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1、反渗透,美国海德能公司北京代表处,目录,产品性能海德能公司膜产品介绍系统设计正确理解设计参数的含义系统运行正常运行时的维护操作系统故障故障的预防、判断与处理系统清洗污染物判断、确定清洗方法,RO 膜分离机理,浓水,膜,重要的膜性能参数,1.脱盐率2.透盐率产水量特性水通量,水,产水量:加仑/天(GPD)特性水通量:GFD/PSI,盐,99%脱盐率1%透盐率,膜,1500 mg/L,15 mg/L,复合聚酰胺薄膜剖面图,无孔RO分离层,微孔层,放大100,000倍,膜横截面,聚酯纤维,聚酰胺,多孔聚砜,卷式膜元件外观,错流过滤与全量过滤对比图,海德能公司分离膜产品系列,13/37,Low Pre
2、ssure ROCPA2/CPA2-HR/CPA3,Ultra Low Pressure RO ESPA1/ESPA2/ESPA3/ESPA4,NF membrane-ESNAESNA1-LF/ESNA1-LF2,Seawater ROSWC1/SWC3/SWCB/SWC4,Low Fouling ROLFC1/LFC3/LFC2,Highest Rejection ROCPA4,Sanitaly ROSanRO/SanRO-HS,Dairy RO,Pretreatment UFHYDRAcap/RS50MBR-HYDRAsub,Silicon Waste Re-use UF C4K,Fina
3、l UF for UPWK6R/K4R,UF forPharmaceutical UPWC3RM/ST-V6,UF for Food ProcessingC3R/C4R,RO NF UF,HYDRACoRe,产品性能,海德能RO与NF产品,CPA膜元件基本参数,ESPA超低压大通量反渗透膜元件系列简介,ESPA膜元件基本参数,0.00,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.35,特性水通量,gfd/psi,1E-06,1E-05,0.0001,0.001,盐份透过速率,cm/sec,海德能公司的 RO/NF 膜性能图谱,ESNA1,ESPA 1,CPA3,CPA4,E
4、SPA 3,ESPA2,SWC1&3,LFC1,ESPA 4,CPA2,LFC3,ESPA2+,SWC5,SWC4,ESPA反渗透膜产水量和最低脱盐率的关系,8000,10000,12000,14000,16000,单支膜产水量(gpd),脱盐率(%),99.9,99.,90.0,测试溶液：1500 ppm NaCl，操作压力：150 psi,回收率：15%，水温：25 C,膜元件规格：8040,ESPA2+,ESPA2,ESPA1,ESPA4,ESPA3,ESPA 系列反渗透膜产水量与操作压力的关系,0,5000,10000,15000,20000,25000,30000,35000,0,1
5、00,200,300,操作压力(psi),产水量(gpd),ESPA4,ESPA3,ESPA1,ESPA2,测试溶液：1500 ppm NaCl,回收率：15%,测试液温度：25 deg.C,膜元件规格：8040,50,150,250,ESPA2+,ESPA 系列脱盐率与操作压力的关系,0,75,150,225,操作压力(psi),脱盐率(%),ESPA4,ESPA3,ESPA1,ESPA2,99.9,99.0,90.0,50.0,测试溶液：1500 ppm NaCl,回收率：15%,测试液温度：25 deg.C,膜元件类型：8040,ESPA2+,ESPA系列超低压反渗透膜性能比较产水通量:
6、15gfd,回收率:15%,水温:25C,单支8寸膜(IMSDesign8.5),1500ppm,4000ppm,ESPA系列反渗透膜特性水通量,ESPA系列超低压反渗透膜的一般适用范围,LFC系列低污染膜,反渗透膜元件的表面状态及LFC膜抗污染机理,支持层,无纺层,电负性基团-COOH电中型基团-NHCO-电正性基团-NH2,表面层,表面活性剂(正离子性，两性，等等),加入电中性基团-OH,1.膜表面层 不带电荷,2.增加了亲 水性,传统反渗透膜元件,LFC,改进效果,憎水基团,吸附,表面活性剂(电中性)铁胶体等,吸附,进水电荷对膜水通量的影响,LFC膜元件基本参数,SWC膜元件基本参数,R
7、O膜的表面电荷与给水PH,RO膜表面电荷(mV),正电荷,PH,零电荷,负电荷,表面活性剂污染下的RO膜表现,LFC3-LD 性能图,典型脱盐率对比,压差对比,LFC3-LD 重要特点,特殊表面处理使膜表面的亲水性更佳宽给水隔网(31mil)使抗污染性能更佳高脱盐率：99.7%(1500 ppm NaCl)高产水通量：11000 GFD(1.55 MPa),系统设计,设计导则,设计导则,错流过滤和回收率,进水,浓水,产水,进水,浓水,全量过滤,错流过滤,首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出;其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层;因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%;浓
8、水/产水的比例最小不低于5:1。,切向流速,浓差极化的危害,首先，浓差极化会导致膜界面层的浓度上升，其渗透压也同时提高，从而使膜元件的运行压力上升。其次，浓差极化会使膜两侧的C增加，使产品水的盐透过量增加。再次，界面层的浓度增加，会使易结垢的物质增加沉沉淀的倾向，最终导致膜的结垢性污染。最后，胶体物质的扩散速度较盐分小数百至数千倍，因此浓差极化能加剧膜元件的胶体污染，同时也是膜元件胶体污染的主要原因之一。,流程长度与系统回收率,第1只,第2只,第3只,第X只,进水=1,产水=0.15,浓水=0.85,产水=0.850.15,浓水=0.852,浓水=0.853,产水=0.8520.15,进水=0
9、.85X-1,产水=0.85X-10.15,浓水=0.85X,流程长度与系统回收率对应表,系统回收率其它影响因素,1米长单只膜元件的最大回收率不能超过18%，否则Beta系数大于1.2。最小浓水流量的限制，防止膜元件的快速污染。原水的含盐量及易结垢类离子的含量。是否添加阻垢分散类药剂。是否采用浓水回流来提高系统的回收率。,浓水回流与回收率,浓水回流提高了系统回收率；膜元件回收率仍然维持15%，符合设计要求；浓差极化得到了有效控制；冲洗流速得到保证；浓水浓缩倍数是(1-系统回收率)的倒数。,进膜=1,产水=0.15,浓水=0.85,回收率=15%,提升系统回收率,排放=0.15,回流=0.70,
10、进泵=1,进水=0.3,膜回收率=15%,系统回收率=50%,最大进水水流量与最小浓水流量,流量,阻力,流速,浓差极化,污染,流量,压力差与膜并、串联,给水流量越大，膜元件的压力差越大，应采用并联方式；为了提高系统的水利用率，采用多级串联方式。,多段系统的优化设计,净 驱 动 压 力,采用CPA3的膜系统设计条件:(2:1)X6排列,进水含盐量3000ppm,回收率75%产水量18m3/h,平均产水通量15gfd,压力(bar),水通量(gfd),沿水流方向的膜元件位置,第一段,第二段,采用ESPA2的膜系统设计条件:(2:1)X6排列,进水含盐量3000ppm,回收率75%产水量18m3/h
11、,平均产水通量15gfd,压力(bar),水通量(gfd),沿水流方向的膜元件位置,第一段,第二段,解决产水通量不平衡的常用方法,产水背压:在第一段产水管路上加装节流阀,减少第一段膜元件上的净驱动力,降低产水量二段增压:在第二段进水管路上设置增压泵,提高第二段的进水压力,从而增加第二段的产水通量RO系统前后两段采用不同类型的膜元件:第一段采用特性水通量低的膜元件,第二段采用特性水通量高的膜元件,TWO STAGE SYSTEM,PERMEATE THROTTLING(1ST STAGE).1 2 3 4 5 6 7 Flow m3/hr 24.0 24.0 11.1 6.0 12.9 5.1
12、18.0 Pressure bar 0.0 17.2 15.4 13.5 4.0 0.0 0.0,一段产水背压,第一段,第二段,一段产水管路阀门,采用一段产水加背压改善RO系统水通量平衡(ESPA2膜系统,一段背压5.0bar)设计条件:(2:1)X6排列,进水含盐量3000ppm,回收率75%产水量18m3/h,平均产水通量15gfd,第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),第二段,第一段,INTERSTAGE BOOSTER PUMP.1 2 3 4 5 6 7 8 Flow m3/hr 24.0 24.0 11.1 11.1 6.0 12.9 5.1 1
13、8.0 Pressure bar 0.0 13.2 11.4 15.4 13.5 0.0 0.0 0.0,增压泵,4 bar,第二段加增压泵,第一段,第二段,采用二段增压改善RO系统水通量平衡(ESPA2膜系统,二段增压4.0bar)设计条件:(2:1)X6排列,进水含盐量3000ppm,回收率75%产水量18m3/h,平均产水通量15gfd,第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),TWO STAGE SYSTEM.1 2 3 4 5 6 7 Flow m3/hr 24.0 24.0 10.4 6.0 13.6 4.4 18.0 Pressure bar 0.
14、0 16.4 14.6 12.8 0.0 0.0 0.0,CPA3,ESPA2,RO系统前后两段采用不同类型的膜元件,第一段,第二段,RO前后两段采用不同类型的膜元件 改善RO系统水通量平衡(第一段CPA3,第二段ESPA2)设计条件:(2:1)X6排列,进水含盐量3000ppm,回收率75%产水量18m3/h,平均产水通量15gfd,第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),膜元件的流量平衡,PCPA-1,PCPA-2,PESPA2-1,PESPA4-1,PESPA2-2,PESPA4-2,系统流量平衡方法,产水侧背压，增设淡水调节阀系统设计简单，调节方便系统
15、进水压力增加，易引起误操作段间增压，增设段间增压泵系统进水压力最低，节能效果佳系统投资偏大在系统不同位置采用不同种类的膜元件系统设计最简单系统更换膜元件时应注意膜元件的型号与排列,碳酸盐平衡与产水电导率,当PH值达到之间时，水中的碳酸氢盐含量最大。,HCO3-,CO32-,CO2,PH对反渗透的影响,PH8.4，加碱：CO2+OH-=HCO3-PH8.4，加碱：HCO3-+OH-=H2O+CO32-PH8.4，加酸：CO32-+H+=HCO3-PH8.4，加酸：HCO3-+H+=H2O+CO2游离CO2气体分子可以透过RO膜，导致产水电导率升高HCO3-和CO32-可以被RO膜去除，加碱有助于
16、提升脱盐率当原水PH 6.0，CO2含量高时，预处理中可加脱碳塔一般产水侧PH较原水更低，浓水侧PH较原水更高加碱增加原水PH应以“不引起浓水侧结垢”为控制目标通过“降低回收率”“原水软化”等方法来控制结垢产生,标准测试条件下透盐率与PH,温度对膜性能的影响,浓缩倍数与回收率,膜元件,密封胶,产水隔网,进水隔网,进水,浓水,产水,RO膜元件解剖图,给水隔网厚度及其影响,优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的切向流速来保证紊流和降低边界层效应；以上情况均
17、有可能导致膜表面的污染速度增加。,单只膜元件的透水量与SDI,手册内的透水量数值是在标准测试条件下得到的，不应该直接采用该数值用于系统设计，系统设计的透水量应根据实际情况来确定。单只膜元件的产水量应根据膜面积和进水水质条件来确定。,变频调节给水压力,RO膜的给水压力与给水温度成反比；RO膜的给水压力与系统运行时间呈正比；变频调节可以满足不同温度和运行时间状态下的系统给水压力要求；变频调节可以有效节约电耗，降低运行费用；变频调节能使膜元件受到的启停冲击降至最低；,系统运行,膜元件的安装,确认预处理、RO系统管路完整，并已经过冲洗；检查膜壳内的洁净程度，不得存有异物；检查膜元件的浓水密封，并加甘油
18、润滑；由给水端向浓水端插入1只膜元件的2/3；记录元件编号，膜壳在系统的位置，膜在膜壳的位置；检查产水连接件的O型密封，并加甘油润滑；将产水连接件的一端插入产品水管内；在膜壳外将产水连接件另一端插入另1只膜元件产水管；将膜元件向浓水方向推入膜壳内；全部膜元件装入膜壳后，需测量膜元件两侧与膜壳端板之间是否存在间隙，防止膜元件运行时在膜壳内来回撞击；禁止使用凡士林、有机溶剂或阳离子表面活性剂；,系统初次启动,确认预处理水质符合设计导则要求，按设计方案添加化学药剂，自控、仪表、管路系统均满足运行条件；在低压力、小流量状态下排除系统内的空气，防止水锤；启动给水泵，在低于给水压力50%的压力下冲洗，直至
19、排水中不再含有保护液（可能需要1小时或更长时间）；缓慢增加给水压力并调节浓水阀，至回收率符合设计值；系统达到设计条件后，核查浓水的LSI；系统稳定运行0.5-1h后，记录全部运行参数作为初始值；,系统停机与再运行,短期停机首先使用RO产品水低压冲洗，每3-5天冲洗一次，再启动时需先进行低压冲洗；长期停机前应进行彻底的化学清洗，再将保护液打入系统内并封闭系统，27以下每30天冲洗一次并更换保护液，27以上每15天1次，再启动时需先进行低压冲洗；杀菌液可使用：1%甲醛溶液、20PPm的异噻唑啉或1%的亚硫酸氢钠溶液，以上杀菌液需采用RO产水配置；再次启动系统时，排尽系统内气体，在低于正常给水压力5
20、0%的进行低压冲洗。,系统冲洗,系统停机时膜浓水侧长时间聚集着大量浓水，停机前使用RO产水冲洗系统能有效防止结垢产生；系统长期运行时，最末端膜元件的浓水侧长期在高浓度的状态下运行，每2h运行使用RO 产品水冲洗2-5min或直接打开浓水限流阀，能有效延缓结垢的产生，RO产水的溶解能力更强，效果更好。,系统生物活性控制,定期大剂量(500PPm)冲击式投加杀菌剂，更经济有效；不定期的更换杀菌剂的品种，防止生物形成抗药性；如使用氧化性的杀菌剂，需在RO系统前进行还原；活性碳作为多为孔性物质吸附大量有机物营养源，其多孔结构也有利于细菌的滋生，因此活性碳产水中的微生物活性较难控制；微生物的繁殖生长也会
21、堵塞保安过滤设备；,RO系统需要测量的数据,1,2,6,7,8,9,3,4,5,系统故障,故障现象一览,系统故障查询关注细节,“望”通过眼睛观察现场的蛛丝马迹；流量计、管道内壁、膜端面(前后端)、膜给水通道。“闻”使用嗅觉发现系统潜在问题；Cl2、Fe3+、生物污染均存在不同气味。“问”细致询问运行过程细节、突发事件、化学清洗；绘制系统趋势分析图、对故障发生趋势全面分析。“拆”拆卸膜元件(前端和末端)；称重、端面观察、膜内外壁状态、定性分析。,系统故障判断补充,通过探针法了解系统内每只膜的产水状况；通过挂片实验来获取系统潜在的污染物；通过旁路平膜测试器，获取更详细膜污染状况；对获取的污染物进行
22、理化分析(电镜图片、元素分析)；实验(气味、气泡、溶解性、溶解残留物、灼烧减量)；使用各种药剂，观察药剂对污染物去除效果；通过以上分析，可以对系统污染物作定量判断，为系统清洗方案制定、药剂选择、清洗参数选择提供依据。,系统清洗,化学清洗温度与PH,污染物剥离与划伤,严重结垢的膜元件在化学清洗时存在块状剥离现象；垢块从膜表面剥离时可能会损伤膜元件的分离层；从膜表面剥离的垢块流经膜表面时会造成分离层划伤；严重结垢的膜元件采用低PH值运行更为适合。严重结垢造成浓水断流，而致使浓缩倍数倍增，此时形成硫酸钙在酸性条件下不能溶解，碱性分散剂更合适；及时发现结垢并采取适当措施是解决系统结垢性问题的最有效的办
23、法。,生物污染与清洗,微生物是可繁殖的颗粒物，微生物类型和营养物浓度决定了生物污染的可能性；即使在贫营养系统中，生物细胞的吸附是一种生存策略；悬浮形式存在的死细胞携带的黏性物质可黏附在膜表面；清洗虽不能减少生物污染层，但可以改变污染层透水性；常见生物污泥剥离剂大都是阳离子表面活性剂，在膜表面带负电荷膜时需谨慎，可调节PH实现膜表面电荷控制；定期使用不同种类杀菌剂，是控制生物污染的有效方法。,柠檬酸的清洗,清洗对象主要是碱性金属氧化物与碳酸盐垢类；H3C6H5O7+NH3=NH4H2C6H5O7(柠檬酸单氨)NH4H2C6H5O7+FeO=NH4FeC6H5O7+H2O(柠檬酸亚铁氨)2NH4H
24、2C6H5O7+Fe2O3=2FeC6H5O7+2NH3+3H2O(柠檬酸高铁氨)3CaCO3+2H3C6H5O7=3Ca2+2C6H5O73-+3H2O+3CO23MgCO3+2H3C6H5O7=3Mg2+2C6H5O73-+3H2O+3CO2PH4时，可能会析出柠檬酸铁沉淀，可通过颜色观察；应加大清洗速度，控制清洗时间小于3小时。,清洗的注意事项,循环清洗时，水泵的机械运动、流体的撞击和某些化学反应均会导致清洗液热量累积，需要严格监测清洗温度；清洗时PH测量应使用标定后的仪表，而不是使用试纸；最初的清洗液应排放，严重污染时可能需要排放更多的清洗液，以防止循环清洗带来的污染；颜色由深转浅意味
25、着污染物重新沉积；气泡逐渐消失意味着碳酸盐已经溶解；使用表面活性剂而没有起泡，则需要增加药剂的投加量。,清洗中的物理性强化手段,分段清洗可以有效避免系统前端、后端交叉污染；分段清洗能够有效降低清洗阻力，增大清洗切向流速；严重污染时，正反向交替清洗的效果更为明显；系统前端污染时，反向清洗系统膜元件受到的污染更小；离线清洗可以使清洗效果最大化。,目前在全球有四个生产工厂,日东电工集团/美国海德能公司,美国加州,日本滋贺,中国上海,意大利费诺,结束语,海德能公司具有各种类型和各种规格的高质量膜元件，可满足用户的不同需求。海德能公司不断地追求和开发新型的膜技术，适应新的分离技术要求。海德能公司在全球设有十九个分支机构，可随时随地为用户提供强有力的技术支持。海德能公司具有十分丰富的膜技术制造和大型工程系统设计经验，在全球设有四家膜生产工厂，保证及时完善的供货需求。,谢谢！,
