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反渗入内部机闭及事务道理讲诉

  反渗透内部结构及工作原理讲诉_工作总结/汇报_总结/汇报_实用文档。反渗透内部结构及工作原理 一、 反渗透脱盐的原理 在一定的温度下,用一张易透水而难透盐的半透膜将淡水和 盐水隔开〔如图(a)〕,淡水即透过半透膜向盐水方向移动,随着 右室盐水侧液位升高,产生一定的

  反渗透内部结构及工作原理 一、 反渗透脱盐的原理 在一定的温度下,用一张易透水而难透盐的半透膜将淡水和 盐水隔开〔如图(a)〕,淡水即透过半透膜向盐水方向移动,随着 右室盐水侧液位升高,产生一定的压力,阻止左室淡水向盐水侧 移动,最后达到平衡,如图(b)所示。此时的平衡压力称为溶液 的渗透压,这种现象称为渗透现象。若在右室盐水侧施加一个超 过渗透压的外压〔如图(c)〕,右室盐溶液中的水便透过半透膜向 左室淡水中移动,使淡水从盐水中分离出来,此现象与渗透现象 相反,称反渗透现象。 由此可知,反渗透脱盐的依据是①半透膜的选择透过性,即 有选择地让水透过而不允许盐透过;②盐水室的外加压力大于盐 水室与淡水室的渗透压力,提供了水从盐水室向淡水室移动的推 动力。一些溶液的典型渗透压力见下表。 反渗透现象图解 (a)渗透;(b)渗透平衡;(c)反渗透 化合物 浓度/(mg/L) NaCl 35000 NaCl 1000 NaHCO3 1000 Na2SO4 1000 MgSO4 1000 MgCl2 1000 渗透压/kPa 化合物 浓度/(mg/L) 渗透压/kPa 2742.2 CaCl2 1000 57.19 78.55 蔗糖 1000 7.23 88.2 葡萄糖 1000 13.78 41.34 海水 32000 2400 24.80 苦咸水 2~5000 105~280 66.83 上述用于隔离淡水与盐水的半透膜称为反渗透膜。反渗透膜多用高分子材 料制成,目前,用于火电厂的反渗透膜多为芳香聚酰胺复合材料制成。 RO(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用压力差为动力的 膜分离过滤技术,其孔径小至纳米级(1纳米=10-9米 ),在一定 的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离 子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法透过RO膜,从而使可 以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。 反渗膜的工作原理图如下: 二、反渗透膜的主要特性 1 膜分离的方向性和分离特性 实用性反渗透膜均为非对称膜,有表层和支撑层,它具有明 显的方向性和选择性。所谓方向性就是将膜表面置于高压盐水中 进行脱盐,压力升高膜的透水量、脱盐率也增高;而将膜的支撑 层置于高压盐水中,压力升高脱盐率几乎为0,透水量却大大增加。 由于膜具有这种方向性,应用时不能反向使用。 反渗透对水中离子和有机物的分离特性不尽相同,归纳起来 大致有以下几点: (1)有机物比无机物容易分离。 (2)电解质比非电解质容易分离。高电荷的电解质更容易分离,其 去除率顺序一般如下: Al3+ Fe3+ Ca2+ Na+ PO43- SO42-Cl对于非电解质,分子越大越容易去除。 (3)无机离子的去除率与离子水合状态中的水合物及水合离子半径 有关。水合离子半径越大,越容易被除去,去除率顺序如下: Mg2+、Ca2+ Li+ Na+ K+;F- Cl- Br-NO3(4)对极性有机物的分离规律: 醛醇胺酸,叔胺仲胺伯胺,柠檬酸酒石酸苹果酸乳酸 醋酸; (5)对异构体: 叔(tert-) 异(iso-) 仲(sec-) 原(pri-) (6)有机物的钠盐分离性能好,而苯酚和苯酚的衍生物则显示了负 分离。极性或非极性、离解或非离解的有机溶质的水溶液,当它 们进行膜分离时,溶质、溶剂和膜间的相互作用力,决定了膜的 选择透过性,这些作用包括静电力、氢键结合力、疏水性和电子 转移四种类型。 (7)一般溶质对膜的物理性质或传递性质影响都不大,只有酚或某 些低分子量有机化合物会使醋酸纤维素在水溶液中膨胀,这些组 分的存在,一般会使膜的水通量下降,有时还会下降的很多。 (8)硝酸盐、高氯酸盐、氰化物、硫代氰酸盐的脱除效果不如氯化 物好,铵盐的脱除效果不如钠盐。 (9)而相对分子质量大于150的大多数组分,不管是电解质还是非电 解质,都能很好脱除。 此外,反渗透膜对芳香烃、环烷烃、烷烃及氯化钠等的分离 顺序是不同的。 在实际工作中,有许多工作是相互制约的。因此在理论指导的 前提下,必须进行试验验证,掌握物质的特性或规律,正确运用 反渗透技术,这点是十分重要。 2、反渗透水处理装置 反渗透水处理装置是包括从保安过滤器的进口法兰至反渗透淡 水出水法兰之间的整套单元设备。包含保安过滤器、高压泵、反 渗透本体装置、电气、仪表及连接管线、电缆等可独立运行的装 置。此外包含化学清洗装置和反渗透阻垢剂加药装置。 2.1 保安过滤器 为保证反渗透本体的安全运行,即使有良好的预处理系统,仍 需要设置精密过滤设备,起安全保障作用,故称之为保安过滤器 (也有技术资料中称精密过滤器)。在反渗透系统中,保安过滤 器不应作为一般运行过滤器使用,仅应作保安过滤使用,通常设 在高压泵之前。保安过滤器有多种结构形式,常用如图3-5所示, 滤元固定在隔板上,水自中部进入保安过滤器内,隔板下部出水 室引出,杂质被阻留在滤元上。 反渗透水处理系统选择的过滤精度一般为5?m。这种滤元的 优点是过滤精度高,制造方便,价格便宜,使用安全,杂质不易 穿透,但反洗和化学清洗效果不明显,只能一次性使用,当运行 压差达到0.2MPa左右时需要更换滤元。 滤元 进水 出水室 排污阀 出水 图3-5 保安过滤器 2.2高压泵 反渗透膜运行时,需要经高压泵将水升至规定的压力后送入, 才能完成脱盐过程。目前火电厂使用的高压泵有离心式、柱塞式 和螺杆式等多种形式,其中,多级离心式水泵使用最广泛。这种 泵的特点是效率较高,可以达到90%以上,节省能耗。 2.3反渗透本体 反渗透本体是将反渗透膜组件用管道按照一定排列方式组合、 连接而成的组合式水处理单元。单个反渗透膜称膜元件,将一只 或数只反渗透膜元件按一定技术要求串接,与单只反渗透膜壳组 装构成膜组件。 (1)膜元件 反渗透膜元件由反渗透膜和支撑材料等制成的具有工业使用功 能的基本单元。目前在火电厂中应用的主要是卷式膜元件。 目前各膜制造商针对不同行业用户,生产出多种用途的膜元件。 在火电厂应用的膜元件按照水源特点大致可分为:高压海水脱盐 反渗透膜元件;低压和超低压苦咸水脱盐反渗透膜元件;抗污染 膜元件。下表中分别列出了这几种膜的性能参数对比。 膜元件类型 海水膜元件SW30HR系列 低压苦咸水膜元件(包含抗 污染膜)BW30系列 超低压苦咸水膜元件XLE 系列 进水压力((bar) 脱盐率(%) 25 99.7 10 99.4 5 98.6 测定条件 膜通量30L/(m2.h),2000mg/L NaCl溶液,25℃,pH 7~8,回收率10%,4英寸长膜 元件 进水 出水 淡水 进水 淡水 出水 超薄脱盐层 支撑织物 刚性支撑层 图3-7 卷式膜元件断面图 我厂所使用的膜元件型号为BW30-400/34i,30表示水流通道 为30mil,400表示有效面积为400ft2,制造单位为陶氏,每套反渗 透共有168根膜组件,每根1米,材料为聚丙烯酰胺。 膜元件的基本要求是: A、尽可能高的膜装填密度。 B、不易浓差极化 C、抗污染能力强 D、清洗和更换膜方便 E、价格便宜 (2)膜壳 反渗透本体装置中用来装载反渗透膜元件的承压容器称为膜 壳,又称“压力容器”,制造单位为海德能,每根压力容器长大 约7米。 膜壳的外壳一般由环氧玻璃钢布缠绕而成,外刷环氧漆。也 有部分生产商的产品为不锈钢材质的膜壳。由于玻璃钢具有较强 的耐腐蚀性能,目前,国内大多数火电厂选用玻璃钢材质的膜壳。 我厂压力容器的材质为玻璃钢,英文缩写为FRP。 膜组件 BW 30(LE)— 365(FR) 抗污染膜元件 膜元件有效面积(平方英尺) 火电厂常用规格如下: BW30:365、400; SW:320、380; BW30LE:440 LE : 低 压 低 耗 能 ( 对 应 BW) HR:高脱盐率(对应SW) FT30系列膜片 TW:低含盐量水膜元件 BW:苦咸水膜元件 SW:海水膜元件 三、影响反渗透水处理系统性能的因素 针对特定的系统条件,水通量和脱盐率是反渗透膜的特性,而影 响反渗透本体的水通量和脱盐率因素较多,主要包括压力、温度、回收率、 进水含盐量和pH值等影响因素。 (1)压力的影响 反渗透进水压力直接影响反渗透膜的膜通量和脱盐率。如图所示, 膜通量的增加与反渗透进水压力呈直线关系;脱盐率与进水压力成线性关 系,但压力达到一定值后,脱盐率变化曲线趋于平缓,脱盐率不再增加 。 (2)温度影响 如图所示,脱盐率随反渗透进水温度的升高而降低。而产水 通量则几乎呈线性地增大。主要是因为,温度升高,水分子的粘 度下降,扩散能力强,因而产水通量升高;随着温度的提高,盐 分透过反渗透膜的速度也会加快,因而脱盐率会降低。原水温度 是反渗透系统设计的一个重要参考指标。如某电厂在进行反渗透 工程技改时,设计时原水水温按25℃计算,计算出来的进水压力 为1.6MPa,而系统实际运行时水温只有8℃,进水压力必须提高 至2.0MPa才能保证淡水的设计流量。导致的后果是,系统运行能 耗增加,反渗透装置膜组件内部密封圈寿命变短,增大了设备的 维护量。 (3)含盐量的影响 水中盐浓度是影响膜渗透压的重要指标,随着进水含盐量的增 加,膜渗透压也增大。图3-18所示,在反渗透进水压力不变的情 况下,进水含盐量增加,因渗透压的增加抵销了部分进水推动力, 因而通量变低,同时脱盐率也变低。 (4)回收率的影响 反渗透系统回收率的提高,会使膜元件进水沿水流方向的含盐 量更高,从而导致膜渗透压增大,这将抵消反渗透进水压力的推 动作用,从而使降低了产水通量。膜元件进水含盐量的增大,使 淡水中的含盐量随之增加,从而降低了脱盐率。如图3-19回收率 对膜通量和脱盐率影响的趋势。含盐量产水通量(压力一定)图3-18 含盐量对膜通量和脱盐率影响趋势图图3-19回收率对膜通量和脱 盐率影响趋势图图3-20pH值对膜通量和脱盐率影响趋势图脱盐率 (压力一定)脱盐率(压力一定)脱盐率(压力一定)产水通量(压力一定) 脱盐率(压力一定)产水通量(压力一定)回收率pH值 在系统设计中,反渗透系统最大回收率并不取决于取决于渗透 压的限制,往往取决于原水中的盐分的成分和含量大小,因为随 着回收率的提高,微溶盐类如碳酸钙、硫酸钙和硅等在浓缩过程 中会发生结垢现象。 (5)pH值的影响 不同种类的膜元件适用的pH值范围差别较大,如醋酸纤维膜 在pH 值4~8的范围内产水通量和脱盐率趋于稳定,在pH值低于4 或高于8的区间内,受影响较大。目前工业水处理使用的膜材料绝 大多数为复合材料,适应的pH值范围较宽(连续运行情况下pH值 可以控制在3~10的范围),在此范围内的膜通量和脱盐率相对稳 定,如图3-20 所示。 四、反渗透膜预处理方法 反渗透膜过滤方式与滤床式过滤器过滤不同,滤床是全过滤 方式,即原水全部通过滤层。而反渗透膜过滤是横流过滤方式 (如图3-21 反渗透膜横向过滤示意图),即原水中的一部分水沿 与膜垂直方向透过膜,此时盐类和各种污染物被膜截流下来,并 被沿膜与膜面平行方向流动的剩余的另一部分原水携带出,但污 染物并不能完全带出,随着时间的推移,残留的污染物会会使膜 元件污染加重,而且原水污染物及回收率越高,膜污染越快。 1 结垢控制 当原水中的难溶盐在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度 极限时,它们就会在反渗透膜表面上沉淀,我们称之为“结垢”。 当水源确定后,随着反渗透系统的回收率的提高,结垢的风险就 越大。目前出于水源短缺或排放废水对环境影响考虑,提高回收 率是一种习惯做法,在这种情况下,考虑周全的结垢控制措施尤 为重要。在反渗透系统中,常见的难溶盐为CaCO3、CaSO4和SiO2, 其他会产生结垢的化合物为CaF2、BaSO4、SrSO4和Ca3(PO4)2。常 用的阻垢方法是加阻垢剂。我车间用的阻垢剂为纳尔科的PC191, 欧美的NP200。 2 胶体和固体颗粒污染的控制 胶体和颗粒污堵会严重影响反渗透膜元件的性能,如大幅度 降低淡水产量,有时也会降低脱盐率,胶体和颗粒污染的初期症 状是反渗透膜组件进出水压差增加。 判断反渗透膜元件进水胶体和颗粒最通用的办法是测量水中 的SDI值,有时也称FI值(污染指数),它是监测反渗透预处理系 统运行情况的重要指标之一。 SDI(淤泥密度指数)是以单位时间内水滤过速度的变化来表 示水质的污染性。水中胶体和颗粒物的多少会影响SDI大小。SDI 值可用SDI仪来测定。 3 膜微生物污染控制 原水中微生物主要包括:细菌、藻类、真菌、病毒和其他高 等生物。反渗透过程中,微生物伴随水中溶解性营养物质会在膜 元件内不断浓缩和富集,成为形成生物膜的理想环境与过程。反 渗透膜元件的生物污染,将会严重影响反渗透系统的性能,出现 反渗透组件间的进出口压差迅速增加,导致膜元件产水量下降, 有时产水侧会出现生物污染,导致产品水受污染。如某些火电厂 反渗透装置在检修时发现,膜元件及淡水管侧长满绿青苔,这是 一种典型的微生物污染。 膜元件一旦出现微生物污染并产生生物膜,对膜元件的清洗 就非常困难。此外,没有彻底清除的生物膜将引起微生物的再次 快速的增长。因此微生物的防治也是预处理的最主要任务之一, 尤其是对于以海水、地表水和废水作为水源的反渗透预处理系统。 防止膜微生物的方法主要有:加氯、微滤或超滤处理、臭氧 氧化、紫外线杀菌、投加亚硫酸氢钠。在火电厂水处理系统常用 的方法是加氯杀菌和在反渗透前采用超滤水处理技术。 氯作为一种灭菌剂,它能够使许多致病微生物快速失活。氯 的效率取决于氯的浓度、水的pH值和接触时间。在工程应用中, 水中余氯一般控制在0.5~1.0mg/L以上,反应时间控制在20~ 30min,氯的加药量需要通过调试确定,因为水中有机物也会耗氯。 采用加氯杀菌,最佳实用pH 值为4~6。 在海水系统中采用加氯杀菌与苦咸水中的情况不同。通常海 水中还有65mg/L左右的溴,当海水进行氯的化学处理时,溴会首 先与次氯酸反应生成次溴酸,这样其杀菌作用的是次溴酸而不是 次氯酸,而次溴酸在pH值较高的情况下不会分解,因此,海水采 取加氯杀菌效果比在苦咸水中要好。 由于复合材质的膜元件对进水余氯有一定要求,因此,采用 加氯杀菌后,需要进行脱氯还原处理。 4 有机物污染控制 有机物在膜表面上的吸附会引起膜通量的下降,严重时会造 成不可逆的膜通量损失,影响膜的实用寿命。 对于地表水来说,水中大多为天然物,通过混凝澄清、直流 混凝过滤及活性炭过滤联合处理的工艺,可以大大降低水中有机 物,满足反渗透进水要求。 5 浓差极化控制 在反渗透过程中,膜表面的浓水与进水之间有时会产生很高 的浓度梯度,这种现象称为浓差极化。产生这种现象时,在膜表 面会形成一层浓度比较高、比较稳定的所谓“临界层”,它妨碍 反渗透过程的有效进行。这是因为,浓差极化会使膜表面溶液渗 透压增大,反渗透过程的推动力会降低,导致产水量和脱盐率均 降低。浓差极化严重时,某些微溶盐会在膜表面沉淀结垢。为避 免浓差极化,有效的方法是使浓水的流动始终保持紊流状态,即 通过提高进水流速来提高浓水流速的方法,使膜表面微溶盐的浓 度减少到最低值;另外在反渗透水处理装置停运后,应及时冲洗 置换浓水侧的浓水。 反渗透技术的特点: 1、反渗透的脱盐率高,单只膜的脱盐率可达99%,单级反渗透系 统脱盐率一般可稳定 在90%以上,双级反渗透系统脱盐率一般可稳定在98%以上。 2、由于反渗透能有效去除细菌等微生物、有机物,以及金属元 素等无机物,出水水质 极大地优于其它方法。 3、反渗透制纯水运行成本及人工成本低廉,减少环境污染。 4、减缓了由于源水水质波动而造成的产水水质变化,从而有利 于生产中水质的稳定, 这对纯水产品质量的稳定有积极的作用。 5、可大大减少后续处理设备的负担,从而延长后续处理设备的 使用寿命。 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 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