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反渗透膜系统设计、安装和运行5反渗透膜污染与清洗关于时代沃顿(体系认证、产品认证)通过国际质量管理体系认证通过NSF58认证通过WQA金印认证通过中国疾控中心环境与健康相关产品检测历史背景关于时代沃顿(公司介绍)2000年，专项国债资金支持，成为国家级重点高科技产业化项目。2007年，北京时代沃顿科技有限公司成立。2007年，全球独有抗氧化膜元件研制成功。2001年，“发展膜技术及其应用产业化”列入“十五”重点规划的重点专项。渗透原理渗透：指稀溶液中的水分子自发地透过半透膜进入浓溶液的过程。浓溶液稀溶液△h渗透膜溶液会升高至此点,以达到压力平衡反渗透膜简介•渗透压：指某溶液在自然渗透过程中，浓溶液液面不断升高，稀溶液液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵消了水分子的迁移，溶液两侧的液面不再变化，渗透达到平衡点，此时的液柱高差△h称为该溶液的渗透压。浓溶液稀溶液△h渗透膜溶液会升高至此点,以达到压力平衡渗透压•由于渗透膜是只允许小分子(或小部分离子)通过.如果渗透膜两边的小分子浓度不同,渗透膜两边将产生位能差异.较稀溶液拥有较高位能(1),而较浓溶液拥有较低位能(2).水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直至位能达到平衡.即rh=(1-2)1=较稀溶液的位能2=较浓溶液的位能渗透压浓溶液稀溶液△h反渗透膜反渗透：渗透平衡时，如果在浓溶液侧施加一个压力，那么浓侧的溶剂会在压力作用下向淡水一侧渗透，这个渗透由于与自然渗透相反，故叫反渗透（RO）。反渗透膜原理：在反渗透膜的原水侧加压，使原水中的一部分纯水沿与膜垂直的方向透过膜，水中的盐类和胶体物质在膜表面浓缩，剩余部分原水沿与膜平行的方向将浓缩的物质带走。产水中仅残余少量盐份，收集利用产水，即达到去离子及其它杂质的目的。外来压力PP﹥(1-2)反渗透和反渗透膜原理年，美国加利福尼亚大学S.Loeb和S.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称醋酸纤维素反渗透膜。1970年，美国DuPont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器，UOP公司成功推出卷式反渗透元件。1980年，Filmtec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜，80年代末高脱盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。进入21世纪，抗氧化反渗透膜成为各个厂家研究重点，经过多年研究，时代沃顿科技有限公司已成功推出抗污染膜FR系列和抗氧化膜HOR系列，受到客户的欢迎和支持。反渗透膜技术的历史•按化学成份分：醋酸纤维CA膜，复合芳香聚酰胺膜等•按外形结构分：平板式，卷式，中空纤维，管式等•按物理结构分：非对称膜，复合膜等反渗透膜分类•醋酸纤维膜优点：亲水性好，抗氧化性强，表面光滑，耐生物污染和耐氧化。缺点：由于CA膜是单质膜结构，分离材料较厚，透速率低，脱盐压力较高，膜工艺效率较差，脱盐率低，pH承受范围窄。•芳香聚酰胺复合膜优点：工作压力低，耐酸碱性强，产水量高，脱盐率高，更强的化学稳定性缺点：不耐氧化，易生物污染。醋酸纤维CA膜与芳香聚酰胺复合膜对比功能改性层（抗污染涂层）复合反渗透膜片断面结构示意图无纺布具有坚硬、无松散纤维的光滑表面，主要提供反渗透膜的结构强度。复合反渗透膜片断面结构示意图设有多孔中间支撑结构的原因：让超薄分离层直接涂覆在无纺布上时，表面太不规则，且孔隙太大，因此需要在无纺布上预先涂布一层高透水性的微孔聚砜作为中间支撑层，其孔径约为150埃左右。复合反渗透膜片断面结构示意图聚酰胺超薄分离层是反渗透过程中真正具有分离作用的功能层，该层的厚度、致密性、交联度、均匀性决定了其特性。复合反渗透膜片断面结构示意图功能改性层（抗污染涂层）功能改性层（抗污染涂层）主要作用是通过增加表层亲水性光滑度、改变z-tec电位等方法加强反渗透膜的抗污染性，另外也起到保护聚酰胺超薄分离层的作用。复合反渗透膜片断面结构示意图•多孔膜的筛分理论多孔膜过程的机理可用筛分理论解释，粒径小于膜孔的颗粒可透过膜孔，粒径等于膜孔的颗粒可堵塞膜孔，粒径大于膜孔的颗粒被膜体截留。此外，带电颗粒在膜表面及膜孔中的吸附截留，小于孔径的颗粒在孔口处的架桥截留，也具有一定的截留作用。•致密膜的溶解扩散理论纳滤膜与反渗透膜属于致密膜，在分离过程中，溶质与溶剂在膜表面的溶解速率不同，溶入膜体后在膜体内的扩散速率也不同。当溶剂的溶解与扩散速率远大于溶质的溶解与扩散速率时，溶质在原液侧富集，溶剂在透过液侧富集，从而实现了溶质和溶剂的相对分离，而不可能实现两者的绝对分离。反渗透膜分离机理，产水流量Qp，浓水流量Qc,回收率R=Qp/Qf，所以全量过滤回收率恒等于1，错流过滤恒小于1。错流过滤方式下，透过液垂直透过膜体，浓液与膜体形成切向径流，对聚集膜表面的截留污染物起到冲洗作用，所以错流过滤的清洗周期较长。全量过滤和错流过滤示意图错流过滤错流过滤运行方式，存在一个错流流速与透流流速的比值即错流比问题。比值过低时不能形成有效的切向冲洗径流，并因雷诺数低而不能形成有效湍流，浓差极化严重，错流的效果很差。比值过高时会造成水源的浪费及能耗的增高。因此错流运行方式下的错流比必须保持在一定水平范围之内，如卷式反渗透膜元件要求的浓淡水径流量之比高于5:1。错流过滤几种结构比较系统费用:管式、平板式中空纤维式、卷式设计灵活性:卷式中空纤维式平板式管清洗方便性:平板式管式卷式中空纤维式系统占地面积:管式平板式卷式中空纤维式污堵可能性:中空纤维式卷式平板式管式耗能:管式平板式中空纤维式卷式综合上述比较，由于卷式结构容积面积适中，具有承受工作压力高、给水水质要求低、容污量大、便于错流、可以进行正冲洗等优势，成为反渗透膜和纳滤膜主流的形态结构。反渗透膜元件结构反渗透和纳滤膜(膜元件卷式结构)外殼材料中心管产水ATD（望远镜现象防止器）进水膜片膜片进水流道隔网纯水收集流道布进水流道隔网浓水膜外壳膜性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过特性膜的物化稳定性的主要指标有：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH值范围以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性，有时尚需说明对某些物质，如水中游离氯或氧化性物质的最高允许浓度。膜的分离透过性的主要指标是：脱盐率、产水率、回收率等。反渗透膜性能评价及影响因素高压泵浓水排放阀脱盐层支撑层进水（Feedwater）：在高压泵作用下进入反渗透系统的溶液。产水（Permeatewater）：溶液透过反渗透膜后;收集而成的溶液,一般指净化水。浓水（Concentratewater）：没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液,其中含有大量的无机盐和有机物。脱盐率（Rejection）：溶液中溶质不透过反渗透膜的比例。脱盐率（%）=（1-产水TDS/进水TDS）×100%回收率（Recovery）：指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。回收率=产水量/进水量=Qp/Qf=Qp/(Qp+Qc)反渗透膜系统模拟简图•电导率：表示水中溶解离子导电能力的指标。电导率用电导率仪测量，常用单位微西门/厘米（μS/cm）。•TDS（总溶解固体含量）：是过滤掉悬浮物及胶体蒸发掉全部水分后剩余的无机物，单位是mg/L即ppm。可以用TDS测量仪直接测量，或通过电导率仪测量电导率转换成TDS值，具体转换公式如下：•TDS=K×EC25•EC25是经温度校正到25℃的电导率，单位μs/cm•EC25所有盐类都当成NaCl且不考虑CO2的透过性。溶液电导率EC25（μS/cm）K产水0-3000.50苦咸水300-40000.554000-200000.67海水40000-600000.70浓水60000-850000.75反渗透常见术语•浊度(NTU)：水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。它不仅与悬浮物的含量有关，而且还与水中杂质的成分、颗粒大小、形状及其表面的反射性能有关。在工业水处理中，主要是采用混凝、澄清和过滤的方法来降低水的浑浊度。•化学需氧量(COD)：利用化学氧化剂（如高锰酸钾）将水中可氧化物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）氧化分解，然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量。表征水中还原性物质多少的指标，主要指的是有机物。测定方法主要有重铬酸钾法CODCr和酸性高锰酸钾法CODMn，重铬酸钾法多用于工业废水，对于天然水体多用酸性高锰酸钾法，由于重铬酸钾比高锰酸钾氧化性强，通常情况下CODCr大于CODMn。反渗透常见术语•水的硬度是指水中钙，镁离子的浓度，硬度单位是mg/L以CaCO3计（mg/LasCaCO3）。对于硬度和碱度都较高的水源，预处理工艺中应特别注意防止CaCO3结垢。硬度Meq/Lmg/LasCaCO3软(soft)150中度(moderatelyhard)1～350～150硬(hard)3～6150～300高硬(veryhard)6300反渗透常见术语•总有机碳(TOC)：以碳的含量表示水体中有机物质总量的指标。TOC的测定采用燃烧法，能将有机物全部氧化，它比耗氧量更能直接表示有机物的总量，常被作为评价水体有机物污染程度。•氧化还原电位（ORP）：表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数，以毫伏（mV）为单位，为正值时表示水体中含氧化性物质，负值时水体中含还原性物质。RO系统进水一般要求小于200mV。•SDI15：淤泥密度指数，也称为污染指数，是表征反渗透系统进水水质，判断反渗透进水胶体和颗粒污染程度的最好方法。SDI值的具体标准检验法在美国ASTMTEST（D189-82）的文件中有所叙述。反渗透常见术语范围:反渗透系统进水SDI值:5反渗透最佳进水SDI值:32.SDI15值的计算方法:SDI15＝100×（1-T0/T15）/15T0:第一次测试所需时间(min)T15:第二次测试所需时间(min)SDI将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧“O”形密封圈，将膜盒垂直放置，还应注意膜片有正反面的区别2.调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始过滤500mL水样的时间t0(通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变)3.在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤15分钟4.15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t1，保留滤器上的膜片以便作进一步