《反渗透水处》PPT课件.ppt

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1、反渗透水处理反渗透水处理武汉工程职业技术学院吴志明渗透渗透n渗透渗透：当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧的现象。n由于水向盐水一侧的渗透，使得盐水的水位被抬高，由此在膜的两边形成水位差，从而导致盐水一侧的水压大于纯水一侧的水压，最终因水压的原因，使得纯水不再向盐水一侧渗透。n由于渗透使得膜的两边对膜的压力产生差异，其差值就被称为渗透压。纯水纯水盐水盐水纯水纯水盐水盐水膜膜膜膜渗渗 透透 原原 理理 示示 意意 图图反渗透反渗透n反渗透：在以上装置达到平衡后，若在膜的盐水一侧施加压力，而且这个压力大于纯水的渗透压力时，

2、水的流向就会发生逆转，此时，盐水中的水将流入纯水一侧。n反渗透的结果就是盐水中的水分子进入到纯水一侧，实现了水的净化。n生水中含有各种离子，如Ca2+、Mg2+、HCO3-等，可以将生水看作盐水，经过反渗透处理，就将这些离子处理了，再进入锅炉就不会造成危害了。反渗透原理示意图反渗透原理示意图纯水纯水盐水盐水膜膜浓浓水水给水给水产品水产品水反渗透的简单流程图反渗透的简单流程图反渗透膜交叉过滤原理反渗透膜交叉过滤原理给水给水浓水浓水渗透水渗透水反渗透膜概述反渗透膜概述n反渗透膜需要有一定构型才那个用于水处理。n目前常用的构型：平板式、管式、卷式和中空纤维式等。水处理中常用卷式和中空纤维式两种。n卷

3、式构型，常用有醋酸纤维膜（简称CA膜）和复合膜，利用这些膜制成膜元件，把膜元件放在压力容器中构成膜组件。nCA膜上层是0.11.0um的致密薄层，即脱盐层，脱盐层下面有一层稍厚（100200um）的多孔支撑层，水很容易通过致密层流向多孔层。致密层是半透膜层，能有效阻止盐分的通过，起到脱盐作用。反渗透膜概述反渗透膜概述n复合膜由三层组成，超薄脱盐层（在最上面）、中间多孔的聚砜内夹层、最下面的聚酯支撑网层。/td/tr卷式膜管式膜中空纤维膜主要膜的种类膜的种膜的种类膜的功能膜的功能分离分离驱动力力透透过物物质被截留物被截留物质微微滤多孔膜、溶液的微多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子脱微粒子压力差力差水、

4、溶水、溶剂和溶解物和溶解物悬浮物、浮物、细菌菌类、微粒子微粒子超超滤脱除溶液中的胶体、各脱除溶液中的胶体、各类大分子大分子压力差力差溶溶剂、离子和小分子、离子和小分子蛋白蛋白质、各、各类酶、细菌、病毒、菌、病毒、乳胶、微粒子乳胶、微粒子反渗透和反渗透和纳滤脱除溶液中的脱除溶液中的盐类及低及低分子物分子物压力差力差水、溶水、溶剂无机无机盐、糖、糖类、氨、氨基酸、基酸、BOD、COD等等透析透析脱除溶液中的脱除溶液中的盐类及低及低分子物分子物浓度差度差离子、低分子物、酸、离子、低分子物、酸、碱碱无机无机盐、糖、糖类、氨、氨基酸、基酸、BOD、COD等等电渗析渗析脱除溶液中的离子脱除溶液中的离子电位

5、差位差离子离子无机、有机离子无机、有机离子渗透气化渗透气化溶液中的低分子及溶溶液中的低分子及溶剂间的分离的分离压力差、力差、浓度度差差蒸汽蒸汽液体、无机液体、无机盐、乙、乙醇溶液醇溶液气体分离气体分离气体、气体与蒸汽分离气体、气体与蒸汽分离浓度差度差易透易透过气体气体不易透不易透过气体气体反渗透膜概述反渗透膜概述n反渗透可以除去0.0001um的颗粒杂质，一般可除去150200的有机物，除盐率可高达95%以上，是高含盐水采用的主要预脱盐手段之一，也是当今世界公认的较先进的水处理技术，运行压力一般为1.46.0MPa。n注意：反渗透膜中物理意义上的孔是不存在的，甚至用高倍率的显微镜也无法找到，所

6、以其工作原理并不像有空膜的过滤或者超滤那样，它不属于常规过滤。卷式反渗透膜元件展开图卷式卷式反渗透反渗透膜解剖图膜解剖图Producttube集水管集水管Feedwater原原水水Brineseal密封件密封件Permeate渗透液渗透液Concentrate浓缩液浓缩液ReverseOsmosismembraneRO膜膜Permeatecarrier渗透液流向渗透液流向Feedwater原原水水Tricot导导布布Meshspacer导导网网膜排列构造图膜排列构造图Brineseal密封件密封件Producttube集水管集水管Permeate渗透液渗透液Concentrate浓缩液浓缩液P

7、ressureVessel耐压膜壳耐压膜壳Element膜元件膜元件Connector连接件连接件Feedwater原原水水大型工业反渗透设备图反渗透膜对溶质的去除规律n对无机物的去除率高于有机物，且只能较好地去除分子量大于100的有机物。n对离子溶质的去除率高于非离子溶质，且非离子溶质的直径越大（M越大），其去除率越高。n一般来说，一价离子透过率大于二价离子；二价离子透过率大于三价离子；同价离子水合半径越小，透过率越大，即K+Na+Ca2+Mg2+Fe3+Al3+（透过率越来越小）。反渗透膜对溶质的去除规律n分子量低于100的气体很容易通过膜，如CO2和H2S的透过率几乎为100%。HCO3

8、-和F-的透过率随pH值升高而降低。n反渗透膜对弱酸的去除率较低，且与分子质量有关。柠檬酸、酒石酸、醋酸的分子量依次降低，其去除率也依次减少。醋酸纤维素膜（CA膜）n易受微生物侵蚀而降解，从而使膜脱盐率降低。n在酸性、碱性条件下易水解，还原成纤维和醋酸。n随着水温升高，给水pH值低于或高于最佳pH值（pH=56）时，水解速度加快。因而，通常需加酸维持给水pH值在最佳范围内，以延长CA膜的使用寿命。醋酸纤维素膜（CA膜）n在2.03.0MPa的运行压力作用下，会发生压密现象，从而降低透水量。但这种现象主要发生在运行的第一年，且是不可逆的。n给水压力和温度越高，压密速度越快，这种现象类似于塑料和金

9、属在压力下的“应变”。n当压力超过3.5MPa时，CA膜的压密十分严重，因此，CA膜不适合在如此高压下运行。nCA膜平整且不带电，可忍受通常浓度的杀菌剂，如残余氯。适用于市政水、地表水、高微生物含量水。残余氯还可抑制和杀死微生物，保护膜。复合膜n是一种新研制出来的膜，并于20世纪80年代得到应用。n与CA膜相比，不易水解，可在pH211之间运行，抗生物侵蚀能力强，且能抗膜的压密。n最大优点：一、可在较低压力下运行（常规复合膜为1.6MPa，超低压复合膜为1.0MPa，而CA膜为2.8MPa），节约能源；二、不易水解，透盐量能维持稳定，不像CA膜，其透盐量随时间增长而增加。复合膜n复合膜的水通量

10、（单位时间、单位膜面积的渗透水量）比CA膜要大，使得其运行的压力小（1.4MPa），系统更加节能。n复合膜对氧化剂如残余氯较敏感，要求给水中把它除去，但微生物对膜的污染机会也增加了。n所以对于地表水、井水作为原水时，微生物的繁殖使得选用复合膜受到限制，尤其是对于间断运行的系统。复合膜nCA膜在pH56之间运行，所以在运行时要调整酸度。n复合膜可在pH211间运行，但并不等于可节约大量的酸，因为对多数水质，都需要加酸才能防止进水浓缩了四倍的浓水中的CaCO3垢在膜表面上形成。n复合膜的价格较CA膜高，但因运行压力低，对电价较高的地区，仍然可以通过使用常规复合膜或超低压复合膜，以节省运行费用。RO

11、系统中水的回收率与浓缩系数的关系102030405060707580859095CF1.111.251.431.672.002.503.334.05.06.671020从表中可以看出，随着回收率的升高，浓缩系数呈指数形式增长。当回收率超过75%时，浓缩系数迅速增加，从75%95%，浓缩系数也从4.0迅速增加到20，即回收率达到95%时，进水被浓缩了20倍。同时，当回收率超过75%时，水质会迅速下降。原水的预处理n原水中存在悬浮物、胶体等杂质，这些杂质一旦与反渗透膜接触，尤其是在反渗透系统内浓缩后接触时，会造成对膜的污染，影响膜的性能。n常用的预处理方法有：混凝与沉淀处理、水的过滤处理、水的氯化

12、处理、水中铁的去除等常规技术，以及微滤、超滤、叠片过滤等技术。胶体的性质n胶体是某些低分子的聚合体，半径小，比表面积大，大多带负电荷，长期静置也难以下沉。n因其颗粒很小，肉眼难以观察到，对光线具有散射作用，在光束通过胶体溶液时，在光路上那个看到发亮的光带。n胶体的成分较复杂主要是由铁、铝和硅氧化物形成的无机矿物胶体；其次是水生植物腐烂和分解而形成的有机物胶体；另外，水中溶解的某些高分子物质（如腐蚀质）和生长的微生物（如病毒和细菌），按它们的性质和粒径一般也属于胶体范围。胶体的混凝沉淀n混凝沉淀主要是依照电中和作用和吸附架桥作用的原理进行的。n电中和作用是指投加于水中的混凝剂,经水解后形成带正电

13、荷的胶粒,能和水中带负电荷的胶粒相互吸引,使彼此的电荷中和而凝聚。n凝聚的颗粒称绒体或矾花,它们具有强大的吸附能力,能吸附悬浮物质、部分细菌和溶解性物质。n绒体通过吸附,体积逐渐增大,易于下沉,下沉过程中还可以进一步吸附上述物质。胶体的混凝沉淀n吸附架桥作用是指混凝剂溶解在水中以后,经水解和缩聚形成绒型结构的高聚物。后者能强烈的吸附胶体微粒。n随着吸附微粒的增多,高聚物会弯曲变形和成网,从而起到架桥的作用,使微粒间的距离缩短而互相粘结,逐渐形成粗大的絮聚体。絮聚体也能吸附部分细菌和溶解性物质,最终因重力而下沉。n以上两种作用原理所引起的凝聚和絮聚,总称为混凝。影响混凝效果的因素n水温。水温低时

14、，铝盐等无机盐类混凝剂的水解降低，因为其水解属于吸热反应，且水温低时水的黏度大，胶体的布朗运动强度减弱，不利于胶体脱稳和絮凝物的成长。如用铁盐作混凝剂时，水温的影响则不大。npH值。对混凝剂的水解及其形成的难容盐溶解度、凝聚效果等有直接影响。每一种混凝剂都有其最佳混凝效果的pH值。影响混凝效果的因素n混凝剂的用量。对于不同的水质，应选择混凝剂加入的最佳用量，这需要通过烧杯试验来决定。目前一些水厂开始采用流动电流混凝控制技术来选择混凝剂的用量，其速度更快。n水中离子或杂质。水中离子量的多少和种类、浊度高低，以及水中TOC（总有机碳）和DOC（溶解有机碳）或色度的大小等对混凝剂的确定和混凝效果也有

15、直接的影响。n水力条件。混凝剂、助凝剂的加入地点，以及药品加入后的混合效果，在加药点和澄清设备中形成的水力条件等对混合效果均有影响。常见混凝剂和助凝剂n常见的混凝剂有：硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）、硫酸亚铁、氯化铁、聚合铁（PFS）等。n常见的助凝剂：用于调节pH值的石灰（CaO）或纯碱（NaCO3）；作为氧化剂的氯（Cl2）或漂白粉（CaOCl2）；作为絮凝物加固剂的水玻璃（Na2OSiO2yH2O）；用作高分子吸附剂的聚丙烯酰胺（PAM）等。沉淀与过滤n经过混凝剂混凝的原水需要进一步经过沉淀、澄清和过滤。n沉淀和澄清就是利用凝聚沉降的原理，把原水中微小的悬浮物和胶体杂质经过混凝处理后（形成

16、较大的颗粒），从水中分离出来。n过滤的目的就是进一步除去水中的悬浮物。常见的过滤材料有磺化煤、石英砂、活性炭等过滤材料。氯化处理n氯气、次氯酸作为杀菌剂，广泛应用与水处理中。n在反渗透系统中，为了防止反渗透膜的微生物污染，对反渗透进水要进行氯化处理。nCl2+H2OHClO+HCln当溶液的pH值为56.5时，水中90%以上的氯以次氯酸形式存在，杀菌效果最好。pH值9时，次氯酸只有0.21mol/L的杀菌效果，多数氯以次氯酸根的形式存在，因而杀菌效果级差。氯化处理n膜元件是醋酸纤维素（CA膜）材料时，反渗透进水pH值一般控制在56之间。对于杀菌效果而言，有明显的经济型，因为这个酸度下，有利于防

17、止膜的水解。n对于复合膜，因其pH值允许在310之间，当对反渗透器进水进行预氯化处理时，pH值不宜过高。在一些水处理系统中，为了达到良好的杀菌效果，适当加酸降低pH值也是必要的。水中铁的去除n反渗透系统对铁的含量有严格的限制，因其会在系统中污染膜，还有可能在铁细菌存在时，形成铁锈软泥。n除铁的方法有：混凝法、化学沉淀法、锰砂过滤法等，前两种较为常用。n混凝法是用混凝剂混凝。n化学沉淀法是将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+在水中发生水解反应，生成难溶的氢氧化铁沉淀而析出，从而达到除去铁的目的。n4Fe2+O2+10H2O=4Fe（OH）3+8H+氯的去除nRO膜对残余氯的忍受度，一般以ppmh表

18、示，它水中残余氯的含量（ppm）乘以膜接触该水的时间（h）得到的。如中空PA膜对残余氯的忍受度为1000ppmh，表示高膜接触0.1ppm残余氯10000小时，不会有明显的降解。n当使用中空PA膜和复合膜时，大多数制造商要求给水中氯浓度为零。n所以对于中空PA膜和复合膜，氯的去除就非常重要。氯的去除n加亚硫酸钠。向含有残余氯的水中加入一定量的还原剂亚硫酸钠，发生脱氯反应：nNa2SO3+HClO=Na2SO4+HClnNaHSO3+HClO=NaHSO4+HCln亚硫酸钠的加药量可以按照下式估算：氯的去除n式中需投加纯净的亚硫酸钠量，mg/Ln加药系数，可取23n水中溶解氧浓度，mg/Ln水中

19、残余氯含量，mg/Ln63，8，71Na2SO3,1/2O2,Cl2的摩尔质量。n因Na2SO3有较强的还原性，它还能与水中的溶解氧发生反应：n2Na2SO3+O2=2Na2SO4氯的去除n还原剂还可以用Na2S3O5（偏亚硫酸钠）除去游离氯：nNa2S3O5+H2O+2HOCl2NaCl+2H2SO4nNaHSO3和Na2S3O5是反渗透水处理较常用的还原剂，NaHSO3一般以液态供应，偏亚硫酸钠以固态供应。当偏亚硫酸钠与水混合时，会产生有刺激的烟雾。氯的去除n加入还原剂时，为确保RO给水中的氧化剂，可利用ORP计（氧化还原电位计）监测水，一般ORP读数应小于175mV。n还原状态的水环境能

20、导致厌氧菌的繁殖，某种厌氧菌还会还原SO42-为H2S，最佳还原电位为-100-200mV，因此，维持稍正值的还原电位有助于控制该类微生物的活性。n为确保水中氯完全反应，还应该加入1ml/L的富裕量。如计算需加0.44ml/L，但实际需加1.44ml/L给水的加酸除垢n在反渗透除盐过程中，由于膜对水中的CO2透过率几乎为100%，而对Ca2+的透过率几乎为零。n当回收率为75%时，浓水浓度比进水浓度高4倍，将会导致浓水侧的pH值升高和Ca2+的增加，同时pH的增高会引起水中HCO3-转化为CO32-，极易造成CaCO3在膜表面析出，损坏膜元件，造成膜的透水率和脱盐率下降。n所以在反渗透系统中，

21、通常需要加酸来调节pH值，防止CaCO3在膜表面析出。给水的加酸除垢n加酸量的大小需要依据朗格里尔指数（LSI）来判断，即使浓水一侧的LSI0，使碳酸钙无法析出。n加酸一般选择盐酸或硫酸。依据膜的特性，加硫酸比加盐酸要好，因为SO42-比Cl-更不容易通过透过膜。n但加硫酸会增大硫酸钙在膜表面沉淀，因此，具体选用那种酸要依据实际情况而定。给水加酸除垢的机理n按照离子平衡理论，当溶液的pH4时，溶液中几乎是以CO2和H2CO3的形式存在。n当pH为610时，溶液中HCO3-是主要的存在形式。n当pH8.4时，溶液中几乎只含有HCO3-。n当pH10.5时，CO32-是溶液中的主要存在形式。n所以

22、为防止CaCO3沉淀的生成，可以调节水的pH值，从而达到防止碳酸钙垢在膜的表面生成。阻垢剂n阻垢剂对防止难容盐的析出在反渗透膜上是十分有效的。n其机理是通过延缓盐晶体生长来推迟沉淀的过程，促使晶体不会形成一定大小和足够的浓度而沉淀下来。n大多数阻垢剂有一定分散剂的作用，防止颗粒聚集成足以沉淀下来的大颗粒。n即在反渗透水中难容盐来不及沉淀在膜表面上，就已随浓水排到RO装置之外了。常见的阻垢剂n低分子量聚丙烯酸脂。含有多个羧基（-COOH），分子量在1000到5000之间，那个极好地阻止碳酸盐垢的形成，但在作为分散剂作用上有一定局限。n六偏磷酸钠（SHMP）是低成本的阻垢剂。但不稳定，混合（溶解）

23、难些，超过3天就会水解成磷酸盐，易形成磷酸钙沉淀。n有机磷酸盐。稳定且与SHMP类似，具有阻垢和分散的作用。常见的阻垢剂n高分子量聚丙烯酸脂（M=600025000）是最好的分散剂，但其阻垢的性能不如低分子量的聚丙烯酸脂。n混合阻垢剂。如低分子量的聚丙烯酸脂与高分子量的聚丙烯酸脂混合；低分子量的聚丙烯酸脂与有机磷酸盐混合。即保持良好的阻垢性能，也有较好的分散剂的性能。常见难容盐的溶度积盐盐 类类K KSPSP（离子以（离子以“mol/L”mol/L”表示表示K KSPSP（离子以（离子以“mg/L”mg/L”表示表示CaSO42.510-596300SrSO46.310-75300BaSO42

24、.010-102.64CaF25.010-11723Si(OH)42.010-396(mg/LSiO2)难容盐沉淀的判断n当溶液金属离子的浓度与阴离子浓度的乘积（离子积）大于KSP的时候，沉淀析出。n当溶液金属离子的浓度与阴离子浓度的乘积（离子积）等于KSP的时候，溶液饱和。n当溶液金属离子的浓度与阴离子浓度的乘积（离子积）小于KSP的时候，沉淀溶解。n为防止RO膜上结垢，为慎重起见，一般要求离子积0.8KSP。水流量，m3/h；每小时加药量，L/h；阻垢剂浓度。对SHMP，一般配成10%，其他阻垢剂见厂家说明；阻垢剂的溶液密度；加药量，mg/L。阻垢剂加药量的计算加阻垢剂后允许的离子积值盐盐

25、类类离离子子乘乘积积不加阻垢剂不加阻垢剂加加SHMP加其他阻垢剂加其他阻垢剂CaSO40.8KSP1.5KSP及及1.010-3按照厂家要求确定按照厂家要求确定SrSO40.8KSP50KSPBaSO40.8KSP50KSPCaF20.8KSP50KSP反渗透膜的清洗n在正常运行条件下，反渗透膜可能被无机物垢、胶体、金属氧化物等污染。n污染物沉积在膜的表面上，会引起反渗透装置出水率下降或拖延率下降；n对装置的误操作也会引起膜的污染。n为回复膜的良好透水性，就需要对膜教学化学清洗。反渗透膜清洗的条件n膜的供应商会提供清洗的条件。n供应商未提供清洗条件的，凡是具备下列条件之一的，需要对膜元件教学清

26、洗：标准渗透水流量下降10%15%；标准系统压差增加10%15%；标准系统脱盐率下降1%2%或产品水含盐量明显增加；已经证实有污染或结垢发生。陶氏RO膜的清洗条件n以上的标准（基准）比较条件取自系统经过最初48 小时运行时的操作性能。n注意：如果进水温度降低，元件产水量也会下降，这是正常现象并非膜的污染所致。标准化产水量降低10%以上进水和浓水之间的标准化压差上升了15%标准化透盐率增加5%以上常见的膜污染及表现污染类型主要表现形式碳酸盐垢渗透水流量下降、脱盐率下降铁、锰标准压差升高，标准渗透水流量下降硫酸盐垢首先影响最后面的膜元件，极难清洗硅系统压差增加，较难清洗悬浮物、有机物系统标准渗透水

27、流量下降微生物标准压差增加或标准渗透水流量下降铁细菌严重时可见到棕色黏泥，系统标准压差常见的清洗药剂污染物防止方法清洗药剂金属氧化物CaCO3给水酸化控制运行回收率柠檬酸pH=2.53.5CaSO4运行中加阻垢剂柠檬酸pH=2.53.5有机物预处理中除去EDTA钠盐+Na3PO4pH=1012微生物细菌预处理中除去给水加氯杀菌0.5%1%甲醛陶氏FT30 膜元件一般清洗液0.1%(W)NaOH 或1.0%(W)Na4EDTA【pH12/30C(最大值)】0.1%(W)NaOH 或0.025%(W)Na-SDS【pH12/30C(最大值)】0.2%(W)HCl盐酸1.0%(W)Na2S2O4亚硫

28、酸氢钠0.5%(W)H3PO4磷酸1.0%(W)NH2SO3H 亚硫酸氢胺2.0%(W)柠檬酸Na-SDS：十二烷基磺酸钠盐，又名月硅酸钠；(W)质量百分比浓度清洗要求n对多段RO装置，原则上清洗应该分段进行，清洗水流方向与运行方向相同。当膜污染较轻微时，可多段一起清洗。n膜元件污染严重时，清洗液在最初几分钟可以排地沟，然后再循环。一般情况下，清洗液可以不排地沟，直接循环。n在清洗膜元件时，有关的清洗系统应用水冲洗干净，以免污染膜元件。n清洗过程应监测清洗温度、pH值、运行压力以及清洗液颜色的变化。清洗液的配制n清洗液原则上应用RO出水配制，清洗液应充分溶解并混合均匀。n对固体药品，如柠檬酸，因其溶解度有限，所以可在一小容器内先溶解，再倒入清洗箱内。n一般用氨水而不是氢氧化钠来调节清洗液的pH值。（用氨水调节时要注意通风）