反渗透技术简介ppt课件.ppt

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1、反渗透技术,反渗透的工作原理 反渗透膜的应用 反渗透膜的规格与性能 预处理系统 反渗透系统组成 反渗透运行管理 污染与化学清洗 常见问题,1.1 反渗透的工作原理,反渗透是在压力驱动下，水分子通过半透膜，而离子大部分被截留，从而达到水、离子分离的过程。,半透膜 半透膜是具有选择性透过性能的薄膜。当液体或气体通过半透膜时，一些组分透过，而另外一些组分被截留。实际上半透膜对于任何组分都有透过性，只是透过的速率相差很大。在反渗透过程中，溶剂（水）的透过速率远远大于溶解在水中的溶质（盐分）。通过半透膜实现了溶剂和溶质的分离，得到纯水以及浓缩的盐溶液。,1.1 反渗透的工作原理,渗透渗透是当流体在跨越半

2、透膜屏障时的一种自然过程。如果将一箱纯水用一张半透膜垂直分为两部分，纯水与理想半透膜的两面以相同的温度和压力接触，在这样的条件下没有跨越半透膜的水的流动产生，因为在膜两侧的化学势完全相等。如果在其中一侧加入溶解性盐，盐溶液一边的化学势降低了。纯水便会向盐溶液一侧渗透，从而产生一个渗透流，直到化学势的平衡重新建立为止（图1a）。,1.1 反渗透的工作原理,1.1 反渗透的工作原理,反渗透在图1的箱子中，水通过渗透作用流向盐溶液一侧，直到达到新的平衡建立。在盐溶液一边施加一个额外的压力与渗透压相等，原有的平衡会受到影响（图1b）。外加压力将会使盐溶液一边的化学势增加，使溶剂流向纯水一边。这种现象便

3、是反渗透。反渗透过程的驱动力是外加压力，反渗透分离所需能量与溶液的难度直接相关。因此，从盐溶液中生产同样体积的水，盐的浓度越高，所需能耗也越高。,对于反渗透过程分离水和盐的机理还没有一个公认的统一解释。目前一般推荐两种传递模型：孔流模型和扩散模型。水通过膜有两种方式，一种是通过膜上存在的孔，另外一种是通过膜中的分子节点之间的扩散。根据理论，膜的化学性质是，在固液界面上水优先吸附并通过，盐被截留。水与膜表面之间有弱的化学结合力，使得水能够在膜的结构中分散。膜的物理和化学性质决定了在传递过程中水比盐的优先地位。膜对水和盐的传质系数不同，所以才有脱盐率。没有什么理想的膜具有对盐完全的脱除性能，实际上

4、是传质速率的差别早就了脱盐率。,1.1 反渗透的工作原理,产水-透过液 反渗透、纳滤膜的透过液为净化水，因此也称为系统产水。浓水-浓缩液 未透过膜的溶液，原水中的溶质在其中被浓缩。在水处理反渗透系统中浓水作为废水排出。脱盐率 通过反渗透膜从原水中脱除总可溶性杂质浓度或特定溶质浓度的百分率。 计算公式为： SR = 100% - Cp/Cfm 其中SR为脱盐率（），Cp 为透过液盐浓度， Cfm为料液的平均盐浓度。,1.2 基本概念,2 反渗透的应用,目前，反渗透作为脱盐的主要工艺，在许多领域得到了越来越广泛的应用： 石油 电力 化工 制药 饮用水,3 反渗透膜的规格与性能,目前,市场上的反渗透

5、膜元件有三种尺寸的组件:,3 反渗透膜的规格与性能,根据膜的用途，膜组件又划分为：,3 PROC 10 的性能, 在标准测试条件下的产水量： 测试溶液：2000ppm NaCl 操作压力 225 psi 水温 25,膜表面更加致密 提高了膜表面分离皮层致密度，高脱盐、长期稳 定；脱盐率高达99.75% 耐化学清洗 PH 1-12 ,高PH碱洗是去除生物,胶体及有机物的有效手段 特殊形状34mil给水隔网, 大幅降低了膜元件的给水压力损失； 保证RO系统阻力低、少污堵、易清洗； 明显改善膜系统前后段的产水平衡； 端板排气构造 加快了膜元件与膜外壳间隙中排气及进水速度； 有效缓解系统启动时对膜系统

6、的冲击，降低膜元件的破损率。,3 PROC 10 的特点,使用条件 最高操作压力 600 psi 最高进水流量 20m3/h 最高进水温度 45 给水PH 连续运行 211 化学清洗 112 给水浊度 1.0 NTU 给水污染指数 SDI15 5,3 PROC 10 的使用条件,3 PROC 10 系统的优势,与海德能CPA3及同级别的膜厂家产品相比,特点如下: 脱盐率最高，产水含盐量低落25% 压力损失下降了50% 进入压力低4%，降低了能耗 前后端膜通量更加均衡，降低了浓差极化程度,各种原水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要是无机盐、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质

7、主要是易溶盐（如氯化物）和难溶盐（如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐）金属氧化物、酸碱等。,4 反渗透预处理的必要性,在反渗透过程中，进水的体积在减少，悬浮颗粒和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上，堵塞进水流道、增加摩擦阻力（压力降）。难溶盐在超过其饱和极限时，会从浓水中沉淀出来，在膜面上形成结垢，降低RO膜的通量，增加运行压力和压力降，并导致产水水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染，膜污染的结果是系统性能的劣化。需要在原水进入反渗透膜系统之前进行预处理，去除可能对反渗透膜造成污染的悬浮物、溶解性有机物和过量难溶盐组分，降低膜污染倾向。对进水进行预处理的目的是改善进水水质，使RO膜

8、获得可靠的运行保证。,4.1 反渗透预处理的必要性,对原水进行预处理的效果反映为TSS、TOC、COD、BOD、LSI及铁、锰、铝、硅、钡、锶等污染物水质指标的绝对值降低。表征膜污染倾向的另外一个重要的水质指标是SDI。通过预处理，除了要将上述指标降到反渗透系统进水要求的范围，还有重要的一点是尽量降低SDI，理想的SDI（15分钟）值应小于3。,4.1 反渗透预处理的必要性,为了改善反渗透系统的操作性能，在进水中可以加入添加下列一些药剂：1)酸2)碱3)脱氯药剂 4)阻垢剂和分散剂,4.1 化学预处理,1) 加酸在进水中可以加入盐酸【HCl】、硫酸【H2SO4】来降低pH。 降低pH的首要目的

9、是降低RO浓水中碳酸钙结垢的倾向，即降低朗格里尔指数【LSI】。 LSI是低盐度苦咸水中碳酸钙的饱和度，表示碳酸钙结垢或腐蚀的可能性。在反渗透水化学中，LSI是确定是否会发生碳酸钙结垢的是个重要指标。当LSI为负值时，水会腐蚀金属管道，但不会形成碳酸钙结垢。如果LSI为正值，水没有腐蚀性，却会发生碳酸钙结垢。,4.1 化学预处理,2)加碱加碱使用较少，在反渗透进水中注入碱液用来提高pH。一般使用的碱剂只有氢氧化钠【NaOH】，购买方便，而且易溶于水。在加碱调高pH时一定要注意，pH升高会增加LSI、降低碳酸钙及铁和锰的溶解度。最常见的加碱应用是二级RO系统。在二级反渗透系统中，一级RO产水供给

10、二级RO作为原水。,4.1 化学预处理,在二级RO进水中加碱有4个原因：在pH8.2以上，二氧化碳全部转化为碳酸根离子，碳酸根离子可以被反渗透脱除。而二氧化碳时是一种气体，会随透过液自由进入RO产水。对于下游的离子交换床抛光处理造成不当的负荷。某些TOC成分在高pH下更容易脱除。二氧化硅的溶解度和脱除率在高pH下更高（特别是高于9时）。硼的脱除率在高pH下也较高（特别是高于9时）。,4.1 化学预处理,2)加碱,4.1 化学预处理,加碱应用有一个特例，通常被叫做HERO（高效反渗透系统）过程，将进水pH调到9或10。一级反渗透原来处理苦咸水，苦咸水在高pH下会有污染问题（比如硬度、碱度、铁、锰

11、等）。预处理通常采用弱酸性阳离子树脂系统和脱气装置来除去这些污染物。,2)加碱,3)脱氯 RO进水中的游离氯要降到0.05ppm以下，才能达到聚酰胺复合膜的要求。 除氯的预处理方法有两种，粒状活性炭吸附和使用还原性药剂如亚硫酸钠。,4.1 化学预处理,4.1 化学预处理,3)脱氯,在小系统（50100gpm）中一般采用加压碳过滤器，投资成本比较合理。推荐使用酸洗处理过的优质活性炭，去除硬度、金属离子，细粉含量要非常低，否则会造成对膜的污染。新安装的碳滤料一定要充分淋洗，直到碳粉被完全除去为止，一般要几个小时甚至几天。我们不能依靠5m的保安过滤器来保护反渗透膜不受碳粉的污染。碳过滤器是碳会成为微

12、生物的饲料，在碳过滤器中孳生细菌，其结果是造成反渗透膜的生物污染。,4.1 化学预处理,3)脱氯,亚硫酸钠【SBS】是较大RO装置选用的典型还原剂。将固体偏亚硫酸氢钠溶解在水中配制成溶液。SBS溶液在空气中不稳定，会与氧气发生反应，所以推荐2的溶液的使用期为37天， 10以下的溶液使用期为714天。从理论上讲，1.47ppm的SBS（或0.70ppm偏亚硫酸氢钠）能够还原1.0ppm的氯。设计时考虑到工业苦咸水系统的安全系数，设定SBS的添加量为每1.0ppm氯1.83.0ppm。SBS的注入口要在膜元件的上游，设置距离要保证在进入膜元件有29秒的反应时间。脱氯过程的监测可采用游离氯监测仪，用

13、以监测残余亚硫酸根的浓度，还可以采用ORP监测仪。,4.1 化学预处理,4 阻垢剂和分散剂,阻垢剂是一系列用于阻止结晶矿物盐的沉淀和结垢形成的化学药剂。大多数阻垢剂是一些专用有机合成聚合物（比如聚丙烯酸、羧酸、聚马来酸、有机金属磷酸盐、聚膦酸盐、膦酸盐、阴离子聚合物等），这些聚合物的分子量在200010000道尔顿不等。反渗透系统阻垢剂技术由冷却循环水和锅炉用水化学演变而来。对为数众多各式各样的阻垢剂化学应该注意，不同的应用场合和所采用的有机化合物所取得的效果和效率差别很大。,4.1 化学预处理,采用聚丙烯酸类阻垢剂时要特别小心，在铁含量较高时可能会引起膜污染。这种污染会增加膜的操作压力，有效

14、清楚这类污染要进行酸洗。如果在预处理中使用了阳离子混凝剂或助滤剂，在使用阴离子性阻垢剂时要特别注意。会产生一种粘稠的粘性污染物，污染会造成操作压力增加，而且这种污染物清洗非常困难。阻垢剂阻碍了RO进水和浓水中盐结晶的生长，因而可以容许难溶盐在超过饱和溶解度。阻垢剂的使用可代替加酸，也可以配合加酸使用。有许多因素会影响矿物质结垢的形成。温度降低会减小结垢矿物质的溶解度（碳酸钙除外，于大多数物质相反，它的溶解度随温度升高而降低），TDS的升高会增加难溶盐的溶解度（这是因为高离子强度干扰了晶种得形成）。,4 阻垢剂和分散剂,最普遍的结垢性矿物质有： 碳酸钙【CaCO3】 硫酸钙【CaSO4】 硫酸锶

15、【SrSO4】 硫酸钡【BaSO4】不太普遍的结垢性矿物质有： 磷酸钙【CaPO4】 氟化钙【CaF2】,4.1 化学预处理,4 阻垢剂和分散剂,分散剂是一系列合成聚合物用来阻止膜面上污染物的聚集和沉积。分散剂有时也叫抗污染剂。通常也有阻垢性能。对于不同的污染物，不同的分散剂的效率区别很大，所以要知道所对付的污染物是什么。需要分散剂处理的污染物有：矿物质结垢金属氧化物和氢氧化物【铁、锰和铝】聚合硅酸胶体物质【指那些无定型悬浮颗粒，可能含有土、铁、铝、硅、硫和有机物】生物性污染物,4.1 化学预处理,4 阻垢剂和分散剂,理想的添加量和结垢物质及污染物最大饱和度最好通过药剂供应商提供的专用软件包来

16、确定。过量添加阻垢剂/分散剂会导致在膜面上形成沉积，造成新的污染问题。在设备停机时一定要降阻垢剂及分散剂彻底冲洗出来，否则会留在膜上产生污染问题。在用RO进水进行低压冲洗时要停止向系统注入阻垢剂及分散剂。阻垢剂/分散剂注入系统的设计应该保证在进入反渗透元件之前能够充分混合。静态搅拌器是一个非常有效的混合方法，但会增加系统成本。,4.1 化学预处理,4 阻垢剂和分散剂,如果系统采用硫酸调节pH，推荐加酸点要在上游足够远的地方，在到达阻垢剂/分散剂注入点之前已经完全混合均匀。注入阻垢剂/分散剂的加药泵要调到最高注射频率，建议的注射频率是最少5秒钟一次。阻垢剂/分散剂的典型添加量为25ppm。为了让

17、加药泵以最高频率工作，需要对药剂进行稀释。阻垢剂/分散剂商品有浓缩液，也有固体粉末。稀释了的阻垢剂/分散剂在储槽中会被生物污染，污染的程度取决于室温和稀释的倍数。推荐稀释液的保留时间在710天左右。正常情况下，未经稀释的阻垢剂/分散剂不会受到生物污染。,4.1 化学预处理,4 阻垢剂和分散剂,原水中含有过量的结垢阳离子，如Ca2+、Ba2+和Sr2+等，需要进行软化预处理。软化处理的方法有石灰软化和树脂软化。石灰软化:在水中加入熟石灰即氢氧化钙通过反生生成碳酸钙沉淀,可去除碳酸氢钙.树脂软化:使用钠离子树脂置换除去结垢型阳离子，如Ca2、Ba2、Sr2，树脂交换饱和后用盐水再生。,4.2 软化

18、预处理,4.3 去除胶体和颗粒物,介质过滤 除铁、锰氧化过滤 混凝过滤 微滤/超滤 气浮,气浮在水中注入大量的微小气泡，气泡黏附在悬浮颗粒表面将其夹带浮上水面，从而实现固液分离。气浮主要用于油污、水藻等难以沉淀的污染物去除。在工业废水、地表水和海水预处理中应用较多。实现气浮分离的必要条件有两个：首先要向水中注入足够数量的微细气泡，1530微米的气泡尺寸比较理想；其次，疏水性悬浮颗粒有利于气泡粘附。影响气浮效果的因素有：微气泡尺寸，决定于溶气方式和释放器构造；气固比，取决于空气加注量；进水浓度、工作压力和上浮停留时间；药剂的作用。目前应用较多的是溶气气浮（DAF）,有加压溶气和真空产气两种工艺。

19、,4.3 去除胶体和颗粒物,保安过滤器所有RO装置上都配有筒式保安过滤器，滤器的过滤孔径要求至少为10m。保安过滤器是膜和高压泵的保护装置，防止可能存在的颗粒物引起的破坏，是最后一道预处理手续。推荐保安过滤器的孔径不大于5m。当浓水中硅的浓度超饱和时，宜使用1m的滤芯，用来降低硅、铁和铝胶体的相互作用。,4.3 去除胶体和颗粒物,反渗透膜的生物污染微生物污染的主要来源是进水，预处理也可能是生物污染源。通常，生物污染是一个缓慢的过程，在许多情况下，它是一个难以发现的隐藏问题，有时和其他因素有关。生物污染的标志和症状： 膜通量下降； 进水压力和跨膜压差逐渐增大； 脱盐率逐渐下降。膜生物污染的累积的

20、影响如下：RO系统清洗与维护费用增加；产品水水质明显变坏(水可能要后处理)；膜寿命明显下降。,4.4 生物污染的控制,生物薄膜的特点如下：水含量高（7095）；有机物含量高（7095）；菌落形成单元(CFU)和细胞数高（显微镜计数）；碳水化合物及蛋白质含量高；三磷酸腺苷(ATP)含量高；无机物含量低。,4.4 生物污染的控制,为了控制生物污染，要在管线上尽量减少死水区，避免使用碳过滤器。在装膜之前要对预处理系统以及RO装置进行系统消毒，启动后保持连续运行，停机时会生长生物膜。控制微生物污染的方法有： 以在线或离线的方式连续或周期性使用消杀剂。 在RO发生生物污染后要有有效的消毒和清洗手段。,4

21、.4 生物污染的控制,余氯LFC膜与PA膜类似，耐氯极限约为1000ppm小时，要求进水的脱氯处理达到余氯0.1ppm以下。氯对膜的损坏可以通过脱盐率的衰减和产水通量的增加来进行监测。氯的存在会使膜的保证寿命大打折扣。但近年来有用户在发生严重生物污染时使用氯的情况。用户必须评估采用余氯作为杀菌剂的风险。氯的好处是便宜、高效，能够控制生物膜的数量，并且在透过膜时会对产水侧进行消毒。由于减少了不可逆污染和苛刻的化学清洗和消毒，所以也能延长膜的使用寿命。有用户报告了“化学疗法”，每天加氯0.25ppm4小时，将清洗周期延长到了15个月，与未加氯的平行试验证明，没有发生脱盐率的损失。氯的透过率随系统不

22、同有所变化，一般在2050之间。,4.4 生物污染的控制,氯胺氯胺是一种非氧化性消杀剂。LFC膜和PA膜的耐氯胺能力为150,000300,000ppm小时。300.000ppm小时意味着可在11.4ppm的浓度下操作3年。但使用氯胺时要注意，膜的耐氯胺能力会在pH低、高温和有过渡金属存在时明显下降。氯胺是有氨水和氯混合产生的，如果混合不好，余氯要进行脱氯处理，一般采用加入过量氨水的做法来避免余氯。在增加SBS或氨时要小心，这些成分在除去氯胺时会刺激生物膜的生长。氨对于下游的必不锈钢金属元器件都会造成腐蚀。氯胺的透过性相对较高，大约80。氨是一种气体，透过率为100。,4.4 生物污染的控制,

23、异噻唑啉非氧化性的异噻唑啉作为长期或间歇性的消杀剂（或杀粘菌剂），不会引起LFC膜和PA膜的降解，如Kathon、Slimicide C-68和Rogun 781等。这种杀菌剂是有毒的，所以一定要小心使用，特别不能在饮用水中使用。一般的添加量是35ppm活性成分，实际操作过程中要考虑在浓水中没有残余。间歇使用时浓度可高达1525ppm，杀菌效果在12小时可见到效果，但如果使用不当会造成生物膜的快速生长。这类物质的分子量较大，不会透过膜。这一类消杀剂比较昂贵，但考虑到会节约清洗成本、延长膜的寿命以及稳定的反渗透系统性能会补偿药剂的费用。,4.4 生物污染的控制,过氧化氢和过氧乙酸过氧化物类消杀剂

24、是氧化性物质，用于PA膜离线使用，特别是要求RO系统达到FDA和饮用水标准时使用。单独使用过氧化氢可添加到2,000ppm的浓度，450ppm过氧乙酸在1小时之内既能杀菌，4小时完全破坏生物膜。温度保持在2025，既能有效杀菌，对保护膜也有利。一定要小心在进水中不要有过渡金属（铁、锰等），否则这些离子会催化氧化损坏膜。,4.4 生物污染的控制,5 反渗透系统组成,5.1 工艺流程5.2 膜组件及外壳5.3 高压泵5.4 压力保护5.5 低压冲洗5.6 超标排放5.7 系统检测,5.1 系统工艺流程,5.2膜组件及外壳,5.2膜组件及外壳,5.3 高压泵,高压泵系统的压力（扬程）和流量的选择主要

25、依据运行海德能设计软件IMSdesign的模拟计算结果。 高压泵的选择一般按膜运行3年后的状况考虑。为了保证系统的安全可靠，在实际选型时，可以在计算结果推荐选型的基础上提高10%扬程和流量规格。在高压泵出口一般要安装手动调压阀，运行初期系统所需压力较3年后小，所以用手动调压阀用于调节泵的出力。,5.4 压力保护,水低压停机/ 停机报警装置当给水压力低于最低允许值时，反渗透自动停机并给出低压报警指示信号，操作员解决问题后重新启动，避免由于给水压力过低造成对高压泵的损害。,给水高压泄流停机报警当高压泵出口压力高于最高允许值时，反渗透自动泄流，然后停机并给出高压泵高压报警指示信号，操作员解决问题后重

26、新启动，避免由于浓水压力过高造成对膜及压力容器的损害。,5.4 压力保护,纯水高压泄流停机报警当反渗透纯水侧的压力高于最高允许值时，反渗透自动泄流，然后停机并给出高压泵高压报警指示信号，操作员解决问题后重新启动，避免由于浓水压力过高造成对膜及压力容器的损害。同时每次停机可将纯水侧的自动渲流排放,以防止反渗透设备停机瞬间,纯水侧压力对反渗透的损坏。,5.5 低压冲洗,反渗透停机自动膜冲洗RO在系统停机时对反渗透膜自动进行膜冲洗，避免污物沉积。,5.6 超标排放,纯水水质超标泄流停机报警当纯水电导率超过最高允许值时，反渗透系统自动停机泄流并给出相应报警信号。,5.7 系统检测,压力表 膜前压力、膜

27、间压力、膜后压力温度表 入水水温流量表 产水流量、浓水流量电导表 入水电导、产水电导,7 污染与化学清洗,8 常见问题,产水量下降下列运行参数的变化将降低系统中膜的实际产水量：进水泵压力不变时进水温度下降；用节流阀降低RO进水压力；进水泵压力不变时增加产水背压；进水TDS（或电导率）增加，这会增加产水通过膜时所必须克服的渗透压；系统回收率增加，这会增加系统的平均进水/浓水的TDS，从而增加渗透压；膜表面发生污染；进水流道网格的污染导致进水浓水压力降（P）增加，从而降低了元件末端的NDP（总驱动压力）。,产水的TDS和电导率增加：进水温度上升时通过调节运行参数保持系统产水量不变；系统产水量下降，

28、这会降低膜通量，导致原来稀释透过膜的盐分所需的纯水量减少；进水TDS（或电导率）增加，脱盐率不变，但产水盐度随之增加；系统回收率增加，这会增加系统的进水/浓水TDS浓度；膜面污染；O型圈密封损坏；望远镜现象，进水-浓水压力降过大，膜元件外皮脱落；膜面损坏（比如受到氯的影响）致使膜的透盐率增加。,8 常见问题,膜元件安装蹿动：膜元件与压力容器的安装尺寸可能会有一定误差，如果膜元件之间或膜元件与适配器之间留有间隙，会造成膜元件蹿动， 润滑剂使用不当：使用凡士林或油质润滑剂会导致严重的负面影响。使用警告：任何时候不允许使用石油类（如化学溶剂、凡士林、润滑油及润滑脂等）的润滑剂用于润滑O型圈、连接管、

29、接头密封圈及浓水密封圈的润滑！允许使用的润滑剂为水溶性的润滑剂，如丙三醇（甘油）等。,8 常见问题,系统调试初期冲洗不够海德能膜元件新品使用亚硫酸氢钠保护液，如果冲洗不够，残留保护液成份会致使产水电导率高于设计指标。正常情况下应冲洗30分钟以上。产水染菌由于RO产水中没有任何抑菌性成份，如果产水与染菌空气接触，便会在产水管道、膜元件中心管内及产水流道中形成感染。在产水中会发现不明丝状悬浮物。产水染菌现象一般发生在不规则间歇运行的小型系统中。 处理方法：产水系统消毒。用反渗透产水配置1%食品级亚硫酸氢钠溶液，灌满产水系统管道，包括膜元件产水流道。浸泡过夜后排放，运行冲洗2小时以上，直到产水电导率达标。,8 常见问题,