反渗透内部结构及工作原理课件.ppt
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1、关于反渗透内部结构关于反渗透内部结构及工作原理及工作原理现在学习的是第1页,共24页一、一、反渗透脱盐的原理反渗透脱盐的原理 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,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,这种现象称为所示。此时的平衡压力称为溶液的渗透压,这种现象称
2、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。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半透膜的选择透过性,即有选择由此可知,反渗透脱盐的依据是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;盐水室的外加压力大于盐水室与淡水室地让水透过而不允许盐透过;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
3、推动力。一些溶液的典的渗透压力,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型渗透压力见下表。现在学习的是第2页,共24页 反渗透现象图解 (a)渗透;(b)渗透平衡;(c)反渗透现在学习的是第3页,共24页化合物化合物浓度浓度/(mg/L)渗透压渗透压/kPa 化合物化合物 浓度浓度/(mg/L)渗透压渗透压/kPaNaCl 35000 2742.2 CaCl2 1000 57.19NaCl 1000 78.55 蔗糖蔗糖 1000 7.23NaHCO3 1000 88.2 葡萄糖葡萄糖 1000 13.78Na2SO4 1000 41.34 海水海水 32000 24
4、00MgSO4 1000 24.80 苦咸水苦咸水 25000 105280MgCl2 1000 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。电厂的反渗透膜多为芳香聚酰胺复合材料制成。现在学习的是第4页,共24页 RO RO(Reverse OsmosisReverse Osmosis)反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过)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(滤技术,其孔径小至纳米级(1 1
5、纳米纳米=10-9=10-9米米 ),在一定的压力下,),在一定的压力下,H H2 2O O分子分子可以通过可以通过RORO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒膜,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等杂质无法透过RORO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分膜,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。开来。反渗膜的工作原理图如下:反渗膜的工作原理图如下:现在学习的是第5页,共24页 二、二、反渗透膜的主要特性1 1 膜分离的方向性和分离特性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
6、明显的方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,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压力升高脱盐率几乎为0 0,透水量却大大增加。由于膜具有这种方向性,应用时,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。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:反渗透对水中离子和有机物的分离特性不尽相同,归纳
7、起来大致有以下几点:(1 1)有机物比无机物容易分离。)有机物比无机物容易分离。(2 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)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:一般如下:Al Al3+3+Fe Fe3+3+Ca Ca2+2+Na Na+PO PO4 43-3-SO SO4 42-2-ClCl-对于非电解质,分子越大越容易去除。对于非电解质,分子越大越容易去除。(3 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)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,
8、去除率顺序如下:离子半径越大,越容易被除去,去除率顺序如下:Mg Mg2+2+、CaCa2 2+Li+Li+NaNa+K K+;F F-Cl Cl-Br Br-NONO3-3-(4 4)对极性有机物的分离规律:)对极性有机物的分离规律:醛醛 醇醇 胺胺 酸,叔胺酸,叔胺 仲胺仲胺 伯胺,柠檬酸伯胺,柠檬酸 酒石酸酒石酸 苹果酸苹果酸 乳酸乳酸 醋酸;醋酸;现在学习的是第6页,共24页(5)对异构体:)对异构体:叔(叔(tert-)异(异(iso-)仲(仲(sec-)原(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)有机物的钠盐分离性能好,而苯酚和苯酚
9、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、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。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)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,一子量有机化合物会使醋酸纤维素在水溶液中膨胀
10、,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。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,)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。铵盐的脱除效果不如钠盐。(9)而相对分子质量大于)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,都能很好脱的大多数组分,不管是电解质还是非电解质,都能很好脱除。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。的。在实际工作中,有许多工作是相互
11、制约的。因此在理论指导的前提下,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。点是十分重要。现在学习的是第7页,共24页 2 2、反渗透水处理装置、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、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
12、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。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
13、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,常用如图设在高压泵之前。保安过滤器有多种结构形式,常用如图3-53-5所示,滤元固定在隔板所示,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。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反渗透水处理系统选择的过滤精度一般为5m5m。这种滤元的优点是过滤精度高,。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
14、用,当运行压差达到明显,只能一次性使用,当运行压差达到0.2MPa0.2MPa左右时需要更换滤元。左右时需要更换滤元。现在学习的是第8页,共24页进水出水滤元出水室排污阀图3-5 保安过滤器现在学习的是第9页,共24页2.2高压泵高压泵 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,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,可以达到其中,多级离心式水泵使用最广泛。这种泵
15、的特点是效率较高,可以达到90%以上,节省能耗。以上,节省能耗。2.3反渗透本体反渗透本体 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。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)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。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
16、基本单元。目前在火电厂中应用的主要是卷式膜元件。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。别列出了这几种膜的性能参数对比。现在学习的是第10页,共24页膜元件类型海水膜元件SW30HR系列低压苦咸水膜元件
17、(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)25105脱盐率(%)99.799.498.6测定条件膜通量30L/(m2.h),2000mg/L NaCl溶液,25,pH 78,回收率10%,4英寸长膜元件图3-7 卷式膜元件断面图进水出水淡水淡水刚性支撑层超薄脱盐层支撑织物进水出水现在学习的是第11页,共24页 我厂所使用的膜元件型号为我厂所使用的膜元件型号为BW30-400/34iBW30-400/34i,3030表示水流通道为表示水流通道为30mil30mil,400400表示表示有效面积为有效面积为400ft400ft2 2,制造单位为陶氏,每套反渗透共有
18、制造单位为陶氏,每套反渗透共有168根膜组件,每根根膜组件,每根1米,材米,材料为聚丙烯酰胺。料为聚丙烯酰胺。膜元件的基本要求是膜元件的基本要求是:A A、尽可能高的膜装填密度。、尽可能高的膜装填密度。B B、不易浓差极化、不易浓差极化C C、抗污染能力强、抗污染能力强D D、清洗和更换膜方便、清洗和更换膜方便E E、价格便宜、价格便宜(2)膜壳)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,又称称“压力容器压力容器”,制造单位为海德能,每根压力容器长大约,制造单位为海德能,每根压力容器长大约7米。米。膜壳的外壳一般由环
19、氧玻璃钢布缠绕而成,外刷环氧漆。也有部分生产商的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。现在学习的是第12页,共24页膜组件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:440LE:低
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