反滲透系統(tǒng)的技術(shù)原理及流程.doc

反滲透系統(tǒng)的設(shè)計流程反滲透也成為逆滲透，英文名稱為：REVERSE OSMASIS(RO).。反滲透技術(shù)室當(dāng)今最先進(jìn)、最節(jié)能、效率最高的分離技術(shù)。其技術(shù)以壓力差為推動力，從溶液中分離出容易的膜分離操作。對膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過他的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。它已廣泛應(yīng)用于太空水、純凈水、蒸餾水等制備；酒類制造及降度用水；醫(yī)藥、電子燈行業(yè)用水的前期制備；化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備；鍋爐補給水除鹽軟水；海水、苦咸水淡化；造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水處理。反滲透原理反滲透原理是在高于溶液滲透壓的壓力下，借助于只允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分離，從而達(dá)到純凈水的目的。當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當(dāng)施加的壓力達(dá)到某一數(shù)值的時候，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當(dāng)施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是誰的反滲透（RO）處理的基本原理。反滲透膜是由具有高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合纖維素組成的。他的孔徑為0.1納米-1納米，即一百億分之一米（相當(dāng)于大腸桿菌大小的千分之一，病毒的百分之一）。其孔徑很小可以去除濾液中的離子范圍和分子量很小的重金屬、農(nóng)藥、細(xì)菌、病毒、雜質(zhì)等徹底分離。整個工作原理均采用物理法，不添加任何殺菌劑和化學(xué)物質(zhì)，所以不會發(fā)生化學(xué)變相。并且反滲透膜并不分離溶解氧，所以通過此法生產(chǎn)得出的純水是活水，喝起來清甜可口。反滲透膜對透過的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱之為半透膜。一般將只能滲透溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜視為理想的半透膜。當(dāng)把相同體積的稀溶液，如淡水河濃液，比如海水或鹽水分別置于一容器的兩側(cè)，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜，向濃溶液側(cè)流動，濃溶液側(cè)的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達(dá)到滲透平衡狀態(tài)，此種壓力差即為滲透壓。滲透壓的大小決定于濃液的種類，濃度和溫度與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在濃溶液側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力時，濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反，這一過程成為反滲透。反滲透系統(tǒng)參數(shù)定義回收率：膜系統(tǒng)中的回收率指的是給水/進(jìn)水流量轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水/透過液的百分率比值。通常膜系統(tǒng)的設(shè)計是依照預(yù)設(shè)的進(jìn)水水質(zhì)而定，因此在濃水管道上設(shè)置濃水閥可以調(diào)節(jié)并設(shè)定回收率?；厥章食３ＯＭ畲蠡员惬@得最大的產(chǎn)水量，但是應(yīng)該以膜系統(tǒng)內(nèi)不會因鹽類雜質(zhì)的過飽和發(fā)生沉淀為它的極限值。脫鹽率：通過反滲透膜從系統(tǒng)進(jìn)水中除去總可溶性的雜質(zhì)濃度的百分率，或通過納濾膜脫出特定組分如二價例子或有機(jī)物的百分?jǐn)?shù)。透鹽率：脫鹽率的相反值，它是進(jìn)水中溶解性的雜質(zhì)成分透過膜的百分率。滲透液：經(jīng)過膜系統(tǒng)產(chǎn)生的凈化產(chǎn)水。流量：流量是指進(jìn)入膜元件的進(jìn)水流率，常以每小時立方米(m/h)或者每分鐘加侖（gpm）表示。濃水流量是指離開膜元件系統(tǒng)的未透過膜的那部分的進(jìn)水流量。這部分濃水含有從原水水源帶入的可溶性的組分，常以每小時立方米(m/h)或者每分鐘加侖（gpm）表示。通量：以單位膜面積透過液的流率，通常以每小時每平方升（l/mh）或每天每平方英尺加侖表示（gfd）稀溶液：凈化后的水溶液，為反滲透或納濾系統(tǒng)的產(chǎn)水。濃溶液：未透過膜的那部分溶液，如反滲透或納濾系統(tǒng)的濃縮水。2013.8.22技術(shù)資料影響反滲透性能表現(xiàn)的因素在反滲透膜系統(tǒng)操作中的種種因素如壓力、溫度、回收率、進(jìn)水含鹽量和ph值將會影響反滲透膜系統(tǒng)的產(chǎn)水通量和透出率的參數(shù)。而通過這些參數(shù)便可顯示出反滲透膜的性能表現(xiàn)。壓力進(jìn)水的壓力將會影響RO膜的產(chǎn)水通量和脫鹽率。水分子從稀溶液側(cè)透過膜進(jìn)入濃溶液側(cè)的流動稱之為滲透，反滲透技術(shù)即是在進(jìn)水水流側(cè)方施加操作壓力以克服自然滲透壓。當(dāng)施加在弄溶液側(cè)方的操作壓力高于滲透壓的時候，水分子自然滲透的流動方向?qū)荒孓D(zhuǎn)，部分進(jìn)水（濃溶液）通過膜成為稀溶液側(cè)的凈水。由于RO膜不可能絕對截留進(jìn)水中的溶解性鹽類，因此隨著壓力的增加總有一定量的透過量，因為膜透過水的速率比傳遞鹽分的速率快，這種透鹽率的增加得到迅速的克服。但是，通過增加進(jìn)水壓力提高鹽分的排除率有上限限制，當(dāng)超過一定的壓力值，脫鹽率不再增加，某些鹽分還會與水分子耦合一同透過膜?？偨Y(jié)來說，隨著壓力的增加，透過膜的水通量也會隨著增加。此外，增加進(jìn)水壓力也增加了脫鹽率，但是兩者間的變化關(guān)系并沒有線性關(guān)系，當(dāng)達(dá)到一定程度的脫鹽率的時候，將不會再增加。溫度當(dāng)反滲透膜系統(tǒng)的進(jìn)水溫度上升導(dǎo)致透過膜的水分子的粘度下降以及擴(kuò)散能力增加，因此隨著水溫的增加，水桶量幾乎線性地增大。水溫的增加會導(dǎo)致脫鹽率降低或透鹽率增加，這主要是因為鹽分透過膜的擴(kuò)散速率會因溫度的提高而加快所致。能夠承受高溫的反滲透膜元件能夠增加了其操作能力范圍，這對清洗操作也很重要，因為其大范圍的操作能力可以承受更強烈和更快的清洗程序。鹽濃度進(jìn)水的鹽濃度指標(biāo)將會影響系統(tǒng)里的滲透壓，鹽濃度的增加會使到滲透壓也隨之增加，因為滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度和種類的函數(shù)，所以如要逆轉(zhuǎn)自然滲透流動方向的進(jìn)水驅(qū)動壓力的大小，必須控制進(jìn)水中的含鹽量。當(dāng)壓力保持不變，進(jìn)水含鹽量越高便會使通量減低，因為滲透壓的增加抵消了進(jìn)水推動力?；厥章十?dāng)在同樣的進(jìn)水壓力下提高膜系統(tǒng)回收率，這將會使系統(tǒng)里的滲透壓增加，而迫使?jié)B透量減少。這是因為在高回收率的原水擁有較高的含鹽量，自然滲透壓將不斷增加直至與施加的壓力相同，這將會抵消進(jìn)水壓力的推動作用使反滲透過程減慢甚至停止，這也大大提高了鹽類沉淀在膜面上的傾向而引發(fā)的結(jié)垢問題。PH值Ph值對反滲透膜元件有兩個方面的影響。第一，墨系統(tǒng)正常運作時對脫鹽率的影響；第二，清洗時ph值對清洗效果的影響。在ph7左右，反滲透膜享有最高的脫鹽率，隨著ph值的變化，膜系統(tǒng)的透鹽率也跟著增加，ph值范圍寬的反滲透膜允許我們采用更強烈，更快和更有效的化學(xué)清洗程序，但過高或過低的Ph值很有可能造成膜損害。針對目前化肥企業(yè)鍋爐用水采用傳統(tǒng)的離子交換法存在酸堿消耗大、污染嚴(yán)重、水質(zhì)穩(wěn)定性差、自動化程度低、設(shè)備運行有維修費用高等缺點，大多數(shù)企業(yè)在水處理系統(tǒng)改造時逐漸采用反滲透技術(shù)。由于化肥企業(yè)鍋爐及工藝用水具有用水量大、水質(zhì)要求高、原水水質(zhì)較差且系統(tǒng)投資大等特點，反滲透系統(tǒng)設(shè)計方案是否科學(xué)合理將會直接影響到系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)、可靠運行。 處理系統(tǒng)設(shè)計 反滲透系統(tǒng)能否安全有效運行，預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計是否合理至關(guān)重要。一般而言，地下水水質(zhì)含鹽量大、水質(zhì)穩(wěn)定，污染指數(shù)SDI低，微生物含量低，預(yù)處理較為簡單，但需加強原水阻垢處理。地表水含鹽量低但水質(zhì)不穩(wěn)定，隨季節(jié)變化大，懸浮物、膠體、有機(jī)物和微生物含量高，SDI高，極易產(chǎn)生膜的污堵，對它的預(yù)處理要比地下水復(fù)雜的多。 設(shè)計者應(yīng)根據(jù)用戶提供的水源常規(guī)分析項目水中的各類陰、陽離子、及綜合分析項目（SDI、濁度、BOD、COD）指標(biāo)來確定合理的預(yù)處理方案。 設(shè)計多介質(zhì)過濾器時地表水應(yīng)確保濾速小于10m/h，地下水水質(zhì)較好時可控制在15 m/h以下。 處理還原態(tài)井水中的二價鐵，通常采用的方法是曝氣法和錳砂過濾除鐵法。 使用市政自來水作為原水時要特別注意游離氯的含量，當(dāng)游離氯的含量大于0.1mg/L時應(yīng)進(jìn)行脫氯處理，余氯可以通過活性炭或化學(xué)還原劑還原為無害的氯離子，一般在小型系統(tǒng)中采用活性炭法，而在大型系統(tǒng)中通常采用化學(xué)還原劑法。 活性炭脫氯的反應(yīng)過程如下： C+2CI2+2H2O 4HCI+CO2 在有些情況下，炭床被可能成為微生物的滋生場所，微生物也會引起膜的污染，所以還需要采取措施降低微生物的生長。 偏亞硫酸鈉（SMBS）是最常用于脫除游離氯的還原劑，其它的還原劑如二氧化硫，但與SMBS相比，價格沒有競爭力。偏亞硫酸鈉（SMBS）溶于水時形成亞硫酸鈉（SBS）： Na2S2O5+H2O 2NaHSO3 然后SBS按如下反應(yīng)還原成鹽酸： NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4 SMBS雖然脫氯速度很快，為了保證完全反應(yīng)，推薦使用表態(tài)混合器，以使溶液充分混合均勻。 為了安全起見還應(yīng)在混合下游安裝氧化還原電極（ORP）檢測氯的含量，當(dāng)檢測到余氯時，電極信號將激活報警并停止高壓泵。 針對一些水質(zhì)較差的地表水，應(yīng)考慮采用超濾（UF）作為預(yù)處理，超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機(jī)大分子、細(xì)菌、微生物等雜質(zhì)，經(jīng)超濾處理后水的SDI1,但超濾(UF)裝置投資較大,操作維護(hù)較復(fù)雜。 進(jìn)水來自經(jīng)混凝、澄清處理后的地表水，水溫隨季節(jié)變化較大，而反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水量受水溫的變化影響較大，在壓力恒定的條件下，水溫每變化1，其產(chǎn)水量大致增減2.7%；為了彌補因冬季水溫較低而致使反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水量下降的情況，同時考慮運行成本，應(yīng)考慮采用熱交換器將原水加熱使其維持在20左右。如暫時無換熱條件，在設(shè)計反滲透系統(tǒng)時應(yīng)特別注意溫度這一因素。 為了防止在反滲透膜濃水側(cè)溶解性物質(zhì)因不斷濃縮達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出（結(jié)垢），在大型系統(tǒng)中防止結(jié)垢的辦法通常采用添加阻垢劑。 阻垢劑的選型及投加量取決于原水水質(zhì)，大型系統(tǒng)推薦選用進(jìn)口多元共聚復(fù)合阻垢劑，它可以提高水中的難溶物質(zhì)的飽和度。其作用機(jī)理分別為：抑制析出作用、分散作用、晶格扭