程如图1〔a〕所示。〔ReverseOsmosis〕当在浓溶液上外加压力〔该压力大于渗透压〕时,浓溶液中的溶剂就会通过半透膜流向稀溶液的一侧,这种现象叫做反渗透,英文缩写为“RO〞。该过程如图1〔b〕所示。〔Osmosispressure〕在渗透过程中,溶剂不断地低浓度的一侧流向高浓度的一侧,高浓度一侧的液位不断上升,当上升到一定程度后,溶剂通过膜的净流量等于零,此时该过程到达平衡,与该液高度对应的压力称为渗透压,此过程如图1〔c〕所示。一般来说,渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度而与半透膜本身无关。通常可用以下公式计算渗透压:π=△CRTπ—渗透压,大气压;C—浓度压,摩尔/升;R—气体常数,·大气压/〔摩尔·K〕;T—绝对温度,°K。技术资料汇编反渗透技术13武汉江扬环境保护设备工程有限公司渗压透力压稀溶液浓溶液稀溶液浓溶液稀溶液浓溶液半透膜半透膜半透膜〔a〕〔b〕〔c〕〔a〕——渗透〔b〕——反渗透〔c〕——渗透压图1渗透及反渗透原理示意图

描述膜性能的主要指标有:产水量、透盐率、膜材料种类、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用pH值范围、对有机溶剂等化学药品的抵抗性以及水中游离***或氧化性物质的最高允许浓度等。其中产水量和脱盐率是两个最重要的指标,现分述如下:〔1〕产水量:QW=KW·〔△P-△π〕·A/T式中:QW—产水量 KW—与膜性能有关的系数△P—膜两侧的压差 △π—渗透压A—膜的面积 T—膜的厚度KW与膜的性能和水温有关,KW越大,说明膜的透水性越好。水通量:单位时间内单位膜面积上的产水量,单位为加仑/平方英尺·天〔GFD〕或升/平方米·分钟〔L/m2·h〕。〔2〕脱盐率:η=1-KS·△C·A/〔QS·T〕式中:η—脱盐率QS—进水盐浓度Ks—与膜性能有关的系数△C—膜两侧盐浓度差A—膜的面积T—膜的厚度技术资料汇编反渗透技术15武汉江扬环境保护设备工程有限公司Ks与膜的性质、盐的种类以及水温有关,Ks越小,说明膜的脱盐性能越好。相同面积和厚度的膜,其产水量与净驱动压力成正比,透盐率只与膜两侧浓度差成正比,而与压力无关。影响反渗透膜产水量和透盐率的几个主要因素是温度、pH值和压力。温度的影响:进水温度越高,水通量增加,但同时脱盐率会下降。pH值的影响:膜的脱盐率和水通量都随pH值变化而变化。约在接近中性条件下时,膜的脱盐率最高。压力的影响:压力越高,产水量越大。膜盐率与运行压力无直接关系。反渗透膜的其它性能指标:序号 性能 要求〔1〕耐压密性通水性能随时间衰减越小越好〔2〕耐氧化性耐溶解氧、余***等的氧化〔3〕耐酸碱性适合于广泛的PH范围〔4〕耐温性适合于较宽的温度范围〔5〕耐细菌侵蚀性抗微生物能力强〔6〕耐污染性能吸附污染物少、脱除容易

反渗透膜的种类很多,分类方法也很多。但大体上可按膜材料的化学组成和膜材料的物理结构来分类。按膜材料的化学组成大致可分为:醋酸纤维素膜和芳香族聚酰***膜〔复合膜〕。醋酸纤维素膜:醋酸纤维素膜〔CelluloseAcetate,简称CA〕是一种羟基聚合物,它一般是用纤维素经脂化生成的三醋酸纤维,再经过二次水解生成一、二、三醋酸纤维的混合物。这种膜的厚度约100um,具有非对称结构和较高的水透过性。醋酸纤维素膜的性能与其乙酰基含量有着密切的关系。乙酰基含量愈高,那么脱盐性能愈好,但产水量愈小。为了均衡脱盐性能和透水性能,~%的醋酸纤维。醋酸纤维是一种脂类,会发生水解,水解的结果将降低乙酰基的含量,使膜的性能受到损害,同时膜也更容易受到生物的侵袭。醋酸纤维素的水解与温度和PH值有关。温度越高,水解速度越快。在酸性和碱性条件下,水解速度都较快。所以通常控制PH值范围在5~6之间。技术资料汇编反渗透技术15武汉江扬环境保护设备工程有限公司芳香族聚酰***膜〔复合膜〕:有一层薄的脱盐表层和细孔众多的衬底,具有不对称结构。这种膜的最大优点是抗压实性较高、透水率较大和盐透过性较小。复合膜的化学稳定性好,醋酸纤维素膜相比,其性能上的差异主要有:复合膜的化学稳定性好,醋酸纤维素膜不可防止地会发生水解。例如醋酸纤维素膜连续运行允许PH范围为5~6,清洗时允许的PH范围为3~7,,这就导致预处理加酸量大,清洗时可选用的药品范围窄,不易获得满意的清洗效果,而复合膜连续运行允许的PH范围为3~10,清洗时允许的PH范围为2~11。复合膜的生物稳定性好,不易受微生物侵袭,而醋酸纤维素膜那么易受微生物侵袭。复合膜的传输性能好,即Kw大而Ks小。复合膜在运行中不易被压实,因此产水量不随使用时间的增长而有明显的改变,而醋酸纤维膜在运行中会被压紧,因而产水量不断下降。复合膜由于Kw大,其工作压力低,反渗透给水泵用电量与醋酸纤维膜相比几乎减少一半。醋酸纤维素膜的寿命一般较短,而复合膜那么相对较长。复合膜的缺点是抗***及其它氧化性物质较差,且价格较贵。按膜材料的物理结构大致可分为:① 均态膜:厚度均一,致密层厚,透水量小。② 非对称膜:厚度不均一,致密层薄,透水量大,强度好。复合膜属于非对称膜。按膜元件的构型可分为:平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维式膜。下节从膜元件的构型方面来谈谈工业用膜元件的构造及特点。

目前反渗透膜元件的构型主要有四种:平板式、管式、涡卷式和中空纤维式,但常用于水处理中的是涡卷式和中空纤维式两种。四种构型的膜元件各有其优缺点,它们之间各个方面的差异如下:技术资料汇编反渗透技术17武汉江扬环境保护设备工程有限公司系统投资费用:管式、平板式>中空纤维式、涡卷式设计灵巧性:涡卷式>中空纤维式>平板式>管式清洗方便性:平板式>管式>涡卷式>中空纤维式系统占地面积:管式>平板式>涡卷式>中空纤维式污堵的可能性:中空纤维式>涡卷式>平板式>管式耗能:管式>平板式>中空纤维式>涡卷式下面就两种最常见的膜元件——涡卷式和中空纤维式膜元件的构型作简要介绍。

涡卷式膜元件是一张平的半透膜按固定尺寸切割对开折叠,中间夹入一层织物支撑材料,然后将平膜折叠好,两边用胶水粘住,形成一个口袋,依次在每个口袋下面铺上一层隔网。口袋的开口端贴在中心多孔管上,沿着中心管卷绕依次迭好的多层口袋与隔网,将卷好的膜刷上环氧玻璃钢,经在防腐剂中浸过,上端装上挡板和浓水密封支撑,即成完整的膜元件,将该膜元件逐个在试验台上按给定条件进行产水量、脱盐率试验。给水是通过隔网沿膜外表流动,在压力作用下透过膜经织物支撑层螺旋形地流向中心管形成出水。将几个卷式膜元件装入圆筒形的压力容器内,两个膜元件之间用连接件连接,即形成一个反渗透器。目前直径8英寸的压力容器可装最多6个40英寸长的膜元件。由此种膜元件组装成的反渗透器在电厂锅炉补给水处理系统中应用日益广泛。涡卷型装置填充密度大,膜元件保持了反渗透膜的原始形,因此具有良好的渗透性能〔脱盐率高及透水量大〕;涡卷型由于它的涡卷结构,比其他型式易于操作。

由外径84~90微米,内径42~50微米的芳香聚酰***膜组成U型〔90~100万根中空纤维管状膜捆扎在一起〕管束,也可采用三醋酸纤维膜,以特殊环氧树脂将开口端粘结成管板,放入承压容器内。纤维管与环氧块就象一个小型热交换器的管板和管子一样。高压给水在中空纤维外侧流动;透过液在纤维管内流向管板,通过压力容器端部的管道收集于压力容器中。中空纤维管本身可承受70公斤/厘米2的运行压力。中空纤维型反渗透组件具有最大的填充密度,产水率高〔单位体积制水量可为涡卷型的1~3倍〕。由于中空纤维具有自支撑能力,容器内不需要支撑材料,这就使装置更为紧凑,这种型式对进水有较高的预处理要求〔SDI技术资料汇编反渗透技术17武汉江扬环境保护设备工程有限公司≤3〕;膜的制作相比照拟困难,价格较高,在电厂苦咸水处理中应用较少。反渗透系统的设计反渗透系统常用术语〔1〕淡水:又称渗透水、产品水,是反渗透系统的净化水。〔2〕供水:又称给水,是进入反渗透膜系统的供给水源。〔3〕浓水:又称盐水,是反渗透系统的浓缩废液。〔4〕半透膜:允许溶液中溶剂透过而溶质却不能透过的膜。〔5〕产水量:膜元件、膜组件系列或系统每小时生产淡水的能力。〔6〕膜元件:组成反渗透膜组件的单个反渗透膜滤元。〔7〕膜组件:含有一个或多个反渗透膜元件的压力容器。〔8〕段:膜组件的浓水流经下一组膜组件处理,流经几组膜组件即称为几段。〔9〕级:膜组件的产品水再经下一组膜组件处理,产品水经几次膜组件处理即称为几级。〔10〕水通量:单位时间内透过膜元件〔组件〕单位膜外表的水量。〔11〕回收率:淡水与供水之比,以百分比表示。淡水〔产水量〕回收率〔%〕=×100%供水量〔12〕脱盐率:反渗透装置或膜元件对盐分〔或特定物质〕的脱除能力。脱盐率〔%〕=进水物质含量—产水物质含量×100%进水物质含量〔13〕浓差极化:反渗透装置在运行过程中,淡水透过后,膜界面层浓缩水中含盐量和进水之间往往会产生浓度差,严重时会形成很高的浓度梯度的现象,称为浓差极化。〔14〕污染指数〔SDI〕:在一定压力和标准间隔时间内,一定体积的水样通过微孔滤膜〔〕的阻塞率。污染指数的测试方案见附件一。技术资料汇编反渗透技术18武汉江扬环境保护设备工程有限公司反渗透给水要求及预处理

污染反渗透膜元件的主要物质有:难溶盐、金属氧化物、微粒、胶体、细菌、氧化性物质、有机物、胶体硅等等。为减小反渗透膜元件的污染,延长膜的清洗周期和使用寿命,对反渗透系统的进水水质有一定的要求。一般来说,对于涡卷式复合膜,对反渗透系统进水有以下要求:工程建议值最大值SDI15值