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纯水培训资料反渗透技术反渗透技术•膜处理技术基本知识介绍•反渗透预处理系统•RO膜常见故障与处理•RO膜清洗与维护•五工厂纯水用美国科式RO膜介绍膜处理技术基本知识介绍•膜的定义：膜是分离两相和作为选择传递物质的屏障。•膜的分类:1.根据膜材料分类：醋酸纤维膜（简称CA膜）、聚酰胺膜（简称PA膜）和复合膜等。2.按膜的形状分类：板框式、圆管式、中空纤维式和螺旋卷式。目前比较常用的膜是卷式聚酰胺复合膜.五工厂现用的就是美国科式公司的卷式聚酰胺复合膜。3.按膜过程的分类：微滤MF超滤UF纳滤NF反渗透RO渗析D电渗析ED气体分离GS渗透汽化PVAP各种压力驱动膜过程的比较MFUFNFRO粒子分离大分子物质分离低分子物质的分离离子级物质的分离操作压力低操作压力低操作压力中操作压力高对称/不对称结构不对称结构不对称结构不对称结构根据粒子大小分离根据粒子大小分离尚不清楚根据溶解度和扩散系数离子范围大分子范围微粒细粒粗粒粒子大小0.00010.0010.010.11.0101001000微米反渗透纳滤超滤微滤常规过滤压力驱动膜的界限反渗透预处理系统•常规卷式复合膜对进水水质的要求：项目SDI15浊度（FTU）含铁量（mg/L）游离氯（mg/L）水温（℃）水压（MPa）PH值建议值＜4＜0.2＜0.1015～301.0～1.63～10最大值510.10.14511项目SDI15浊度（FTU）含铁量（mg/L）游离氯（mg/L）水温（℃）水压（MPa）PH值建议值＜4＜0.2＜0.1015～301.053～10最大值510.10.1454.111•超低压卷式复合膜对进水水质的要求：反渗透一般预处理流程原水泵多介质过滤器保安过滤器反渗透高压泵活性炭过滤器絮凝剂、助凝剂、杀菌剂阻垢剂、还原剂原水池•预处理的目标：1、对于自来水，原水的SDI一般大于5，预处理一般需采用混凝、澄清、过滤，或采用超滤。2、经过5μm保安过滤器后，出水对复合膜SDI＜4（对中空纤维膜小于3）。为达到这一目标，要求澄清器、过滤器出水水质如下：1）澄清器出水浊度小于1FTU,最好小于0.5FTU；2）过滤器（通常指重力滤池或压力式过滤器）出水浊度小于0.5FTU，CODMn小于1.5mg/L,含铁量小于0.05mg/L(以Fe表示）；铁含量过高则在预处理中考虑除铁工艺。3、为防止由于RO系统中水的浓缩，造成某种难溶性盐在膜上沉积（结垢），需进行化学加药(阻垢剂）处理。反渗透预处理的一般原则多介质过滤器•多介质过滤器是反渗透系统的重要预处理装置，它采用均质石英砂和无烟煤等介质作为滤料，它的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质，保证产水水质满足反渗透装置的进水水质要求，并保证其出水SDI（污染指数）≤4。膜的分类:•多介质过滤器滤速的选择：•一般：单层石英砂滤料：6～8m/h•无烟煤+石英砂8～12m/h•多介质过滤器的运行注意事项（1）过滤器是否反洗根据运行压差和SDI值来判断，在过滤器出水母管上设置SDI专用测试管，过滤器前后设有压力表，根据前后所显示压力的差值，判断是否需要反洗。当过滤器的进出口压差大于0.05MPa或者SDI值大于4出现任一种时，要进行多介质过滤器的反洗。（2）在反洗时要注意反洗水量，一般反洗水量是正洗水量的2.5到4倍之间，通常选择3倍；（3）反洗时务必要进行空气擦洗，空气擦洗时注意空气的输入强度，一般为18—25L/(s*m2)的压缩风。强度过小擦洗效果不太好，多介质过滤器强度过容易漏滤料。•SDI值的含义及测定SDI的概念：即淤泥污染指数，它反映了原水受悬浮物及胶体污染的程度。是指测定在一定压力和标准间隔时间内，一定体积的水样通过微孔过滤器（0.45μm）的阻塞率。在检测过程中，凡是大于0.45μm的微粒、细菌等全部被截流在膜面上，利用两个水样之间的时间差算出FI值。SDI15=(1-t0/t15)×100/15•SDI值与污染程度关系（在RO系统中，通常用15min的SDI值.•测定方法是向φ47mm的0.45μm的微孔滤膜上连续加入一定压力（30PSI，相当于2.1kg/cm2）的被测定水，记录下滤得500ml水所需的时间T0（秒）和15分钟后再次滤得500ml水所需的时间Tt（秒）。•SDI15=(1-t0/t15)×100/15•式中15是15分钟。当水中的污染物质较高时，滤水量可取100ml、200ml、300ml等，间隔时间可改为10分钟、5分钟等。SDI值＜33～5＞5污染程度低污染一般污染高污染•（1）将SDI测试仪安装于过滤器的出水管路上（需1/2＂内丝螺纹接头）；•（2）调整测试仪的进水压力（0.21MPa）；•（3）安装测试膜片（Φ47mm，0.45µm）；•（4）打开进水阀门，记录透过500mL水的时间T0；•（5）15分钟后，再次记录透过500mL水的时间T15；•计算：SDI=（1-T0/T15）×100/15•每天应测试3次；•SDI值控制在4以下测定SDI值的操作步骤：活性炭过滤器同多介质过滤器一样属于压力过滤器，只是内装的滤料不同。活性炭过滤器内装10－30目颗粒状活性炭，用于净水过滤时常选用果壳碳或椰壳碳。活性炭过滤一般放在石英砂或锰砂过滤后，属于吸附过滤方式。•活性炭过滤器的作用：•（1）利用活性炭的活性表面除去水中的游离氯，以避免反渗透膜受到游离氯的氧化。•（2）用于去除水中的有机物、重金属离子、色度、胶体化合物等杂质，对部分病原体和微生物也有一定的去除作用，以防止这些物质对反渗透系统的污染。活性炭过滤器保安过滤器•保安过滤器设置在RO本体之前，目的是防止水中的大颗粒物进入反渗透膜，损坏反渗透膜，确保RO的正常运行。保安过滤器是立式柱状设备，内装40英寸的均孔、PP喷熔滤芯，过滤精度有10μm、5μm、1μm。•工艺原理：保安过滤器属于精密过滤器，其工作原理是利用PP滤芯的孔隙进行机械过滤。水中残存的微量悬浮颗粒、胶体、微生物等，被截留或吸附在滤芯表面和孔隙中。随着制水时间的增长，滤芯因截留物的污染，运行阻力逐渐上升，当运行至进出口水压差达0.07Mpa以上时，更换滤芯。•保安过滤器的主要优点是效率高、阻力小、便于更换。反渗透的基本原理一、渗透、渗透压渗透现象在自然界是常见的，比如将一根黄瓜放入盐水中，黄瓜就会因失水而变小。黄瓜中的水分子进入盐水溶液的过程就是渗透过程。如图1所示,如果用一个只有水分子才能透过的薄膜将一个水池隔断成两部分,在隔膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度。过一段时间就可以发现纯水液面降低了，而盐水的液面升高了。我们把水分子透过这个隔膜迁移到盐水中的现象叫做渗透现象渗透现象发生，溶剂流入浓度高的溶液侧，高浓度侧液位上升，当升到两侧出现一定压力差后，两侧溶剂的净流量等于零，此时该过程达到平衡，与该液位高度差对应的压力称为渗透压。渗透原理图示。•一般来说，渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度，而与半透膜本身无关，通常用下式来计算渗透压。•即：∏=cRT式中∏——渗透压，atm；c——浓度差，mol/L；R——气体常数，为0.0826；T——绝对温度，K。•若c为电解质的分子浓度，则应乘以离解为离子的个数i，于是渗透压的计算公式为∏=icRT二、反渗透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，这种现象叫做反渗透（ReverseOsmosis，缩写为RO）。卷式反渗透膜元件RO膜元件解剖图卷式膜元件外观浓水给水H2OH2OH2OH2OMgClFe++HCO3CaSO4Na+++++膜压力H2OH2OH2OH2OH2OH2O产水RO膜分离机理复合聚酰胺薄膜剖面图微孔层聚酯纤维聚酰胺多孔聚砜错流过滤与全量过滤FeedPermeateDepthFiltrationCrossflowFiltrationMembraneFeedPermeateConcentrateMembrane3Streams2Streams错流过率与全量过滤全量过率：进水全部通过过滤设备成为产水。错流过率：进水只有部分通过过滤设备成为产水，另一部分已浓水的形式流出。比如多介质过滤器、活性炭过滤器、盘滤等都采用全量过滤的方式，超滤可以采用全量过滤也可以采用错流过率，反渗透就必须采用错流过率。反渗透膜的性能要求和指标（1）对水的渗透性要大，脱盐率要高；（2）具有一定的强度和坚实程度，不致因水的压力和拉力影响而变形、破裂。膜的被压实性尽可能小，水通量衰减小，保证稳定的产水量；（3）结构要均匀，能制成所需要的结构；（4）能适应较大的压力、温度和水质变化；（5）具有好的耐温、耐酸碱、耐氧化、耐水解和耐生物污染性能；（6）使用寿命要长；（7）成本要低。膜的理化指标•（1）膜材质；•（2）允许使用的压力；•（3）适用的pH值范围；•（4）耐氧气和氯气等氧化性物质的能力；•（5）抗微生物、细菌的侵蚀能力；•（6）耐胶体颗粒及有机物、微生物的污染能力。膜的分离透过特性指标•（1）脱盐率：为给水中总溶解固体物中未透过膜部分的百分数；•（2）产水率：即渗透水流的比率，亦为回收率；•（3）水通量：又称透水量，为单位面积膜的产品水量，是设计和运行都要加以控制的重要指标，它取决于膜的和原水的性质、工作压力、温度。•（4）通量衰减系数：指反渗透运行装置在运行过程中水通量衰减的程度，即运行一年后水通量与初始运行水通量下降的比值。•（5）膜通量保留系数：为运行t时间后水通量与原始水通量的比值。•（6）盐透过率：给水中总溶解固体物透过膜的百分数。•（7）最大给水流量、最大压降、最低给水流量•为了控制反渗透系统的污染速度，选择最佳膜的表面横向流速与选择水通量是同样重要的，给水和其产生的浓水在膜表面的横向流速越高，膜污染速度就越低。当给水和浓水水流穿过给水/浓水隔网时，高横向流速可增加湍流程度，从而减少颗粒物质在膜表面上的沉淀或在隔网空隙处的堆积。较高的横向流速也提高了膜表面上的高浓度盐分向主体溶液的扩散速度，从而减少了难溶盐沉淀在膜表面上的危险。海德能CPA系列膜元件的最大给水流量为17T/h；最低给水流量为2.8T/h。•设定最大给水流量用来保护容器中第一根膜元件，使其给水和浓水的压力降不超过10psi。压力降高就可能会导致膜组建变形，端部窜出并且使浓水隔网变形，以致于损坏膜元件。•设定最小的浓水流量以保证在容器末端的膜元件有足够的横向流速，从而减少了胶体在膜表面上的沉淀，并且减少浓差极化对膜表面的影响。•浓差极化是指在膜表面上的盐浓度高于主体流体浓度的现象。盐浓缩是因膜表面附近的横向流速低而造成的（与管子中心的流速高于管子表面的流速的概念相似）。横向流速低，膜表面的盐反向扩散速度就越低，结果难溶盐沉淀的机会增多，而且更多的盐会透过膜表面。浓差极化的程度可被量化为一个值，该值应小于1.2。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ΔC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。阻垢剂阻垢剂的加入就是为了阻止结垢离子在反渗透膜表面结垢。阻垢剂的阻垢机理：1、晶格畸变2、络合增溶常用的阻垢剂有以下几类：1、无机磷系列2、有机磷系列3、聚羧酸系列一般无机磷系列的阻垢剂有浓缩液。阻垢剂加药阻垢剂的投加一般采用加药泵管道投加，因为阻垢剂的包装方式一般为标准液或者是浓缩液，所以在加药前一般进行不同浓度的稀释。标准液的稀释浓度一般在2到8倍之间。阻垢剂的加药点一般设置在保安过滤器或是管道混合