反滲透的原理及其應(yīng)用

關(guān)于反滲透的原理及其應(yīng)用反滲透工作原理

反滲透：當(dāng)在濃溶液上加壓力，且該壓力大于于滲透壓時，濃溶液中的水就會通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這一過程是滲透的相反的程。

滲透：水從稀溶液一側(cè)通過半透膜向濃溶液一側(cè)自發(fā)流動的過程。純水鹽溶液半透膜滲透壓(b)滲透平衡純水鹽溶液半透膜(a)滲透純水鹽溶液半透膜外加壓力(c)反滲透第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透的簡單流程圖給水產(chǎn)品水qV,f,cfqV,b,cb濃水qV,p,cp第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透的基本原理滲透壓的計算：滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度和溫度而與半透膜本身無關(guān)。計算公式如下（僅適用于稀溶液）：

π＝CRTπ—滲透壓（kg/cm2）

C—離子濃度（摩爾/升）

R—氣體常數(shù)（等于0.082升·大氣壓/摩爾·°k）

T—絕對溫度（°k）

如計算3％NaCL（近于海水）在25℃時的滲透壓：

C=（30/58.5）×2＝1.026摩爾/升

π＝CRT＝1.026×0.082×（273＋25）＝24.4（kg/cm2）第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

影響反滲透性能的因素產(chǎn)水通量和脫鹽率是反滲透過程中的關(guān)鍵參數(shù)，針對特定系統(tǒng)條件，水通量和脫鹽率主要受壓力、溫度、回收率、進(jìn)水含鹽量和pH值的影響?；娟P(guān)系式

1、產(chǎn)水率：QW＝KW×A×（△P－△π）/dQW—產(chǎn)品水流量KW—溫度校正系數(shù)（取決于膜的類型和溫度）A—膜表面積△P—膜兩側(cè)的壓力△π—膜兩側(cè)的滲透壓d—膜厚度

2、鹽通量：QS＝KS×A×△C/dQS—鹽通量KS—鹽透過系數(shù)（取決于膜的類型和溫度）A—膜表面積△C—膜兩側(cè)的濃度剃度△π—膜兩側(cè)的滲透壓

第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

影響反滲透性能的因素進(jìn)水壓力對通量和脫鹽率的作用脫鹽率產(chǎn)水通量進(jìn)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)脫鹽率水通量回收率增加鹽濃度對通量和脫鹽率的影響增加回收率對通量和脫鹽率的影響脫鹽率水通量壓力溫度原水濃度第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

影響反滲透性能的因素水通量脫鹽率pH值第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透原理1、反滲透裝置重要指標(biāo)水的回收率Y(以％表示)：qV,f

給水流量，m3/hqV,p

產(chǎn)水流量，m3/h2、反滲透裝置重要指標(biāo)水的脫鹽率SR(以％表示)：cf

，cp

分別為給水和產(chǎn)水的濃度，mol/L或cfA

平均給水濃度，mol/L第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天RO原理簡介給水產(chǎn)水濃水75％回收率100m3/h75m3/h25m3/h90％脫鹽率100mg/l鈣離子10mg/l鈣離子360mg/l鈣離子第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透－分離機(jī)理氫鍵理論

Reid）等人提出的，基于一些離子和分子能夠通過膜的氫鍵的結(jié)合而發(fā)生聯(lián)系，從而通過這些聯(lián)系發(fā)生線形排列型的擴(kuò)散來進(jìn)行傳遞

優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論

索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附——毛細(xì)孔流理論

溶解-擴(kuò)散理論

Lonsdale和Riley

第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天氫鍵理論膜的表面層膜的表面層雜質(zhì)等離子第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論膜元件膜元件純水界面{主體溶液壓力第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5．反滲透工藝流程反滲透工藝一般包括預(yù)處理和膜分離兩部分。預(yù)處理可以用物理化學(xué)法，也可以用化學(xué)法。所采取的預(yù)處理方法與原水的物理、化學(xué)性質(zhì)及生物學(xué)特性有關(guān)，還與膜裝置的結(jié)構(gòu)有關(guān)。第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天預(yù)處理l）調(diào)整和控制pH值及進(jìn)水溫度，根據(jù)反滲透膜允許使用的溫度和pH值范圍。

2）去除水中0.3～1μm以上的懸浮固體及膠體，用混凝沉淀和精密過濾相結(jié)合工藝,用5～25μm過濾介質(zhì)，去除水中懸浮固體。

3）去除可溶性、膠體狀和懸浮性有機(jī)物，采用氯或次氯酸鈉氧化可有效地也可根據(jù)有機(jī)物的種類采用活性炭去除。第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4)要控制水的回收率（為防止在膜表面形成硬垢）；或?qū)⑦M(jìn)水pH值調(diào)整在5～6，以控制水中碳酸鈣及磷酸鈣的形成；亦可采用石灰法去除水中的鈣鹽；可借助投加六偏磷酸鈉防止硫酸鈣沉淀。

5)細(xì)菌、藻類、微生物易使膜表面產(chǎn)生軟垢，用消毒法抑制其生長。

6)超濾也可作為反滲透的預(yù)處理法以去除水中的油、膠體、微生物等物質(zhì)。預(yù)處理第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天常見的預(yù)處理方法的選擇1.化學(xué)氧化功能：利用強(qiáng)氧化劑分解水中有機(jī)污染物的一種化學(xué)處理方法。常用氧化劑：氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯、高錳酸鉀2.藥劑軟化目的：使水中所含的硬度在藥劑作用下形成難溶性化合物而被去除的方法。常用氧化劑：磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、石灰、純堿3.介質(zhì)過濾目的：顆粒物質(zhì)的去除。常用介質(zhì)：石英砂、石榴石或無煙煤等4.混凝-絮凝目的:降低顆粒懸浮物和膠體常用混絮凝藥劑:三氯化鐵和硫酸亞鐵第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天常見的預(yù)處理方法的選擇5.活性炭吸附目的：去除水中有機(jī)物、膠體、微生物、余氯、嗅味等常用活性炭類型：粉狀及粒狀活性炭，作為反滲透預(yù)處理粒狀活性炭比較常用6.微濾或超濾

目的：去除水中的懸浮物質(zhì)及一部分溶解有機(jī)物質(zhì)常用的超濾膜材料：聚偏氯乙烯、聚砜、聚烯烴、聚醚砜、聚丙烯晴、纖維素類等7.保安過濾目的:為了防止預(yù)處理中未能完全去除或新產(chǎn)生的懸浮顆粒進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，保護(hù)高壓泵和反滲透膜常用濾芯類型：燒結(jié)濾管、熔噴式纖維濾芯和蜂房濾芯等第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天膜組件的組裝示意圖進(jìn)水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、單組件系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)配置1、單段系統(tǒng)

高壓泵

進(jìn)水濃水產(chǎn)水

保安過濾器單支膜元件濃水循環(huán)

高壓泵

進(jìn)水濃水產(chǎn)水

保安過濾器6支膜元件6支膜元件6支膜元件第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透系統(tǒng)運行方式：1、多段式排列系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)配置1、多級系統(tǒng)

高壓泵6支膜元件

進(jìn)水濃水產(chǎn)水

保安過濾器6支膜元件6支膜元件6支膜元件6支膜元件6支膜元件

二級濃水回一級

進(jìn)水

高壓泵

保安過濾器RO1

一級產(chǎn)水

二級產(chǎn)水RO2第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)配置反滲透系統(tǒng)的設(shè)計步驟：1、考慮進(jìn)水水源、水質(zhì)，進(jìn)水和產(chǎn)水流量以及所需的產(chǎn)水水質(zhì)。2、選擇系統(tǒng)排列和級數(shù)。3、膜元件的選擇。4、膜平均通量的確定。5、計算所需的元件數(shù)量。6、計算所需的壓力容器數(shù)。7、段數(shù)的確定

8、確定排列比

9、分析和優(yōu)化膜系統(tǒng)

10、運用反滲透計算軟件進(jìn)行系統(tǒng)模擬運算第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天按孔徑分類的分離膜第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天主要膜分離過程

第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天卷式膜結(jié)構(gòu)中心管產(chǎn)品水濃水ATD進(jìn)水方向流道膜片膜片流道外殼材料收集通道第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天反滲透膜的分類和結(jié)構(gòu)原水原水流道網(wǎng)原水透過水流道網(wǎng)膜膜透過水集水管濃水第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天膜分離技術(shù)特點（一）膜分離是一個高效的分離行為；90%的乙醇水溶液、N2和H2的分離,與萃取等的對比。能耗非常低；相比傳統(tǒng)分離：蒸餾、蒸發(fā)、等多數(shù)分離過程的工作溫度在室溫；在醫(yī)藥工業(yè)、生物技術(shù)、食品加工等方面第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天膜分離技術(shù)特點（二）規(guī)模和處理能力可在很大范圍內(nèi)變化，而其效率、設(shè)備單價、運行費等變化不大；設(shè)備體積小、占地較少等；可以方便的插入現(xiàn)行生產(chǎn)工業(yè)，不必進(jìn)行較大改變。膜分離設(shè)備本身沒有運動的部件，很少需要維護(hù)，可靠度很高；第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天

3、膜清洗工藝物理法化學(xué)法水力清洗水氣混合清洗逆流清洗海棉球清洗主要采用減壓后高速的水力沖洗借助氣液與膜面發(fā)生剪切作用卷式或中空纖維式組件。將反向壓力施加于支撐層，引起膜透過液的反向流動，以松動和去除膜進(jìn)料側(cè)活化層表面污染物內(nèi)壓管式組件。依靠水力沖擊使直徑稍大于管徑的海棉球流經(jīng)膜面，以去除膜表面的污染物，氫氧化鐵：1%～2%的檸檬酸銨水溶液無機(jī)沉垢：檸檬酸鈉水溶液用鹽酸將pH值調(diào)至4～5膠體污染體