反渗透技术.pptx
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1、1饮料生产中的反渗透技术 反渗透技术的基础是分离膜,分离膜是具有选择性透过性能的薄膜。反渗透膜工作过程中,水的透过速率远远大于溶解的水中的溶质(盐分)。从而实现了水和盐分的分离,得到纯净水以及浓缩的盐溶液。一、反渗透的基本原理22、反渗透与渗透压 渗透是纯水从稀溶液一侧穿过半透膜(反渗透膜)向浓溶液一侧自发流动的过程。水能通过反渗透膜,盐分(溶质)几乎不能通过,这称为渗透。如下图所示。一、反渗透的基本原理3 纯水侧的水流入盐水侧,盐水的液位上升,当上升到两侧出现一定压力差后,水通过膜的净流量等于零,整个过程达到一个平衡,此时,两边液位高度差对应的压力,称为渗透压,渗透压是溶液的一种特性,它随溶
2、液浓度差的增大而增大,一般是以Nacl溶液为基础进行估算,即每增加1mg/L Nacl约增加渗透压为69Pa,这可用于大多数天然水的估算。35000mg/L 的Nacl溶液渗透压为27.5MPa(398PSI)。当在膜的盐水侧施加一个大于渗透压的压力时,水的流向就会逆转,此时盐水中的水将流入淡水侧,这称反渗透。一、反渗透的基本原理2、反渗透与渗透压41、各离子透过膜的规律 一般来说,1价离子透过率大于2价离子;2价离子透过率大于3价离子;同价离子的水合半径越小。透过率越大,以阳离子为例,离子透过膜易、难顺序如下:K+Na+Ca2+Mg2+Fe3+Ae3+透过率越来越小。溶解气体如CO2透过率几
3、乎为100%,HCO-3和F-透过率随PH值升高而降低。一、反渗透的基本原理5(1)脱盐率(SP):进水的含盐量(TDS)与浓水含盐量的比,记作 SP=式中:Cp 透过水盐浓度 Cfm进水盐浓度注:盐浓度是指膜面的平均盐浓度6(2)回收率:膜元件产水流量与进水流量之比 R=100%(p/f)p为产水流量,f为进水流量(3)盐透过率:产水含盐量与进水含盐量(TDS)的比,其计算式盐透过率=(1-脱盐率)100%反渗透复合膜盐透过率每年增长3%-7%7(1)压力:给水压力升高,膜的水通量增大;但它不影响盐透过率,在盐透过率不变的情况下,水通量增大时,产品水含盐量下降,脱盐率提高了;三、膜运行条件的
4、影响因素8(2)温度:进水温度上升而其他运行参数不变时,产水量增温升1,一般产水量可增大2-3%,但盐的透过量有更大的增加,因此,显示出脱盐率也下降;三、膜运行条件的影响因素9(3)进水含盐量:进水含盐量增加,产水量和脱盐率平均下降,因为进水含盐量增大,渗透压也增大。进水压力不变时,产水通量会下降,脱盐率也下降;三、膜运行条件的影响因素10(4)回收率:增大产品水的回收率,进水压力恒定,进水侧的平均含盐量升高,渗透压增大,使产水通量稍有下降。脱盐率也降低;三、膜运行条件的影响因素11(5)PH值:脱盐率和产水量在一定的PH值范围内较为恒定,其最大脱盐率在PH=8.5。三、膜运行条件的影响因素1
5、2 各种反渗透膜因膜材料不同,工艺、结构不同,因此以上运行条件对膜运行参数的影响也不完全相同三、膜运行条件的影响因素13 1、产水流量 39.7m3/day 2、最低脱盐率 99.7%3、有效膜面积 37.2m2 产水量及脱盐率在以下条件得出:2000ppm Nacl,15bar进水压力,25,PH=6.5-7;回收率:15%。144 4、操作极限、操作极限(1)最高工作温度:45(2)最高操作压力:41bar(3)最大压降:1bar(4)PH范围(连续运行)2-11(5)CIP PH范围 1-13(6)SDI155(7)允许游离氯含量0.1ppm15 5、几点说明 膜元件的脱盐率是在一定的条
6、件下测得的,若条件不同,所得的结果也不同,当进行元件膜性能和规格比较时请记住这一点。在测试条件下得到的性能与系统性能是有区别的;每支膜最大压降为1bar,6支膜装入一只压力容器中,其最大允许压降为4.1bar;膜的抗氯能力也可以ppm小时表示,1000ppm抗氯能力,即膜元件与1ppm余氯接触1000小时,可能会出现膜的降解现象;8”反渗透膜最大进水流量:15m3/H(对于SDI5地表水)8”反渗透膜最小浓水流量:3.4m3/H(对于SDI5地表水)161 1、反渗透系统运行应严格遵从操作手册的指引,此外尤其注意以、反渗透系统运行应严格遵从操作手册的指引,此外尤其注意以下要点:下要点:(1)反
7、渗透的进水温度应小于45(2)给水的SDI15应当小于4.0,必须小于5(3)所使用的阻垢剂应是膜厂家允许的(4)回收率应受盐的浓度限制,不能超过生产厂规定的限度(5)给水要采取消除细菌的措施(6)对比初始运行产品水流量,经过标准化后,下降10%-15%时要进行膜的清洗(7)单个膜元件的压降不能大于1bar,6个膜元件的压力容器的压降不能大于4.1bar(8)为防止微生物在长时间停用时生长,膜元件应浸泡在1%的亚硫酸氢钠保护液中。17(9)运行时反渗透产水的静压力不应超过给水/浓水压力0.35bar,停机时,产品水侧静压不能超过0.3bar(10)膜元件运行时(特别是起动)对给水冲击压力必须设
8、法消除,为防止水锤产水在高压泵出口可装行程时间为25s的慢开门,或用变频器起动高压泵。(11)给水中不应含有臭氧、余氯或其他强氧化剂(12)给水为地表水源时,要采取消除细菌的预处理措施。(13)当化学清洗膜时,PH值不应小于1,也不应大于13。(14)为了防止微生物在长时间停用时生长,膜元件应浸在保护溶液中,保护溶液应是含有1-1.5%的亚硫酸钠(食品级)溶液中。(15)在不同温度条件下运行,膜的性能将受到影响,尤其注意冬季水温较低对膜的产水影响。(16)系统停运时应进行系统冲洗,冲洗方式有采用渗透水冲洗系统,采用不开高压泵的低压水冲洗。182、运行数据记录 运行数据可以说明系统的性能,在整个
9、反渗透运行期间都要进行日常收集,这些数据与定期的水质分析一起为评价反渗透系统的性能提供资料,具体内容如下:(1)流量(产品水和浓水流量)(2)压力(各段给水、浓水、产品水、5m过滤器出口、入口)(3)温度(给水)(4)余氯(给水)(5)PH值(给水、产品水)(6)电导率(给水、产品水)(7)SDI(给水)193、返渗透系统故障症状,起因及纠正措施20(1)OSMO系列反渗透膜能耐氯吗?所有的超薄聚酰胺复合膜,活性氯均会氧化膜表面,引起膜元件对盐份的脱除能力的下降。OSMO反渗透膜可以承受1000ppm.hr的余氯氧化攻击,微量的金属会加速这一氧化过程,因此,应对RO进水脱氯处理。六、常见问题解
10、答21(2)为什么RO产水的PH值低于进水的PH值?当了解了CO2、HCO3-和CO3-之间的平衡,就能够找到这一问题的最好答案。在密闭的体系内,CO2、HCO3-和CO3-的相对含量随PH值的变化而变化,低PH值条件下,CO2占主要部份,中等的PH值范围内,主要为HCO3-,高PH值范围内,主要为CO3-。由于RO膜可以脱除溶解性的离子而不能脱除溶解性的气体,RO产水中的CO2含量与RO进水中的CO2含量基本相同,但是HCO3-和CO3-常常能够减少1-2个数量级,这样就会打破进水中CO2、HCO3-和CO3-之间的平衡,在系列反应中,CO2将与H2O结合发生如下反应平衡的转移,直到建立新的
11、平衡。CO2+H2O HCO3-+H+如果进水中含有CO2,则RO的产水PH值总会降低,对于大多数RO系统反渗透产水的PH值将有1-2个PH值的下降,当进水碱度和HCO3-高时,产水PH值下降就更大。为数极少的进水,含较少的CO2、HCO3-或CO3-这样看到产水PH值的变化就少,某些国家和地区,对于饮用水PH值有规定,一般为6.5-9.0,根据我们的理解,这是为了防止输水管路的腐蚀,而饮用低PH值的水,本身不会引起任何健康问题,众所周知,许多超市售含碳酸饮料其PH值在2-4之间。22六、常见问题解答(3)怎样知道你的膜系统该用何种清洗方法进行清洗?为了获得最好的清洗效果,选择能对症的清洗剂和
12、清洗步骤非常重要,错误的清洗实际上还会恶化系统性能,一般来说,无机结垢污染物,推荐使用酸性清洗液,微生物或有机污染物,推荐使用碱性清洗液。23六、常见问题解答(4)怎样发现哪些膜元件需要更换?()如果反渗透或纳滤系统中某一系列或某一支压力容器的产水,出现含盐量(电导率)异常升高,这就明显地说明,“O”型圈有渗漏或该处的元件有故障。确定故障的关键在于所设计的膜系统应能够方便诊断和鉴别出任何性能有异常的膜元件或系统部件:每支压力容器应设置取样口,装置产水应分段以便于从出现问题的总产水中,追踪到有问题的压力容器,而每支压力容器又应允许从产水管内插入取样管探测产水电导率,以确定故障具体位置。这称为探针
13、法,提醒大家,“O”形圈泄漏是最常见的水质下降的原因。24六、常见问题解答(4)附:探针法()探测法采用一根约1/4英寸直径塑料管插入整个膜组件的产水中心管内,如图所示,它需要断开被测外壳的产水管于总产水管的接管或卸下压力容器另一端的产水出口堵头。如果没有拆开与产水总管的连接,则应确保其它压力容器的产水不会影响探测工作。25六、常见问题解答(4)附:探针法()当RO/NF系统以正常操作条件运行时,从压力容器产水中心管内初始分流出来的水样是没有代表性的,应等待几分钟,使探测引水管得到冲洗,系统达到平衡,然后从探测管流出来的产水TDS数值可由手持式仪表进行测定,并作数据记录,它能反应出该位置膜元件
14、的产水TDS值,探测管应从最深处拉出6英寸(根据不同外壳品牌而异),以测定压力容器端板和元件间适配器(俗称手榴弹)处的产水电导率,然后再拉出8英寸,测定出该处的产水电导率,按此间隔获得产水电导的分布规律如图所示,取样的位置间隔必须为8英寸(200mm),以便每组中的第五个产水取样对应于两个组件间的内接头。这种测量方法可以测量每一组件的多处数据,并同时检查了所有的内接头和适配器的“O”形圈。因此在测量时应在取样管上做上记号,以便快速找到所需的取样位置。26六、常见问题解答(4)附:探针法()27六、常见问题解答(4)附:探针法()从容器的进水端到浓水端,正常产水的电导率分布显示平衡的增高态势。若
15、出现非正常的偏离这一分布规律就可以确定高漏盐率故障的位置。“O”形圈故障一般会反映出对应于内接头或适配器处的电导率变化曲线上有一个突然变化。而其它位置的电导率显著增加说明相应膜元件存在故障。28六、常见问题解答(5)什么时候需要探测膜系统,如何做?系统脱盐率降低可能是元件的均匀变化,也有可能局限于前端或末端的少数几个膜元件,它可能是整个系统每个压力容器的故障,也可能仅限于几个压力容器。因此,需要测定单支压力容器产水TDS值,以及单个膜元件的性能情况。29六、常见问题解答(6)怎样防止膜元件原包装内的微生物滋生?当保护液出现混浊时,很可能是因为微生物滋生之故。用亚硫酸氢钠保护的膜元件应每三个月查
16、看一次。当保护液出现混浊时,应从保存密封袋中取出元件,重新浸泡在新鲜保护液中,保护液浓度为1%(重量)食品级亚硫酸氢钠(未经钴活化过),浸泡约1小时,并重新密封封存,重新包装前应将元件沥干。30六、常见问题解答(7)在膜系统开机之前是否应该赶走系统内的空气?我们要求必须以低压低流量将空气赶走,才能启动膜系统。该操作的压力在0.2-0.4Mpa之间,低压冲洗排气时,应让所有的浓水和产水排入下水道,如果压力上升过快,而膜元件和压力容器内还有空气时,将会在元件的水流方向和径向产生额外的冲击力,严重时使膜的外包皮破裂。31六、常见问题解答(8)膜系统能否频繁的启停?膜系统是按连续运行作为设计基准的,但
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