膜崗位基礎(chǔ)知識培訓ppt課件

1、 膜污染和清洗膜污染和清洗過濾模式過濾模式我們使用的膜元件我們使用的膜元件影響反滲透的因素影響反滲透的因素反滲透的基本概念反滲透的基本概念 1、浸透：、浸透： 表述表述1：當把相同體：當把相同體積的稀溶液如淡積的稀溶液如淡水和濃液如海水和濃液如海水或鹽水分別置水或鹽水分別置于一容器的兩側(cè)，于一容器的兩側(cè)，中間用半透膜阻隔，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜，自然的穿過半透膜，向濃溶液側(cè)流動，向濃溶液側(cè)流動，這種現(xiàn)象稱之為滲這種現(xiàn)象稱之為滲透。透。 表述表述2：滲透是指稀：滲透是指稀溶液中的溶劑溶液中的溶劑(水分水分子子)自發(fā)地透過半透自發(fā)地透過半透膜膜(反滲透膜

2、或納濾反滲透膜或納濾膜膜)進入濃溶液進入濃溶液(濃水濃水)側(cè)的溶劑側(cè)的溶劑(水分子水分子)流流動現(xiàn)象。動現(xiàn)象。 定義為某溶液在自然定義為某溶液在自然滲透的過程中，濃溶液側(cè)滲透的過程中，濃溶液側(cè)液面不斷升高，稀溶液側(cè)液面不斷升高，稀溶液側(cè)液面相應降低，直到兩側(cè)液面相應降低，直到兩側(cè)形成的水柱壓力抵銷了溶形成的水柱壓力抵銷了溶劑分子的遷移，溶液兩側(cè)劑分子的遷移，溶液兩側(cè)的液面不再變化變化，滲的液面不再變化變化，滲透過程達到平衡點，此時透過程達到平衡點，此時的液柱高差稱為該濃溶液的液柱高差稱為該濃溶液的滲透壓。的滲透壓。 3、反滲透：、反滲透： 在濃溶液側(cè)，施在濃溶液側(cè)，施加一個大于滲透壓的壓加一個

3、大于滲透壓的壓力，使?jié)馊芤褐械娜軇┝Γ節(jié)馊芤褐械娜軇┩ㄟ^半透膜向稀溶液流通過半透膜向稀溶液流動，此種溶劑的流動方動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相向與原來滲透的方向相反，這一過程稱為反滲反，這一過程稱為反滲透。透。 4、反滲透原理：、反滲透原理： 即在進水即在進水(濃溶濃溶液液)側(cè)施加操作壓力以克側(cè)施加操作壓力以克服自然滲透壓，當高于服自然滲透壓，當高于自然滲透壓的操作壓力自然滲透壓的操作壓力施加于濃溶液側(cè)時，水施加于濃溶液側(cè)時，水分子自然滲透的流動方分子自然滲透的流動方向就會逆轉(zhuǎn)，進水向就會逆轉(zhuǎn)，進水(濃溶濃溶液液)中的水分子部分通過中的水分子部分通過膜成為稀溶液側(cè)的凈化膜成為稀溶液

4、側(cè)的凈化產(chǎn)水產(chǎn)水 允許溶劑分子允許溶劑分子透過而不允許溶質(zhì)透過而不允許溶質(zhì)分子透過的一種功分子透過的一種功能性的半透膜稱為能性的半透膜稱為反滲透膜。反滲透膜。 無紡布聚砜支撐層超薄分離層聚酯材料增強無紡布，約聚酯材料增強無紡布，約120m厚；厚；聚砜材料多孔中間支撐層，聚砜材料多孔中間支撐層，約約40m厚；厚；聚酰胺材料超薄分離層，聚酰胺材料超薄分離層，約約0.2m厚。厚。 超薄分離層是反滲超薄分離層是反滲透和納濾過程中真正具透和納濾過程中真正具有分離作用的功能層有分離作用的功能層 6、膜元件： 將反滲透或納濾膜膜片與進水流道網(wǎng)格、產(chǎn)水流道材料、產(chǎn)水中心管和抗應力器等用膠粘劑等組裝在一起，能實

5、現(xiàn)進水與產(chǎn)水分開的反滲透或納濾過程的最小單元稱為膜元件；膜元件密封膠產(chǎn)水隔網(wǎng)進水隔網(wǎng)進水濃水產(chǎn)水7、膜組件：、膜組件：膜元件安裝在受壓力的壓力容器外殼內(nèi)構(gòu)成膜元件安裝在受壓力的壓力容器外殼內(nèi)構(gòu)成膜組件；膜組件；8、膜裝置：、膜裝置： 由膜組件、儀由膜組件、儀表、管道、閥門、表、管道、閥門、高壓泵、保安濾高壓泵、保安濾器、就地控制盤器、就地控制盤柜和機架組成的柜和機架組成的可獨立運行的成可獨立運行的成套單元膜設(shè)備稱套單元膜設(shè)備稱為膜裝置，反滲為膜裝置，反滲透過程通過該膜透過程通過該膜裝置來實現(xiàn)裝置來實現(xiàn) 9、膜系統(tǒng)：、膜系統(tǒng)： 針對特定水源條件和產(chǎn)水要求設(shè)計的，由針對特定水源條件和產(chǎn)水要求設(shè)計的

6、，由預處理、加藥裝置、增壓泵、水箱、膜裝置和預處理、加藥裝置、增壓泵、水箱、膜裝置和電氣儀表連鎖控制的完整膜法水處理工藝過程電氣儀表連鎖控制的完整膜法水處理工藝過程稱為系統(tǒng)。稱為系統(tǒng)。問題問題:我們的膜系統(tǒng)由哪些部分組成我們的膜系統(tǒng)由哪些部分組成? 濃差極化濃差極化 在反滲透過程中，由在反滲透過程中，由于膜的選擇滲透性，于膜的選擇滲透性，溶劑從高壓側(cè)透過膜，溶劑從高壓側(cè)透過膜，而溶質(zhì)被膜截留，其而溶質(zhì)被膜截留，其濃度在膜表面處升高，濃度在膜表面處升高，同時發(fā)生從膜表面向同時發(fā)生從膜表面向水體的回擴散。當這水體的回擴散。當這兩種傳質(zhì)過程達到動兩種傳質(zhì)過程達到動態(tài)平衡時，膜表面處態(tài)平衡時，膜表面處

7、的濃度的濃度C2高于主體溶高于主體溶液濃度液濃度C1，這種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫濃差極化。叫濃差極化。 C2 /C1 稱為濃差極化度。稱為濃差極化度。 產(chǎn)水背壓產(chǎn)水背壓 如果產(chǎn)水管線在運行如果產(chǎn)水管線在運行和系統(tǒng)停機時帶壓，和系統(tǒng)停機時帶壓，膜元件就可能會遭遇膜元件就可能會遭遇靜態(tài)的產(chǎn)水背壓。為靜態(tài)的產(chǎn)水背壓。為了避免膜元件因背壓了避免膜元件因背壓產(chǎn)生膜片復合層的剝產(chǎn)生膜片復合層的剝離破壞，離破壞， 任何情況下，凈背壓任何情況下，凈背壓不得高于不得高于0.3bar(5psi)， 產(chǎn)水通量和脫除率是反滲透過程中的產(chǎn)水通量和脫除率是反滲透過程中的關(guān)鍵參數(shù)，針對特定系統(tǒng)條件，水通量和關(guān)鍵參數(shù)，針對特定系統(tǒng)

8、條件，水通量和脫除率是膜的本征特性，而膜系統(tǒng)的水通脫除率是膜的本征特性，而膜系統(tǒng)的水通量和脫除率則主要受壓力、溫度、回收率、量和脫除率則主要受壓力、溫度、回收率、進水含鹽量和進水含鹽量和pH值影響。值影響。 產(chǎn)水通量產(chǎn)水通量 單位膜面積上單位膜面積上透過液的流率，通透過液的流率，通常以每小時每平方常以每小時每平方米升數(shù)米升數(shù)(L/m2h)或每或每天每平方英尺加侖天每平方英尺加侖數(shù)表示數(shù)表示 (gfd) 回收率回收率 指膜系統(tǒng)中指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過液的百分率或透過液的百分率 脫鹽率脫鹽率 通過反滲透膜從通過反滲透膜從系統(tǒng)進水中除去總可系統(tǒng)進水中除去總可溶性的雜質(zhì)濃度的

9、百溶性的雜質(zhì)濃度的百分率分率 脫除率脫除率 通過反滲透膜從通過反滲透膜從系統(tǒng)進水中除去某種系統(tǒng)進水中除去某種特定雜質(zhì)濃度的百分特定雜質(zhì)濃度的百分率率 正如圖正如圖1所示，透過膜的水通量增加與進所示，透過膜的水通量增加與進水壓力的增加存在直線關(guān)系，增加進水水壓力的增加存在直線關(guān)系，增加進水壓力也增加了脫鹽率，但是兩者間的變壓力也增加了脫鹽率，但是兩者間的變化關(guān)系沒有線性關(guān)系，而且達到一定程化關(guān)系沒有線性關(guān)系，而且達到一定程度后脫鹽率將不再增加。度后脫鹽率將不再增加。由于由于RO對進水中的溶解性鹽類不可能絕對進水中的溶解性鹽類不可能絕對完美地截留，總有一定量的透過量，對完美地截留，總有一定量的透過

10、量，隨著壓力的增加，因為膜透過水的速率隨著壓力的增加，因為膜透過水的速率比傳遞鹽分的速率快，這種透鹽率的增比傳遞鹽分的速率快，這種透鹽率的增加得到迅速地克服。但是，通過增加進加得到迅速地克服。但是，通過增加進水壓力提高鹽分的排除率有上限限制，水壓力提高鹽分的排除率有上限限制，正如圖正如圖1脫鹽率曲線的平坦部分所示那樣，脫鹽率曲線的平坦部分所示那樣，超過一定的壓力值，脫鹽率不再增加，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。某些鹽分還會與水分子耦合一同透過膜。 圖1.進水壓力對通量和脫鹽率的作用脫鹽率產(chǎn)水通量壓 力產(chǎn)水通量脫鹽率 如圖如圖2所示，膜系統(tǒng)產(chǎn)水所示，膜系統(tǒng)

11、產(chǎn)水電導對進水溫度的變化非電導對進水溫度的變化非常敏感，隨著水溫的增加，常敏感，隨著水溫的增加，水通量幾乎線性地增大，水通量幾乎線性地增大，這主要歸功于透過膜的水這主要歸功于透過膜的水分子的粘度下降、擴散能分子的粘度下降、擴散能力增加。增加水溫會導致力增加。增加水溫會導致脫鹽率降低或透鹽率增加，脫鹽率降低或透鹽率增加，這主要是因為鹽分透過膜這主要是因為鹽分透過膜的擴散速率會因溫度的提的擴散速率會因溫度的提高而加快所致。高而加快所致。 圖2. 進水溫度對通量和脫鹽率的作用產(chǎn)水通量(恒定壓力)脫鹽率(恒定通量)溫 度產(chǎn)水通量(恒定壓力)脫鹽率(恒定通量) 滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度和種類的函

12、數(shù)，鹽濃度增加，滲透壓也增加，因此需要逆轉(zhuǎn)自然滲透流動方向的進水驅(qū)動壓力大小主要取決于進水中的含鹽量。圖4表明，如果壓力保持恒定，含鹽量越高，通量就越低，滲透壓的增加抵銷了進水推動力，同時如圖4所示，水通量降低，增加了透過膜的鹽通量(降低了脫鹽率)。脫鹽率水通量原水濃度圖4. 增加鹽濃度對通量和脫鹽率的影響水通量脫鹽率通過對進水施加壓力當通過對進水施加壓力當濃溶液和稀溶液間的自濃溶液和稀溶液間的自然滲透流動方向被逆轉(zhuǎn)然滲透流動方向被逆轉(zhuǎn)時，實現(xiàn)反滲透過程。時，實現(xiàn)反滲透過程。如果回收率增加如果回收率增加(進水壓進水壓力恒定力恒定)，殘留在原水中，殘留在原水中的含鹽量更高，自然滲的含鹽量更高，自

13、然滲透壓將不斷增加直至與透壓將不斷增加直至與施加的壓力相同，這將施加的壓力相同，這將抵銷進水壓力的推動作抵銷進水壓力的推動作用，減慢或停止反滲透用，減慢或停止反滲透過程，使?jié)B透通量降低過程，使?jié)B透通量降低或甚至停止或甚至停止(參見圖參見圖5) 圖5. 增加回收率對通量和脫鹽率的影響脫鹽率水通量回收率水通量脫鹽率 膜脫鹽率特膜脫鹽率特性取決于性取決于pH值，值，水通量也會受到水通量也會受到影響，圖影響，圖6表明表明FILMTEC FT30膜在寬廣的膜在寬廣的pH范范圍內(nèi)水通量和脫圍內(nèi)水通量和脫鹽率鹽率 相當穩(wěn)定。相當穩(wěn)定。 圖6. 進水pH對水通量和脫鹽率的影響水脫鹽率pH 值水通量脫鹽率增 加

14、產(chǎn)水量透鹽率有效壓力有效壓力 溫度溫度 進水含鹽量進水含鹽量 回收率回收率 表示增加；表示增加；表示降低。表示降低。 1#膜系統(tǒng)使用膜系統(tǒng)使用18支支BW30-365 FR膜元件膜元件 2#膜系統(tǒng)使用膜系統(tǒng)使用20支支HSRO-390FF 膜元件膜元件 陶氏陶氏FILMTEC膜元件膜元件 美國美國 原裝進口膜元件原裝進口膜元件產(chǎn)品種類 TW：自來水元件(TapWater) BW：苦咸水元件(BrackishWater) SW：海水膜元件 (SemiconductorGrade) RO：反滲透濃縮分離元件 (ReverseOsmosis) HSRO：熱消毒元件HeatSanitizableRev

15、erseOsmosis) 膜元件有效面積或元件尺寸 - (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)產(chǎn)品特征 FR：抗污染元件 (FoulingResistant) FF：充滿外殼衛(wèi)生型元件(FullFit)膜元件直徑 25：2.5英寸 40：4.0英寸 80 ： 8.0英寸膜元件長度 21：21英寸 40：40英寸 優(yōu)點：優(yōu)點： 膜元件初始壓力差低，可以容納更多的污染物，化學膜元件初始壓力差低，可以容納更多的污染物，化學清洗周期更長；清洗周期更長；

16、 膜元件污染后，化學清洗時間短，易于清洗干凈。膜元件污染后，化學清洗時間短，易于清洗干凈。 缺陷：缺陷： 給水隔網(wǎng)越厚意味著更小的膜面積，單位面積上的水給水隔網(wǎng)越厚意味著更小的膜面積，單位面積上的水通量更大；通量更大； 需要更大的沖洗流速來保證紊流和邊界層效果；需要更大的沖洗流速來保證紊流和邊界層效果； 以上情況均有可能導致膜表面的污染速度增加。以上情況均有可能導致膜表面的污染速度增加。 陶氏陶氏FILMTECHSRO熱消毒型反滲透膜熱消毒型反滲透膜元件產(chǎn)水水質(zhì)好，能經(jīng)受熱水的消毒處理。元件產(chǎn)水水質(zhì)好，能經(jīng)受熱水的消毒處理。由先進的全自動生產(chǎn)線生產(chǎn)的由先進的全自動生產(chǎn)線生產(chǎn)的HSRO元件元件具

17、有膜工業(yè)界最高的有效膜面積，這一高具有膜工業(yè)界最高的有效膜面積，這一高膜面積允許系統(tǒng)設(shè)計成更低的運行通量或膜面積允許系統(tǒng)設(shè)計成更低的運行通量或者保持相同通量使用較少的膜元件以節(jié)省者保持相同通量使用較少的膜元件以節(jié)省系統(tǒng)成本。元件采用無外殼的系統(tǒng)成本。元件采用無外殼的full-fit的結(jié)構(gòu)，的結(jié)構(gòu)，消除了標準膜元件與壓力容器內(nèi)壁間的死消除了標準膜元件與壓力容器內(nèi)壁間的死水區(qū)，適用于有特殊衛(wèi)生要求的應用場合。水區(qū)，適用于有特殊衛(wèi)生要求的應用場合。且所有的部件均符合且所有的部件均符合FDA的標準的標準 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品編號有效膜面積ft2 (m2)運行壓力psi (bar)產(chǎn) 水 量gpd (m3/d)

18、穩(wěn)定脫鹽率Cl-HSRO-390-FF170701/92564390 (36)150 (10.3)9,000 (34)99.5HSRO-390-FF曾被命名為曾被命名為SG30-390-HS。單只元件的最小脫鹽率。單只元件的最小脫鹽率98.0%。產(chǎn)水量和脫鹽率是基于測試條件：產(chǎn)水量和脫鹽率是基于測試條件：2000ppm NaCl，壓力為上表值，壓力為上表值，25C，15%回收率?；厥章?。元件投運前必須進行穩(wěn)定性處理，在此過程中，會出現(xiàn)一次性的通量下降。元件投運前必須進行穩(wěn)定性處理，在此過程中，會出現(xiàn)一次性的通量下降。上表的規(guī)范值為經(jīng)過穩(wěn)定處理后的性能數(shù)據(jù)。上表的規(guī)范值為經(jīng)過穩(wěn)定處理后的性能數(shù)據(jù)

19、。膜的類型 聚酰胺復合膜最高運行溫度45oC(113oF)最高熱消毒溫度(1.75bar，25psi) 85oC最高運行壓力 600psi(41bar)最大壓差 15psi(1.0bar)連續(xù)運行pH范圍 211短時清洗pH范圍(30分鐘) 112最大給水污染指數(shù) SDI 5最大給水濁度1NTU游離氯容忍量 0.1ppm滲透液膜錯流過濾進水進水濃水濃水產(chǎn)水產(chǎn)水進水進水濃水濃水錯流過濾錯流過濾 首先，切向流速能使原水中的污染物隨濃水排出首先，切向流速能使原水中的污染物隨濃水排出; ; 其次，切向流速能產(chǎn)生紊流破壞膜表面的濃差極化層其次，切向流速能產(chǎn)生紊流破壞膜表面的濃差極化層; ; 因此，我們需

20、要保證單只膜元件回收率不超過因此，我們需要保證單只膜元件回收率不超過15%;15%;切向流速切向流速 濃水回流提高了系統(tǒng)回收率；濃水回流提高了系統(tǒng)回收率； 膜元件回收率仍然維持膜元件回收率仍然維持15%15%，符合設(shè)計要求；，符合設(shè)計要求； 濃差極化得到了有效控制；濃差極化得到了有效控制； 沖洗流速得到保證；沖洗流速得到保證； 濃水濃縮倍數(shù)是濃水濃縮倍數(shù)是(1-(1-系統(tǒng)回收率系統(tǒng)回收率) )的倒數(shù)。的倒數(shù)。進膜進膜=1=1產(chǎn)水產(chǎn)水=0.15=0.15濃水濃水=0.85=0.85回收率回收率=15%=15%提升系統(tǒng)回收率提升系統(tǒng)回收率排放排放=0.15=0.15回流回流=0.70=0.70進泵

21、進泵=1=1進水進水=0.3=0.3膜回收率膜回收率=15%=15%系統(tǒng)回收率系統(tǒng)回收率=50%=50% 由于水不斷透過膜，使由于水不斷透過膜，使膜表面鹽水和進口鹽水膜表面鹽水和進口鹽水間產(chǎn)生一個濃度差，阻間產(chǎn)生一個濃度差，阻礙鹽分擴散。濃差極化礙鹽分擴散。濃差極化使鹽水滲透壓加大，在使鹽水滲透壓加大，在操作壓力不變的情況下，操作壓力不變的情況下，有效推動力減少，從而有效推動力減少，從而造成透水速度和除鹽率造成透水速度和除鹽率下降，另外還可能引起下降，另外還可能引起某些微溶性鹽在膜表面某些微溶性鹽在膜表面析出結(jié)垢。析出結(jié)垢。 【污堵】定義為有機物和膠體在膜面上的沉積。 膠體和顆粒污堵可嚴重地影

22、響反滲透及納濾元件的性能，如大幅度降低產(chǎn)水量，有時也會降低系統(tǒng)脫鹽率，膠體和顆粒污染的初期癥狀是系統(tǒng)壓差的增加。 反滲透進水中的淤泥和膠體的來源有相當大的差異，通常包括細菌、粘土、膠體硅和鐵的腐蝕產(chǎn)物。圖1. 淤積指數(shù)測量儀2.1bar15分鐘后測量膜直徑47mm孔徑0.45m預處理產(chǎn)水開始500毫升所需時間t0最后500毫升所需時間t15穩(wěn)壓閥測量儀器測量儀器47 mm直徑測試膜盒直徑測試膜盒47 mm測試用膜片測試用膜片(孔徑孔徑0.45m)15bar(1070psi)壓力表壓力表調(diào)壓針型閥調(diào)壓針型閥圖圖1為為SDI測量裝置測量裝置測量步驟測量步驟將測試膜片小心放在測試膜盒內(nèi)，用少許水潤將測試膜片小心放在測試膜盒內(nèi)，用少許水潤濕膜片，擰緊濕膜片，擰緊“O形密封圈，將膜盒垂直放置，形密封圈，將膜盒垂直放置，還應注意膜片有正反面的區(qū)別還應注意膜片有正反面的區(qū)別調(diào)節(jié)進水壓力至調(diào)節(jié)進水壓力至2.1bar(30psi)并立即計量開始并立即計量開始過濾過濾500mL水樣的時間水樣的時間t0(通過連續(xù)不斷的調(diào)節(jié)，通過連續(xù)不斷的調(diào)節(jié)，使進水壓力始終保持不變使進水壓力始終保持不變)在進水壓力為在進水壓力為2.1bar(30psi)下連續(xù)過濾下連續(xù)過濾15分鐘分鐘15分鐘后繼續(xù)記錄過