第3章 水的預脫鹽(反滲透)

第三章反滲透預脫鹽

第一節(jié)反滲透脫鹽的基本原理第二節(jié)反滲透膜的選擇性透過原理第三節(jié)反滲透膜及反滲透裝置第四節(jié)反滲透裝置的預處理第五節(jié)反滲透裝置運行與維護第六節(jié)反滲透的后處理

第一節(jié)反滲透脫鹽的基本原理

一、反滲透脫鹽的原理

二、滲透壓

Ⅱ為滲透壓；R為氣體常數(shù)；T為水的絕對溫度；∑ci為溶質的摩爾濃度之和

Ko為系數(shù)，一般為(2-4)X10-5，具體數(shù)值可咨詢膜供應商；t為水溫，℃；TDS為總溶解固形物含量，mg/L。

溶劑自動地從低濃度的一側經(jīng)過半透膜流向高濃度的一側，這種自然現(xiàn)象叫做滲透。當在濃溶液上外加壓力（該壓力大于滲透壓）時，濃溶液中的溶劑就會通過半透膜流向稀溶液的一側，這種現(xiàn)象叫做反滲透。三、操作壓力

操作壓力是指反滲透裝置的實際運行壓力，它由滲透壓、反滲透裝置的水流阻力、維持膜足夠的透水速度的所必需的推動壓力所決定。實際操作壓力大致是滲透壓的5～20倍甚至更高一些。二、反滲透方程

Js—鹽的透過速度；B—為比例系數(shù)；c2—為鹽水側膜表面處鹽的濃度；c3—為淡水側膜表面處鹽的濃度；jv—為溶液(主要為水)的透過速度；A—為純水透過系數(shù)。

(1)孔徑小的膜對離子除去率高，膜透水能力下降。

(2)降低膜的介電常數(shù)或增加溶液的介電常數(shù)，可提高離子除去率。

(3)半徑大的離子除去率低。因為水溶液中離子都是水化的，半徑小的離子水化半徑大，所以水化半徑大的離子分離度高。例如，醋酸纖維素反滲透膜對離子除去率由高到低的順序是：Li+>Na+>K+，Cl->Br->I-。

(4)電荷高的離子分離度高。例如，某些離子除去率由高到低的順序為：PO34->SO42->Cl-，F(xiàn)e3+>Ca2+>Na+。

(5)離子濃度增加，進入膜孔中的離子增多，離子除去率下降。因此，應盡量避免濃差極化，防止膜表面濃度過度增加。

(6)溫度升高，離子進入膜孔中的量增加，但是由于溶劑透過速度增加更快，故透過液中離子濃度減少，離子除去率提高。

(7)上式中不含膜厚度這一物理量，說明離子除去率與膜厚度無關。但盡量降低膜的厚度，以減少透水阻力。三、反滲透系統(tǒng)常用術語（1）淡水：又稱滲透水、產品水，是反滲透系統(tǒng)的凈化水。（2）供水：又稱給水，是進入反滲透膜系統(tǒng)的供給水源。（3）濃水：又稱鹽水，是反滲透系統(tǒng)的濃縮廢液。（4）半透膜：允許溶液中溶劑透過而溶質卻不能透過的膜。（5）產水量：膜元件、膜組件系列或系統(tǒng)每小時生產淡水的能力。（6）膜元件：組成反滲透膜組件的單個反滲透膜濾元。（7）膜組件：含有一個或多個反滲透膜元件的壓力容器。（8）段：膜組件的濃水流經(jīng)下一組膜組件處理，流經(jīng)幾組膜組件即稱為幾段。（9）級：膜組件的產品水再經(jīng)下一組膜組件處理，產品水經(jīng)幾次膜組件處理即稱為幾級。（10）水通量：單位時間內透過膜元件（組件）單位膜表面的水量。（11）回收率：淡水與供水之比，以百分比表示?；厥章?%)=（12）脫鹽率：反滲透裝置或膜元件對鹽分（或特定物質）的脫除能力。脫鹽率(%)=（13）濃差極化：反滲透裝置在運行過程中，淡水透過后，膜界面層濃縮水中含鹽量和水之間往往會產生濃度差，嚴重時會形成很高的濃度梯度的現(xiàn)象，稱為濃差極化。（14）污染指數(shù)（SDI）：在一定壓力和標準間隔時間內，一定體積的水樣通過微孔濾（0.45μm）的阻塞率。第四節(jié)反滲透的預處理

預處理的目的是：防止懸浮物、微生物、膠體物質等附著在膜表面上或污堵；防止膜表面上結垢；防止膜受到機械損傷和化學損傷。1、溫度調整2、pH值調整3、除去懸浮物和膠體4、可溶性硅酸的控制5、防止結垢

6、防止鐵錳沉積7、殺菌處理

8、除去溶解性有機物

9、防止形成硅垢（SiO2）1、溫度調整設置自動加熱系統(tǒng)。溫度范圍：0～40℃2、pH值調整原水加酸的目的不僅是為了防止結垢，而且是為了防止膜的水解。(CA)使用的PH范圍為5～6；聚酰胺(PA)膜使用的PH范圍為3～103、除去懸浮物和膠體懸浮物和膠體顆粒除去，使進水的濁度和淤塞指數(shù)SDI(又稱污染指數(shù)FI)達到定值。用壓力調節(jié)閥調節(jié)給水壓力為30psi（0.21MPa）,用秒表和500mL量筒測出開始通水時，水連續(xù)通過0.45μm濾膜，流出500mL水所需要的時間t0，通水15min后，再次測定其流出

500mL水所需要的時間t15。4、可溶性硅酸的控制在pH=7的條件下，水溫25℃和40℃時SiO2的溶解度分別為120mg/L和160mg/L；提高水溫、提高pH值、石灰軟化原水、降低水的回收率和超濾等5、防止結垢產生結垢的物質一般為CaCO3、CaSO4、BaSO4、SiO2和CaF2等。加阻垢劑、降低回收率等采用離子交換軟化除去鈣離子等。加酸去除碳酸或重碳酸根離子6、防止鐵錳沉積曝氣除去鐵錳的措施，使鐵生成Fe(OH)3沉淀；加Na2SO3除去溶解氧，可阻止鐵錳氧化，使其保持溶解狀態(tài)。7、殺菌處理殺菌劑為氯化物，如Cl2，此外還有H2O2、O3和KMnO4等。消除余氯的方法主要有兩種：

(1)還原法：

Na2SO3＋HClO→HCl＋Na2SO4(2)吸附法：活性炭C＋2Cl2＋H2O→4HCl＋CO2一、反滲透進水水質項目FI濁度(FTU)含鐵量(mg/L)游離氯(mg/L)水溫℃水壓(MPa)pH值卷式醋酸纖維素膜建議值<4<0.2<0.10.2-1252.5～3.05～6最大值41O.11404.16.5中空纖式聚酰胺膜建議值30.2<0.10252.4～2.84～11最大值30.50.10.1402.811常規(guī)卷式復合膜建議值<4<0.2<0.10251.0～1.62～11最大值510.10.1454.111超低壓式復合膜建議值<4<0.2<0.10251.053～10最大值<510.10.1454.110二、預處理工藝

1．以地下水為水源的預處理工藝

2．以地表水為水源的預處理工藝

3．以海水為水源的預處理工藝4．以廢水為水源的預處理工藝三、除去懸浮固體

1、在預處理系統(tǒng)中設置：多層濾料過濾器、活性碳過濾器、軟化器、細砂過濾器、微濾器和超濾器等深度過濾裝置。多層濾料過濾器又稱多介質過濾器，常用無煙煤和石英砂所組成的雙層濾料過濾器；細砂過濾器常用粒徑為0.3～0.5mm石英砂，層高為800～1000mm，濾速約為5m/h；微濾器又稱精密過濾器，孔徑范圍0.01-350μm。五、保安過濾系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)中一般在兩處設置著精密過濾器：一是高壓泵進水管，二是清洗泵出水管。為了區(qū)分，前者稱為保安過濾器，后者稱為清洗過濾器。主要作用是除去水中粒徑大于20μm的雜質。保安過濾器外型火電廠反滲透二、反滲透裝置啟動前的檢查三、反滲透裝置的運行1、啟動、沖洗、投運的操作檢查完畢，開啟濃水排放氣動門，開啟淡水排放氣動門，開啟沖洗入口門，啟動沖洗水泵，沖洗反滲透裝置20分鐘。停洗水泵，關閉沖洗入口門，啟動高壓泵，緩慢開啟高壓泵出口電動門，關閉淡水排放氣動門、濃水排放氣動門，同時啟動阻垢劑加藥裝置，開始向淡水箱進水。調節(jié)反滲透裝置濃水排放手動門，控制產水流量60t/h，濃水流量20t/h。2、反滲透裝置的運行監(jiān)控

正常運行時，每2小時記錄總進水流量、濃水流量、淡水流量、一段進水壓力、二段進水壓力、濃水壓力、淡水壓力、濃水PH、淡水電導率。在正常運行時，入口水質應符合下列要求：溫度≤45℃，SDI＜3，余氯＜0.1mg/L，PH：3～10。反滲透正常運行時，每段壓差應小于0.25MPa。阻垢劑加藥系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法加藥時，反滲透必須停運。

3、反滲透裝置的停運

停阻垢劑加藥裝置，停高壓泵，關閉高壓泵出口電動門。開啟濃水排放氣動門、淡水排放氣動門，開啟沖洗入口門，啟動沖洗水泵，沖洗反滲透裝置20分鐘。停反滲透沖洗水泵，關閉沖洗入口門，關閉濃水排放氣動門、淡水排放氣動門。

注：反滲透裝置如短期退出運行時（不超過七天），膜元件必須浸泡在水溫5～30℃的合格水（即反滲透出水）中，每天啟動1～2小時，或每天低壓沖洗半小時。反滲透裝置如長期退出運行時，應先對膜進行化學清洗，然后采用1%的甲醛溶液加以保護。五、反滲透設備的清洗

1、清洗的一般原則：

a)在正常壓力下，如產品水流量比正常值下降10～15%。

b)為了維持正常的產品水流量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加了10～15%。

c)產品水的鹽透過率增加10～15%。

d)反滲透各段間壓差增加明顯，增加約10%。

2、清洗藥劑的選擇建議使用的常見清洗液：清洗液1：檸檬酸2%用氫氧化鈉調至PH=4.0-5.0清洗液2：三聚磷酸鈉2%EDTA四鈉鹽0.8%用硫酸調至

PH=10.0清洗液3：三聚磷酸鈉2%十二烷基苯磺酸鈉0.25%用硫酸調至PH=10.0

清洗液的最高使用溫度為40℃，在清洗碳酸鈣水垢時可不必加熱。4、反滲透的化學清洗程序膜的清洗方法是：使清洗液以低壓高流速狀態(tài)在膜的濃水側進行循環(huán)。步驟如下：1）首先開啟清洗箱充水門，在反滲透清洗溶液箱中注入反滲透產水，啟動清洗泵對膜進行沖洗并排放幾分鐘。2）然后在溶液箱中注入清洗液，開啟清洗泵入口門，清洗箱循環(huán)門，啟動泵打循環(huán)配制清洗液。3）開啟清洗過濾器入口門，用配制好的清洗液清洗反滲透裝置：低速循環(huán)清洗：對于8″的壓力容器，采用2.88～3.38t/h的清洗液流量，低速循環(huán)清洗5～15分鐘，這可以去除松散附著的污染物。中速循環(huán)清洗：對于8″的壓力容器，采用5.62～6.75t/h的清洗液流量，中速循環(huán)清洗5～15分鐘。高速循環(huán)清洗：對于8″的壓力容器約為8.0～10.0t/h的清洗液流量，循環(huán)清洗30～60分鐘。4）在清洗后段時，應使前段浸泡在清洗液中。有利于污染物的去除。5）全部清洗完畢后，開啟清洗箱排污門，排凈箱中的清洗液，并沖洗溶液箱，然后在溶液箱中注滿潔凈的反滲透產水，啟動泵沖洗膜元件，并排放幾分鐘。6）用清水洗膜之后，恢復系統(tǒng)、啟動反滲透裝置，在淡水排放門開啟狀態(tài)下運行，直到產水潔凈、無清洗劑泡沫為止。7）清洗過程中，當清洗過濾器的壓降超過0.07MPa時，則需更換濾芯，更換清洗劑時也應更換清洗過濾器的濾芯。六、反滲透的故障與原因(1)給水壓力低的原因可能是：給水流速不適當；系統(tǒng)泄漏；高壓泵入口水壓力不足或泵部漏氣、漏水；保安過濾器濾芯污堵；高壓泵故障。(2)給水壓力高的原因可能是：高壓泵出口門調節(jié)不當；從高壓泵到反滲透器之間的管道