反滲透膜分離制高純水試驗

1、、實驗?zāi)康?(1)熟悉反滲透法制備超純水的工藝流程;(2)掌握反滲透膜分離原理及操作技能;(3)了解測定反滲透膜分離的主要工藝參數(shù)掌握利用電導(dǎo)法確定鹽濃度的方法。實驗原理工業(yè)化應(yīng)用的膜分離包括微濾(Microfiltration,MF)、 超濾(Ultra巾ltration,UF)、 納濾(Nanofiltration,NF)、反滲透(RO)、滲透汽化(Pervaporation,PV)和氣體分1-10?小分子物質(zhì)，反滲透膜能截留水體中絕大多數(shù)的溶質(zhì)。反滲透凈水就是以壓力為推動力，利用反滲透膜只能透過水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從含有多種無機物、有機物和微生物的水體中，提取純凈水的物質(zhì)分離過

2、程。其原理如圖1。圖2反滲透與滲透現(xiàn)象如圖(a)所示，用半透膜將純水與咸水分開，則水分子將從純水一側(cè)通過膜向咸水一側(cè)透過，結(jié)果使咸水一側(cè)的液位上升，直到某一高度，此所謂滲透過程。如圖（b）所示，當(dāng)滲透達到動態(tài)平衡狀態(tài)時，半透膜兩側(cè)存在一定的水位差或壓力差，此為指定溫度下溶液的滲透壓No反滲透膜通常認為是表面致密的無孔膜，可截留如圖（c）所示，當(dāng)咸水一側(cè)施加的壓力P大于該溶液的滲透壓N,可迫使?jié)B透反向，實現(xiàn)反滲透過程。此時，在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高，超過純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，使咸水得到淡化，這就是反滲透脫鹽的基本原理。通常，膜的性能是指膜

3、的物化穩(wěn)定性和膜的分離透過性。膜的物化穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是：膜材料、膜允許使用的最高壓力、溫度范圍、適用的PH范圍，以及對有機溶劑等化學(xué)藥品的抵抗性等。膜的分離透過性指在特定的溶液系統(tǒng)和操作條件下，脫鹽率、產(chǎn)水流量和流量衰減指數(shù)。根據(jù)膜分離原理，溫度、操作壓力、給水水質(zhì)、給水流量等因素將影響膜的分離性能。三、實驗內(nèi)容反滲透膜是實現(xiàn)反滲透的過程的關(guān)鍵，要求具有較好的分離透過性和物化穩(wěn)定性。反滲透膜的分離透過性可用以下幾個參數(shù)來描述：1 .溶質(zhì)分離率（脫鹽率）RR=式中，.二二一：二二%透過液溶質(zhì)濃度，kmol/m32 .溶劑透過速率（水通量）Jw“，劃式中，V-透過楙湘，LS-反髓麻質(zhì)面札9-操作

4、帥，h3 .水的回收率YQpQpr=x100%=x100%QPQP+QM式中，：二i/h/hQM伍加和航Eh4 .濃縮倍數(shù) CFQF1QM7本實驗主要實驗內(nèi)容是：a）測定不同進料流速對膜分離效率的影響，即在同一操作壓力下，改變總進料速度，記錄不同的濃縮液流速、透過液流速及出口純水電阻值；b）計算水通量，作出J-8曲線；c）計算出脫鹽率和回收率；d）分析操作條件變化對反滲透效果的影響。四、實驗裝置與設(shè)備4.1實驗流程本裝置采用反滲透膜過濾與離子交換技術(shù)相結(jié)合，以城市自來水為原料，制備超純水供實驗室特殊分析使用，出水水質(zhì)可自動檢測，裝置操作簡單，穩(wěn)定性好，具有很高的實用價值圖 3 純水制備流程理想

5、的反滲透膜應(yīng)耐化學(xué)和微生物侵蝕，使之在運行過程中膜的分離性能和機械性能保持穩(wěn)定。因此，反滲透凈水工藝不是單一的反滲透脫鹽過程，還應(yīng)包括預(yù)處理過程，就是通過一些物化手段去除原水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)，使其滿足反滲透膜處理的進水要求，保護反滲透膜的正常使用。同時，經(jīng)過反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過95%但透過液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率、TOC旨標(biāo)一般還達不到高純水要求，工業(yè)上通常采用混床樹脂處理，對水中剩余的陰陽離子進行交換，使水進一步得到凈化。最后，采用紫外殺菌，可降低水中的TOC本實驗以自來水為原水，設(shè)計了預(yù)處理（活性炭、精濾）、反滲透脫鹽、混床樹脂處理及紫外線殺菌等凈化單元，研究了自

6、來水深度處理的反滲透凈水工藝。流程示意圖如圖4所示。裝置流程圖如圖4所示。圖 4 反滲透膜分離制高純水裝置流程圖4.2主要設(shè)備1）自來水預(yù)過濾器：10英寸活性炭預(yù)過濾和5Nm精過濾；2）原料儲槽：容積50升，材質(zhì)ABS工程塑料；4.3Y預(yù)過濾器：材質(zhì)工程塑料，進口；4）增壓泵：型號FLUID-O-TECH1533,進口；5）壓力控制器：型號FannioFNC-K20;6）反滲透膜組件：2521型低壓反滲透膜，純水通量40-45L/H，脫鹽率冷8%7）膜殼：2521型不銹鋼膜殼；8）電導(dǎo)儀：型號RM-220,在線檢測純水電阻儀；9）流量計：規(guī)格10-100L/H和17L/M,面板式有機玻璃轉(zhuǎn)子流

7、量計；10）紫外殺菌器：在線流過式殺菌器；11）核級混合樹脂床，約3公斤；12）管道及閥門：UPVC管閥；13）不銹鋼電控柜及不銹鋼支架。五、實驗操作步驟漀甀爀椀攀爀一攀眀.關(guān)閉系統(tǒng)排空閥，打開凈水出口閥、超純水出口閥；漀甀爀椀攀爀一攀眀.接通自來水與預(yù)過濾系統(tǒng)，過濾水進入儲槽；漀甀爀椀攀爀一攀眀.接通電源，打開總電源開關(guān)；漀甀爀椀攀爀一攀眀.打開泵回路閥、濃水旁路閥，將濃水流量閥調(diào)至最大；漀甀爀椀攀爀一攀眀.儲槽中有一定水位高度后開啟輸液泵，取儲槽中水樣，測定其電導(dǎo)率漀甀爀椀攀爀一攀眀.水正常循環(huán)后（注意排氣），逐步關(guān)閉泵回路閥和濃水旁路閥，調(diào)節(jié)壓力閥，使系統(tǒng)壓力（膜進口壓力）控制在1.0-

8、1.5Mpa內(nèi)某一值；漀甀爀椀攀爀一攀眀.若制備超純水，切換閥到混合樹脂床，純水可單獨收集，打開濃水出口閥,濃水直接排放，調(diào)節(jié)一定的自來水進水流速，保持儲槽內(nèi)水位基本不變；漀甀爀椀攀爀一攀眀.穩(wěn)定2030分鐘后出口水質(zhì)基本穩(wěn)定， 記錄出口純水電阻值，同時記錄濃縮液、透過液流量，計算回收率；漀甀爀椀攀爀一攀眀.適當(dāng)打開泵回路閥，改變總進料速度，重復(fù)第68操作步驟，比較3個不同流量下超純水的水質(zhì)變化；漀甀爀椀攀爀一攀眀.停車時，先打開壓力調(diào)節(jié)閥、旁路閥及泵回路閥，使系統(tǒng)壓力小于0.2Mpa,再關(guān)閉輸液泵及總電源，隨后關(guān)閉自來水進水。六、實驗數(shù)據(jù)處理a)數(shù)據(jù)記錄溫度：25c;膜面積：1m2;操作壓力

9、自來水123平均電導(dǎo)率(ms/cm)372375373373.3溫度：25C;操作壓力0.25MPa;濃縮液流量：4.9L/min;透過液流量：78L/h;實驗組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)28.128.228.228.17純水電導(dǎo)率(ms/cm)8.107.938.058.03溫度：25C;操作壓力0.30MPa;濃縮液流量：4.8L/min;透過液流量：83L/h;實驗組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)29.129.329.229.2純水電導(dǎo)率(ms/cm)9.339.499.349.39溫度：25C;操作壓力0.375MPa;濃縮液流量：4.3L/min;透過液流量：94L/

10、h;實驗組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)30.630.631.030.73純水電導(dǎo)率(ms/cm)10.9711.0510.9811b)數(shù)據(jù)處理根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析整理得出不同水型總含鹽量(導(dǎo)率(or)(pS/crn)和水溫(t)()之間存在下列關(guān)系式：i-i價型水：c=網(wǎng)1M瞄力沖n-n價型水：c=0.5140*黑7止,招脫d斑重碳酸鹽型水：C二OB382e0001B：St=J3：00口期。二04381/：加吐出0/一九州2噸“er11脂1C)(mg/L)與電不均齊價型天然水:對于不清楚水的離子組成，暫不能確定其水型時，可作如下考慮，當(dāng)常溫下電導(dǎo)率小于1200ms/cm時，可按重

11、碳酸鹽型水處理，電導(dǎo)率大于1500ms/cm時，可按I-I價型水處理，其余則按不均齊價型水處理。實驗舉例:RO系統(tǒng)進水壓力為0.6MPa時，濃水壓力0.5MPa,濃水流量13.5L/min,純水3.2L/min,水溫29.2C。進水電導(dǎo)548ms/cm;純水電導(dǎo)10.3ms/cm;NF系統(tǒng)操作壓力為0.6MPa時，濃水壓力0.47MPa,濃水流量11L/min,產(chǎn)水6L/min,水溫29.2C。進水電導(dǎo)536ms/cm;產(chǎn)水電導(dǎo)124ms/cm;根據(jù)以上原則，不確定水中離子具體組成，且電導(dǎo)率小于1200ms/cm可按重碳酸鹽型水處理：-=一透過.量5透過液凍量QP+濃縮液流量QM純水鹽濃度C=

12、0.8382g微犯82必一皿對產(chǎn)9=4.0127mg/L凈水鹽濃度C=08382mom由2吻湎=i5,5813mg/L進水鹽濃度C=08382/.加】監(jiān)限/年限)皿=取鉆解純水回收率y7878+19X60X100%=20.97%純水脫鹽率=1-透過液濃度進水鹽濃度15.5813254,4882X100%=98.429b凈水脫鹽率=1-透過液濃度進水鹽濃度155813254,4882X100%=93.88%實驗組數(shù)123透過液流量 QP（L/h）788394濃縮液流量 QM（L/min）4.94.84.3純水回收率 Y0.20970.22370.2670操作壓力（MPa）0.250.300.37

13、5進水電導(dǎo)率（ms/cm）373.3373.3373.3進水鹽濃度（mg/L）254.4882254.4882254.4882凈水電導(dǎo)率（ms/cm）28.1729.230.73鹽濃度（mg/L）15.581316.198017.1174脫鹽率0.93880.93640.9327純水電導(dǎo)率（ms/cm）8.039.3911鹽濃度（mg/L）4.01274.75215.6386脫鹽率0.98420.98130.9778七、結(jié)果及討論根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，在不同的操作壓力下，反滲透效果不同；隨著操作壓力的增大，純水回收率增大，純水和凈水的鹽濃度也隨之增大，脫鹽率下降，反滲透效果隨之降低。實驗誤差分析：

14、由于實驗裝置存在較為嚴重的系統(tǒng)誤差，認為讀取流量計讀數(shù)不準，造成誤差1）分析超純水水質(zhì)隨回收率變化的原因?純水電導(dǎo)率隨著回收率的增大而增大，原因：膜的截留能力有限，膜有損耗，所以操作壓力增大，導(dǎo)致更多的水喝水中的雜質(zhì)透過膜，回收率增大，同時純水鹽濃度增大。2）結(jié)合反滲透脫鹽與離子交換技術(shù)，說明本工藝的優(yōu)點？在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高，超過純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，使咸水得到淡化；經(jīng)過反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過95%，但透過液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率一般還達不到高純水要求，通常采用混床樹脂處理，對水中剩余的陰陽離子進行交換，使水進一步得到凈化。本實驗脫鹽率在98%以上。設(shè)備操作簡單，穩(wěn)定性好，脫鹽率高。3）反滲透膜是耗材，膜組件受污染后有哪些特征？如果與處理不當(dāng)或不夠，會發(fā)生結(jié)垢和污染現(xiàn)象。反滲透膜組件結(jié)垢和污染不單是產(chǎn)水水質(zhì)惡化、產(chǎn)水率下降、系統(tǒng)壓降增大、能耗增加，透過液的回收率降低，制得高純水電導(dǎo)率升高；壓力變化離子濃度相應(yīng)變化。如不及時清洗還會對摸造成不可逆的損傷，縮短膜壽命，嚴重時必須提前更換膜元件。4）常規(guī)的樹脂再生，是如何實現(xiàn)的？常規(guī)的樹脂再生，可從堿液