RO反渗透相关资料教案.pptx

会计学1RO反渗透相关资料反渗透相关资料RORO技技术简介介第1页/共145页按孔径分类的分离按孔径分类的分离按孔径分类的分离按孔径分类的分离膜膜膜膜第2页/共145页不易透过气体易透过气体浓度差气体、气体与蒸汽分离气体分离液体、无机盐、乙醇溶液蒸汽压力差、浓度差溶液中的低分子及溶剂间的分离渗透气化无机、有机离子离子电位差脱除溶液中的离子电 渗 析无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等离子、低分子物、酸、碱浓度差脱除溶液中的盐类及低分子物透 析无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等水、溶剂压力差脱除溶液中的盐类及低分子物反渗透和纳滤蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子溶剂、离子和小分子压力差脱除溶液中的胶体、各类大分子超 滤悬浮物、细菌类、微粒子水、溶剂和溶解物压力差多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子微 滤被截留物质透过物质分离驱动力膜的功能膜的种类主要膜分离过程主要膜分离过程第3页/共145页反渗透发反渗透发展史展史人类发现渗透现象至今已有人类发现渗透现象至今已有200200多年的历史，通常认为多年的历史，通常认为17481748年年Abbe NolletAbbe Nollet发表的通过动物膜的试验为始点，之后，发表的通过动物膜的试验为始点，之后，Vant HoffVant Hoff建立了稀浓液的建立了稀浓液的完整理论。提供了认识渗透压及它与其他热力学性能关系的理论。完整理论。提供了认识渗透压及它与其他热力学性能关系的理论。19531953年，建议美国内务部，把反渗透的研究纳入国家计划。年，建议美国内务部，把反渗透的研究纳入国家计划。19561956年，提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能性。年，提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能性。19601960年，年，S.LoebS.Loeb和和S.SourirajanS.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称乙酸纤维素反渗透膜。对称乙酸纤维素反渗透膜。19701970年，美国年，美国Du PontDu Pont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器，公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器，与此同时与此同时DowDow和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透器，器，UOPUOP公司成功推出卷式反渗透元件。公司成功推出卷式反渗透元件。19801980年，年，FilmtecFilmtec公司推出性能优异、实用的公司推出性能优异、实用的FT-30FT-30复合膜，复合膜，8080年代末高脱年代末高脱盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。9090年代中，超低压高脱盐全芳香年代中，超低压高脱盐全芳香聚酰胺复合膜开发进入市场。聚酰胺复合膜开发进入市场。第4页/共145页反渗透的基本反渗透的基本原理原理渗透渗透渗透渗透 只透过溶剂而不透过溶质的膜称只透过溶剂而不透过溶质的膜称只透过溶剂而不透过溶质的膜称只透过溶剂而不透过溶质的膜称为理想半透膜。当把溶剂和溶液为理想半透膜。当把溶剂和溶液为理想半透膜。当把溶剂和溶液为理想半透膜。当把溶剂和溶液(或两或两或两或两种不同浓度的溶液种不同浓度的溶液种不同浓度的溶液种不同浓度的溶液)分置于此膜的两侧分置于此膜的两侧分置于此膜的两侧分置于此膜的两侧时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶液(或从低浓度向高浓度溶液或从低浓度向高浓度溶液或从低浓度向高浓度溶液或从低浓度向高浓度溶液)侧流动，侧流动，侧流动，侧流动，这种自然现象叫做渗透这种自然现象叫做渗透这种自然现象叫做渗透这种自然现象叫做渗透(Osmosis)Osmosis)Osmosis)Osmosis)，如如如如果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐份，当用理想半透膜将它们分离开时，份，当用理想半透膜将它们分离开时，份，当用理想半透膜将它们分离开时，份，当用理想半透膜将它们分离开时，纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水侧，此过程如左图所示：水侧，此过程如左图所示：水侧，此过程如左图所示：水侧，此过程如左图所示：第5页/共145页反渗透的基本反渗透的基本原理原理渗透压渗透压渗透压渗透压 纯水侧的水流入纯水侧的水流入盐水侧，盐水侧，浓水侧的液位上升，浓水侧的液位上升，当上升当上升到一定高度后，水到一定高度后，水通过膜的通过膜的净流量等于零，此净流量等于零，此时该过程时该过程达到平衡，与该液达到平衡，与该液位高度对位高度对应的压力称为渗透应的压力称为渗透压压（Osmotic pressure），），该过程如左图所示：该过程如左图所示：第6页/共145页反渗透的基本反渗透的基本原理原理渗透压渗透压渗透压渗透压 一般来说渗透压的大小，取决于一般来说渗透压的大小，取决于溶液的种类、溶液的种类、浓度和温度，而与半透膜本身无关，浓度和温度，而与半透膜本身无关，通常可用下通常可用下式来计算渗透压：式来计算渗透压：=CRTCRT渗透压，大气压渗透压，大气压渗透压，大气压渗透压，大气压CC浓度差，摩尔浓度差，摩尔浓度差，摩尔浓度差，摩尔/升升升升RR气体常数，等于气体常数，等于气体常数，等于气体常数，等于0.082060.08206升升升升*大气压大气压大气压大气压/摩尔摩尔摩尔摩尔*o oK KTT绝对温度绝对温度绝对温度绝对温度 OOK K上式是应用热力学公式推导出来的，因此上式是应用热力学公式推导出来的，因此上式是应用热力学公式推导出来的，因此上式是应用热力学公式推导出来的，因此只对稀溶液才是准只对稀溶液才是准只对稀溶液才是准只对稀溶液才是准确的。确的。确的。确的。C C为水中离子浓度，若为非电解质则为水中离子浓度，若为非电解质则为水中离子浓度，若为非电解质则为水中离子浓度，若为非电解质则为分子的浓度。为分子的浓度。为分子的浓度。为分子的浓度。第7页/共145页反渗透的基本反渗透的基本原理原理反渗透反渗透反渗透反渗透 当在膜的盐水当在膜的盐水侧施加侧施加一个大于渗透压一个大于渗透压的压力的压力时，水的流向就时，水的流向就会逆转，会逆转，此时盐水中的水此时盐水中的水将流入将流入纯水侧，这种现纯水侧，这种现象叫反象叫反渗透（渗透（Reverse Osmosis,简称简称RO），），该过该过程如左程如左图所示：图所示：第8页/共145页膜性能表膜性能表示法示法 通常所说的膜性能是指膜的通常所说的膜性能是指膜的化学稳定化学稳定性和膜的分离透过特性。性和膜的分离透过特性。n n膜的物化稳定性的主要指标有：膜的物化稳定性的主要指标有：膜材料、膜允许使用的最高压膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的力、温度范围、适用的PH值值范围以及对有机溶剂等化学药范围以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性，有时尚需说明对品的抵抗性，有时尚需说明对某些物质，如水中游离氯或氧某些物质，如水中游离氯或氧化性物质的最高允许浓度。化性物质的最高允许浓度。n n膜的分离透过性的主要指标是：膜的分离透过性的主要指标是：脱盐率、产水率、流量衰减系脱盐率、产水率、流量衰减系数。数。第9页/共145页膜性能表膜性能表示法示法Qw=Kw(P+)A/TQw=Kw(P+)A/T式中：式中：QwQw产水量产水量KwKw系数系数PP膜两侧的压差膜两侧的压差渗透压渗透压 A A 膜面积膜面积T T 膜厚度膜厚度 KwKw与膜性质及水温有关，与膜性质及水温有关，KwKw越大，说明膜的透水越大，说明膜的透水性能越好。性能越好。对于一张给定的膜，我们可以推导出产水量及盐透过量的计算公式：Qs=Ks*C*A/T式中：Qs盐透过量 Ks系数c膜两侧盐浓度差A 膜面积T 膜厚度 Ks与膜性质、盐的种类及水温有关，Ks越大，说明膜的脱盐性能越好。从以上两式可以看出，对膜来说Kw大Ks小则膜质量较好。相同面积和厚度的产水量与净驱动压力成正比，盐透过量只与膜两侧溶液浓度成正比，而与压力无关。第10页/共145页反渗透脱盐反渗透脱盐机理机理溶解扩散模溶解扩散模溶解扩散模溶解扩散模型型型型该模型假设膜是完美无缺的理想膜，高压侧浓溶液中各组分先溶于膜中，再以分子扩散方式通过膜，最后在低压侧进入稀溶液，任意组分（水或盐）的通量主要取决于化学位梯度，水和盐传质的推动力有两部分：浓度梯度和压力梯度。该模型基本上可定量地描述水和盐透过膜的传递，但推导中的一些假设并不符合真实情况，另外传递过程中水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。第11页/共145页反渗透脱盐机理反渗透脱盐机理优先吸附优先吸附优先吸附优先吸附-毛细空流动模型毛细空流动模型毛细空流动模型毛细空流动模型溶液界面张力和溶质（活度）在界面的吸附Gibbs方程，预示了在界面处存在着急剧的浓度梯度，也就是说在膜的表面形成水分子薄层，在外力的作用下，优先通过反渗透膜。第12页/共145页反渗透脱盐反渗透脱盐机理机理形成氢键模形成氢键模形成氢键模形成氢键模型型型型膜的表面很致密，其上有大量的活化点，键合一定数目的结合水，这种水已失去膜的表面很致密，其上有大量的活化点，键合一定数目的结合水，这种水已失去溶剂化能力，盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的溶剂化能力，盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔合，使该活化点上其他结合水解缔下来，该解缔的结合活化点形成氢键而缔合，使该活化点上其他结合水解缔下来，该解缔的结合水又与下面的活化点缔合，使该点原有的结合水解缔下来，此过程不断地从水又与下面的活化点缔合，使该点原有的结合水解缔下来，此过程不断地从膜面向下层进行，就是以这种顺序型扩散，水分子从膜面进入膜内，最后从膜面向下层进行，就是以这种顺序型扩散，水分子从膜面进入膜内，最后从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴，以空穴型扩散，从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴，以空穴型扩散，从膜面逐渐到产品水中的，但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。膜面逐渐到产品水中的，但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。第13页/共145页反渗透脱盐反渗透脱盐机理机理DonnanDonnan平衡模型平衡模型平衡模型平衡模型膜为固定负电荷型，据电中性原理及膜和溶液中膜为固定负电荷型，据电中性原理及膜和溶液中离子化学位平衡，一般认为借助于排斥同离离子化学位平衡，一般认为借助于排斥同离子的能力，荷电膜可用于脱盐，一般只有稀子的能力，荷电膜可用于脱盐，一般只有稀溶液，在压力下通过荷电膜时，有较明显的溶液，在压力下通过荷电膜时，有较明显的脱盐作用，随着浓度的增加，脱盐率迅速下脱盐作用，随着浓度的增加，脱盐率迅速下降。二价同离子的脱除比单价同离子好，单降。二价同离子的脱除比单价同离子好，单价同离子的脱除比二价反离子的好。该理论价同离子的脱除比二价反离子的好。该理论以以DonnanDonnan平衡为基础来说明荷电膜的脱盐，平衡为基础来说明荷电膜的脱盐，但但DonnanDonnan平衡是平衡状态，而对于在压力下平衡是平衡状态，而对于在压力下透过荷电膜的传质，还不能从膜、进料及传透过荷电膜的传质，还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。质过程等多方面来定量描述。第14页/共145页反渗透脱盐反渗透脱盐机理机理其他分离模其他分离模其他分离模其他分离模型型型型除上述模型，许多学者还提出不小另外的模型，如脱盐中心模型，表面力-孔流模型，有机溶质脱盐机理等。第15页/共145页反渗透膜的反渗透膜的种类种类 反渗透膜的种类多，分类方反渗透膜的种类多，分类方法也很多，法也很多，但大体上可按膜材料的化学组但大体上可按膜材料的化学组成和膜材料成和膜材料的物理结构外型结构及来区分。的物理结构外型结构及来区分。n n按膜材料的化学组成大致可分按膜材料的化学组成大致可分为：为：醋酸纤维膜、芳香聚酰胺醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜等膜等n n按膜材料的物理结构大致可分按膜材料的物理结构大致可分为：为：非对称膜、复合膜等非对称膜、复合膜等n n按外型结构大致可分为：按外型结构大致可分为：管式、平板式、中空纤维管式、平板式、中空纤维式及涡管式式及涡管式第16页/共145页按膜元件结构种按膜元件结构种类概述类概述 在反渗透技术刚起步时，主要采在反渗透技术刚起步时，主要采用管式和平用管式和平板式膜元件。但这两种膜元件初始投板式膜元件。但这两种膜元件初始投资高、膜的资高、膜的填充密度低，因此常用于高污染给水填充密度低，因此常用于高污染给水处理。处理。卷式膜元件是把两层膜背对背粘卷式膜元件是把两层膜背对背粘结成膜袋，结成膜袋，之后将多个膜袋卷绕到多孔产水管上之后将多个膜袋卷绕到多孔产水管上形成的。该形成的。该膜元件组成的系统投资低、耗电省，膜元件组成的系统投资低、耗电省，它是工业系它是工业系统中应用普遍的膜元件。其研制发展统中应用普遍的膜元件。其研制发展速度快，单速度快，单个膜元件的脱盐率高达个膜元件的脱盐率高达99.7%。中空纤维膜元件组成的反渗透系中空纤维膜元件组成的反渗透系统有填充密统有填充密度高的特点，因而要求其对给水进行度高的特点，因而要求其对给水进行更严格的预更严格的预处理，以减少污堵的可能性。处理，以减少污堵的可能性。第17页/共145页四种结构膜元件的四种结构膜元件的特点比较特点比较系统费用系统费用:管式、平板式管式、平板式 中空中空纤维式、涡卷式纤维式、涡卷式设计灵活性设计灵活性:涡卷式涡卷式中空纤维式中空纤维式平板式平板式管管清洗方便性清洗方便性:平板式平板式管式管式涡卷式涡卷式中空纤维式中空纤维式系统占地面积系统占地面积:管式管式平板式平板式涡卷式涡卷式中空纤维式中空纤维式污堵可能性污堵可能性:中空纤维式中空纤维式涡卷式涡卷式平板式平板式管式管式耗耗 能能:管式管式平板式平板式中空纤中空纤维式维式涡卷式涡卷式第18页/共145页涡卷式膜涡卷式膜元件元件 涡卷式膜元件是美国涡卷式膜元件是美国涡卷式膜元件是美国涡卷式膜元件是美国UOPUOP公司受美国内务部盐水局（公司受美国内务部盐水局（公司受美国内务部盐水局（公司受美国内务部盐水局（OSWOSW）委委委委托于托于托于托于19641964年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采用的膜为平面膜，为了使产品水在膜袋中流动，在信封状的半透膜用的膜为平面膜，为了使产品水在膜袋中流动，在信封状的半透膜用的膜为平面膜，为了使产品水在膜袋中流动，在信封状的半透膜用的膜为平面膜，为了使产品水在膜袋中流动，在信封状的半透膜之内夹有产品水通道织物层。之内夹有产品水通道织物层。之内夹有产品水通道织物层。之内夹有产品水通道织物层。RORO系统运行时，原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜，此系统运行时，原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜，此系统运行时，原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜，此系统运行时，原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜，此时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分原水沿与膜平行的方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高，则其方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高，则其方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高，则其方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高，则其在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度不同，这种情况称为浓差极化。增大等不良后果，因此在涡卷式膜不同，这种情况称为浓差极化。增大等不良后果，因此在涡卷式膜不同，这种情况称为浓差极化。增大等不良后果，因此在涡卷式膜不同，这种情况称为浓差极化。增大等不良后果，因此在涡卷式膜元件中装有给水通道隔网，以增加给水元件中装有给水通道隔网，以增加给水元件中装有给水通道隔网，以增加给水元件中装有给水通道隔网，以增加给水浓缩通道的紊乱程度，进浓缩通道的紊乱程度，进浓缩通道的紊乱程度，进浓缩通道的紊乱程度，进而减少浓差极化的发生。而减少浓差极化的发生。而减少浓差极化的发生。而减少浓差极化的发生。涡卷式膜元件的主要规格参数有：外型尺寸、有效膜面积、产水涡卷式膜元件的主要规格参数有：外型尺寸、有效膜面积、产水涡卷式膜元件的主要规格参数有：外型尺寸、有效膜面积、产水涡卷式膜元件的主要规格参数有：外型尺寸、有效膜面积、产水量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。第19页/共145页醋酸纤维素醋酸纤维素膜膜 从化学上讲，醋酸纤维素膜从化学上讲，醋酸纤维素膜从化学上讲，醋酸纤维素膜从化学上讲，醋酸纤维素膜(Cellulose AcetateCellulose Acetate简称简称简称简称CA)CA)是一种羟基聚合物，它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸是一种羟基聚合物，它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸是一种羟基聚合物，它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸是一种羟基聚合物，它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸纤维，再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。纤维，再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。纤维，再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。纤维，再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高，脱盐性能作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高，脱盐性能作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高，脱盐性能作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高，脱盐性能越好，但产水量越小。为了平衡脱盐性能和透水性能，一越好，但产水量越小。为了平衡脱盐性能和透水性能，一越好，但产水量越小。为了平衡脱盐性能和透水性能，一越好，但产水量越小。为了平衡脱盐性能和透水性能，一般选择乙酰基含量为般选择乙酰基含量为般选择乙酰基含量为般选择乙酰基含量为37.540.1%37.540.1%的醋酸纤维。的醋酸纤维。的醋酸纤维。的醋酸纤维。醋酸纤维是一种酯类，会发生水解，水解的结果将降醋酸纤维是一种酯类，会发生水解，水解的结果将降醋酸纤维是一种酯类，会发生水解，水解的结果将降醋酸纤维是一种酯类，会发生水解，水解的结果将降低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受到生物的侵袭。到生物的侵袭。到生物的侵袭。到生物的侵袭。醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外，还于醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外，还于醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外，还于醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外，还于PHPH值有值有值有值有关。为增加膜的使用寿命，一般控制原水的关。为增加膜的使用寿命，一般控制原水的关。为增加膜的使用寿命，一般控制原水的关。为增加膜的使用寿命，一般控制原水的PHPH在在在在5-65-6之间。之间。之间。之间。第20页/共145页复合复合膜膜 从结构来讲，从结构来讲，复合膜复合膜（Thin Film Composite简简TFC）是若干层薄是若干层薄皮的复皮的复合体，此膜的最大合体，此膜的最大特点是特点是抗压实性较高、透抗压实性较高、透水率较水率较大和盐透率较小。大和盐透率较小。第21页/共145页复合膜与醋酸纤维膜的复合膜与醋酸纤维膜的性能比较性能比较n n复合膜的化学稳定性较好，而醋酸纤维膜将会发生水解。复合膜的化学稳定性较好，而醋酸纤维膜将会发生水解。复合膜的化学稳定性较好，而醋酸纤维膜将会发生水解。复合膜的化学稳定性较好，而醋酸纤维膜将会发生水解。n n复合膜的生物稳定性好，复合膜不受生物侵袭，而醋酸纤维膜复合膜的生物稳定性好，复合膜不受生物侵袭，而醋酸纤维膜复合膜的生物稳定性好，复合膜不受生物侵袭，而醋酸纤维膜复合膜的生物稳定性好，复合膜不受生物侵袭，而醋酸纤维膜易受微生物的侵袭。易受微生物的侵袭。易受微生物的侵袭。易受微生物的侵袭。n n复合膜的输性能好。即复合膜的输性能好。即复合膜的输性能好。即复合膜的输性能好。即KwKw大而大而大而大而KSKS小。小。小。小。n n复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间改变；复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间改变；复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间改变；复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间改变；而醋酸纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量下降。而醋酸纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量下降。而醋酸纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量下降。而醋酸纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量下降。n n复合膜的脱盐率不随时间而改变；而醋酸纤维膜由于会发生水复合膜的脱盐率不随时间而改变；而醋酸纤维膜由于会发生水复合膜的脱盐率不随时间而改变；而醋酸纤维膜由于会发生水复合膜的脱盐率不随时间而改变；而醋酸纤维膜由于会发生水解，脱盐率将会不断下降。解，脱盐率将会不断下降。解，脱盐率将会不断下降。解，脱盐率将会不断下降。n n复合膜由于复合膜由于复合膜由于复合膜由于KwKw大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量是醋酸大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量是醋酸大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量是醋酸大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量是醋酸纤维膜给水泵用电量的一半。纤维膜给水泵用电量的一半。纤维膜给水泵用电量的一半。纤维膜给水泵用电量的一半。n n醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为3 3年，而复合膜年，而复合膜年，而复合膜年，而复合膜 的使用寿命大于的使用寿命大于的使用寿命大于的使用寿命大于三年。三年。三年。三年。n n复合膜的缺点为抗氯性较差，价格较贵。复合膜的缺点为抗氯性较差，价格较贵。复合膜的缺点为抗氯性较差，价格较贵。复合膜的缺点为抗氯性较差，价格较贵。第22页/共145页反渗透膜电镜反渗透膜电镜照片照片第23页/共145页膜透过操作方式膜透过操作方式第24页/共145页反渗透反渗透基本原理基本原理第25页/共145页反渗透膜元件构造第26页/共145页集水管膜浓水膜透过水原水流道网原水透过水流道网原水膜元件的结构示意图第27页/共145页反渗透卷制图反渗透卷制图反渗透膜袋反渗透膜袋浓水网浓水网淡水网淡水网第28页/共145页反渗透膜剥面反渗透膜剥面图图膜元件端板膜元件端板给水给水产水流向产水流向(透过膜后透过膜后)淡水网淡水网反渗透膜反渗透膜产水膜封口产水膜封口浓水网浓水网产水产水浓水浓水产水中心管产水中心管第29页/共145页反渗透组装图反渗透组装图给给水水V V型圈型圈浓水浓水产水产水膜外壳膜外壳膜元件膜元件第30页/共145页反渗透装置图反渗透装置图机架机架高压泵高压泵浓水浓水产水产水给水给水膜外壳膜外壳第31页/共145页反渗透一段进水反渗透一段进水第32页/共145页反渗透一段浓水进二段反渗透一段浓水进二段第33页/共145页反渗透浓水反渗透浓水第34页/共145页反渗透产水反渗透产水第35页/共145页RORO操作与操作与维护第36页/共145页反渗透膜元件的进水条件反渗透膜元件的进水条件最高使用温度：113F（45）最大给水浊度：4.0ppm允许游离氯：0.1ppmPH范围：连续运行：3-10 短 时 运 行：2-11最大给水流量：75GPM（17.0m3/h）给水最大SDI值：4.0单个膜元件回收率：15%*氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上。氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上。第37页/共145页各项进水指标对各项进水指标对设备安全运行设备安全运行的意义的意义第38页/共145页余氯余氯n n醋酸纤维膜要求给水中含有残余氯，可防止细菌滋生，但醋酸纤维膜要求给水中含有残余氯，可防止细菌滋生，但含氯量过高会破坏膜，最大允许连续余氯的含量为含氯量过高会破坏膜，最大允许连续余氯的含量为1 1毫克毫克/升。升。n n复合膜抗氯性差，一般不允许余氯，采用加氯杀菌后，需复合膜抗氯性差，一般不允许余氯，采用加氯杀菌后，需加亚硫酸氢钠或经活性炭过滤消除余氯。加亚硫酸氢钠或经活性炭过滤消除余氯。n n使用压力硫酸氢钠除余氯的反应如下：使用压力硫酸氢钠除余氯的反应如下：NaNa2 2S S2 2OO5 5+H+H2 2ONaHSOONaHSO3 3 NaHSO NaHSO3 3+HCLOHCL+NaHSO+HCLOHCL+NaHSO4 4 n n理论上理论上1.341.34公斤的公斤的NaNa2 2S S2 2OO5 5可以去除可以去除1 1公斤余氯，但在有溶解公斤余氯，但在有溶解氧的情况下，对苦咸水去除氧的情况下，对苦咸水去除1 1公斤余氯需投加公斤余氯需投加3 3公斤公斤NaNa2 2S S2 2OO5 5。NaNa2 2S S2 2OO5 5在干爽条件下储存，有效期为在干爽条件下储存，有效期为4-64-6个月，溶液的有效个月，溶液的有效期与浓度变化有关。期与浓度变化有关。溶液浓度（重量溶液浓度（重量%）2%10%20%30%2%10%20%30%最长有效期最长有效期 3 3天天 1 1星期星期 1 1月月 6 6月月n n使用活性炭过滤清除余氯的反应如下使用活性炭过滤清除余氯的反应如下：C+2CLC+2CL2 2+2H+2H2 2O4HCL+COO4HCL+CO2 2 第39页/共145页铁铁（Fe）n n当当RORO给水在进行氯化及脱氯工程中，或在水中给水在进行氯化及脱氯工程中，或在水中溶解氧含量高于溶解氧含量高于5 5毫克毫克/升时水中的升时水中的2 2价铁离子转价铁离子转化为化为3 3价铁离子，生成不溶于水的胶体物质，对价铁离子，生成不溶于水的胶体物质，对反渗透造成污染。即使水中反渗透造成污染。即使水中SDISDI值小于值小于5 5、铁离、铁离子含量小于子含量小于0.10.1毫克毫克/升，仍可能发生铁的污染问升，仍可能发生铁的污染问题。题。n n铁的氧化速度取决于铁含量、水中的溶解氧浓铁的氧化速度取决于铁含量、水中的溶解氧浓度和度和PHPH值，其关系如下：值，其关系如下：氧含量（毫克氧含量（毫克/升）升）PH PH 允许铁含量（毫克允许铁含量（毫克/升）升）0.5 6.0 4.0 0.5 7.0 0.05 5-10 7.0 0.05n n降低降低RORO给水中铁的含量可以采用曝气给水中铁的含量可以采用曝气-锰砂过锰砂过滤的方法完成。滤的方法完成。第40页/共145页硅（硅（Si）n n浓水中不允许析出浓水中不允许析出SiOSiO2 2，当当SiOSiO2 2过饱和则可能聚合而形过饱和则可能聚合而形成不溶解的胶体硅或有机硅胶而引起结垢。成不溶解的胶体硅或有机硅胶而引起结垢。n n纯水纯水2525时，无定形硅的溶解度约为时，无定形硅的溶解度约为100100毫克毫克/升（以升（以SiOSiO2 2计），溶解度随温度呈直线变化，在计），溶解度随温度呈直线变化，在0 0时为时为0 0，到，到4040时为时为160160毫克毫克/升。在中性溶液中，溶解的只有硅酸；升。在中性溶液中，溶解的只有硅酸；在碱性溶液中，无定形硅的溶解度较大。溶液中除铝之在碱性溶液中，无定形硅的溶解度较大。溶液中除铝之外，其余各种离子均不会影响二氧化硅的溶解度。外，其余各种离子均不会影响二氧化硅的溶解度。注：注：许多运行的许多运行的RORO装置浓水中的二氧化硅超过文献中的极限浓度，但装置浓水中的二氧化硅超过文献中的极限浓度，但并未析出二氧化硅；确定是否需要控制二氧化硅结垢，可根据文献并未析出二氧化硅；确定是否需要控制二氧化硅结垢，可根据文献数据中的数据中的SiOSiO2 2与浓水流中的与浓水流中的SiOSiO2 2进行比较，如果浓水中的数值小于进行比较，如果浓水中的数值小于文献规定数值则不会结垢。控制系统回收率是主要的防止结垢的方文献规定数值则不会结垢。控制系统回收率是主要的防止结垢的方法，靠降低系统回收率使浓水中的法，靠降低系统回收率使浓水中的SiOSiO2 2降低。采用石灰软化，可降降低。采用石灰软化，可降低给水中低给水中50%50%的的SiOSiO2 2。温度控制：因无定形温度控制：因无定形SiOSiO2 2的溶解度取决于温的溶解度取决于温度。发现可能出现了硅垢，必须立即清洗，硅垢一旦形成急难去除。度。发现可能出现了硅垢，必须立即清洗，硅垢一旦形成急难去除。第41页/共145页颗粒物质、颗粒物质、SDI和浊度和浊度 不允许大于不允许大于5 5的的颗颗粒进入高压泵及反渗透粒进入高压泵及反渗透器，这点必须确保，以器，这点必须确保，以免破坏设备。一般在高免破坏设备。一般在高压泵前安装压泵前安装5 5过滤器，过滤器，再微过滤器前后安装压再微过滤器前后安装压力表，当压力表超过一力表，当压力表超过一定数值后，更换氯芯，定数值后，更换氯芯，通常情况下更换周期通常情况下更换周期为为1-31-3个月，若使用时个月，若使用时间小于间小于1 1个月，则需改个月，则需改善预处理系统，不允许善预处理系统，不允许使用带反洗的微过滤器。使用带反洗的微过滤器。对于不同的原水水源，由于选用的通量不同，要求的SDI值也不一样，一般要求SDI小于5（越小越好）；浊度应小于0.2NTU（最大允许浊度为1 NTU）。第42页/共145页有机物、有机物、油和脂油和脂n n水中的有机物对RO膜的影响最为复杂，有些有机物对膜的影响不大，而另一些则可能造成膜的有机物污染。一般来说当水中的TOC含量超过3毫克/升时，即应考虑进行去除，对于地表水应尽量在絮凝剂澄清的过程中去除有机物，还可以采用活性炭过滤进一步降低有机物含量。l水中不允许含有油和脂，当油或脂超过0.1毫克/升时，就应采用凝聚或使用活性炭过滤器进行去除。第43页/共145页细菌细菌 由于细菌会以醋酸纤维为食物，因此醋酸膜易受细菌的侵袭，对原由于细菌会以醋酸纤维为食物，因此醋酸膜易受细菌的侵袭，对原水必须彻底杀菌。对于复合膜，虽然不受细菌的侵袭但细菌粘膜会造成水必须彻底杀菌。对于复合膜，虽然不受细菌的侵袭但细菌粘膜会造成膜的污堵，一般可采用加氯杀菌，加氯量要根据需氯量实验加以确定。膜的污堵，一般可采用加氯杀菌，加氯量要根据需氯量实验加以确定。氯加入水中发生以下反应：氯加入水中发生以下反应：CLCL2 2+H+H2 2O=HCLO+HO=HCLO+H+CL+CL-HCLO=HCLO=HH+CLO+CLO-HCLOHCLO为次氯酸，为次氯酸，CLOCLO-为次氯酸根，由于为次氯酸根，由于HH+能被水中的碱度中和，最后能被水中的碱度中和，最后水中只剩下水中只剩下HCLOHCLO和和CLOCLO-，两者在水中所占的百分数主要取决于两者在水中所占的百分数主要取决于PHPH值和值和水温水温 。当。当PHPH小于小于7 7时，水中的时，水中的HCLOHCLO占占75%75%，CLOCLO-占占25%25%，温度降低时，温度降低时HCLOHCLO所占的比例将增大，在所占的比例将增大，在0 0C C时时HCLOHCLO增加到增加到83%83%，CLOCLO-减到减到17%17%。对于氯气的杀菌机理有不同说法，通常的解释是生成的次氯酸产生对于氯气的杀菌机理有不同说法，通常的解释是生成的次氯酸产生杀菌作用。杀菌作用。HCLOHCLO是个中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿是个中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细菌的细胞进入细菌内部，过细菌的细胞进入细菌内部，HCLOHCLO分子进入细胞后由于分子进入细胞后由于CLCL分子的氧化分子的氧化作用破坏了细菌的某种酶系统（酶是一种蛋白质成分的催化剂，细菌的作用破坏了细菌的某种酶系统（酶是一种蛋白质成分的催化剂，细菌的养分要经过它的作用后才能被吸收），最后导致细菌的死亡，而次氯酸养分要经过它的作用后才能被吸收），最后导致细菌的死亡，而次氯酸根根CLOCLO-虽然包括一个氯分子，但它带负电，不能靠近带负电的细菌，所虽然包括一个氯分子，但它带负电，不能靠近带负电的细菌，所以也不能穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，因此很难起杀菌作用。从上以也不能穿过细菌的细胞膜进入细菌内部，因此很难起杀菌作用。从上式中可以看出，加入水中的氯气只有式中可以看出，加入水中的氯气只有1/21/2变成变成HCLOHCLO的成分；另外的的成分；另外的1/21/2在在水中产生水中产生CLCL-，不起杀菌作用。采用不起杀菌作用。采用NaCLONaCLO时：时：NaCLO+HNaCLO+H2 2O=HCLO+O=HCLO+NaNa+OH+OH-，比较可以看出一个分子的，比较可以看出一个分子的NaCLONaCLO作用相当于一个分子的作用相当于一个分子的CLCL2 2。第44页/共145页阻垢阻垢n n必须防止必须防止CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4 4、SrSOSrSO4 4、BaSOBaSO4 4和和CaFCaF2 2垢。垢。n n膜结垢是由于给水中的微量盐在给水转化为浓膜结垢是由于给水中的微量盐在给水转化为浓水时超过了溶度积而沉淀到膜上在苦咸水中，水时超过了溶度积而沉淀到膜上在苦咸水中，CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4 4，其他盐类其他盐类SrSOSrSO4 4、BaSOBaSO4 4和和CaFCaF2 2需要计算来确定浓水中是否超过溶解度极限。需要计算来确定浓水中是否超过溶解度极限。如果微溶盐超过溶解极限，需要采取以下方法：如果微溶盐超过溶解极限，需要采取以下方法：n n降低系统回收率，避免超过溶度积。降低系统回收率，避免超过溶度积。n n采取离子交换软化去除钙离子。采取离子交换软化去除钙离子。n n加酸去除碳酸或重碳酸离子。加酸去除碳酸或重碳酸离子。n n加阻垢剂。加阻垢剂。第45页/共145页CPA系列膜元件的主要性能及规格系列膜元件的主要性能及规格75(17.0)5:1单支膜元件上浓缩水与透过水量的最大比例10psi(0.7kgf/cm2)单支膜元件最高压力损失 0.1ppm最高进水自由氯浓度1.0 NTU进水最高浊度 5进水最高 SDI(15分钟)16(3.6)最高进水流量 GPM(m3/h)600(4.16)最高操作压力 psi(MPa)3.0 10.0进水PH范围45最高进水温度 ()使用条件6.5 7.0测试液PH15单支膜元件水回收率 (%)25测试液温度 ()225(1.55)操作压力 psi(MPa)1500ppm NaCl溶液(运行30分钟后测试的数据)测试溶液测试条件11000(41.6)6000(22.7)11000(41.6)10000(37.8)2250(8.5)透过水量 GPD(m3/d)99.6平均99.799.699.2(平均99.6)99.2最低脱盐率 (%)性能40040040036585有效膜面积 (ft2)16.44.1湿润态重量 (kg)201.9/1016.099.0/1016.0外径/长度 (mm)规格CPA-ULTRAPURECPA4CPA3CPA2CPA2-4040型 号第46页/共145页反渗透水处理系统的构成反渗透水处理系统的构成反渗透水处理系统的构成反渗透水处理系统的构成第47页/共145页反渗透预处反渗透预处理理合适与否的简