GE培训资料--反渗透技术介绍

RO系统技术GEOsmonics我们首先介绍以下渗透过程:稀溶液rh渗透膜浓溶液溶液会升高至此点,以达到压力平衡正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液什么是反渗透?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=较浓溶液的位能稀溶液渗透膜浓溶液液体升至此点,达到了渗透压平衡rhrh=(2-1)稀溶液反渗透膜浓溶液外来压力P(2-1)-反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经过反渗透膜压迫流向较稀溶液.-由此可利用反渗透原理,达到分离溶液内成分的目的.例如:将水和溶解物质的分离.反渗透膜分离层反渗透膜支撑层淡水浓水进水CavgCconcCpermCfeed高压泵CfeedCpermCconcCavg进水浓度淡水浓度浓水浓度平均浓度模拟反渗透机TotalDissolvedSolid(TDS)总溶解固体指有机和无机盐溶解在水中得出的浓度(单位:ppm或mg/l)Feed进水在高压泵作用下,进入反渗透系统的溶液;Permeate淡水溶液透过反渗透膜后;收集而成的溶液,一般指净化水Concentrate浓水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CfeedCconcCpermTDS技术术语Rejection脱盐率溶液中溶质不透过反渗透膜的比例RejectionPassage透过率溶液中溶质透过反渗透膜的比例PASSRecovery回收率淡水與入水之比例Recovery=PermeateFlowRateFeedFlowRate=QpermQfeed=AverageConcentration平均浓度反渗透膜进水侧溶液的平均浓度Cfeed+Cconc2Cavg=Recovery技术术语浓水的浓度没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液的浓度物量平衡原理Qfeed•Cfeed=Qconc•Cconc+Qperm•Cperm流量进水浓水淡水浓度假设在理想状态下:Cperm0Qfeed•Cfeed=Qconc•Cconc+Qperm•0Qfeed•Cfeed=Qconc•CconcCconc/Cfeed=Qfeed/QconcRecovery=QpermQfeed;Qfeed=Qconc+QpermCfeed(1-RECOVERY)=Cconc=技术术语浓度(倍数)回收率conc.recovery1.0551.11101.18151.25201.33251.43301.54351.67401.82452.00502.22552.50602.86653.33704.00755.00806.678510.009020.0095濃度與回收率關係0.005.0010.0015.0020.0025.00020406080100回收率%濃度(倍數)Cfeed(1-RECOVERY)=CconcCfeed=1ppm提高系统回收率的方法方法一:增加浓水回流泵进水浓水淡水0.15m3/h最小流量=300gph0.85m3/h1.0m3/h泵进水回流浓水淡水0.15m3/h0.15m3/h0.3m3/h1.0m3/h最小流量=300gph回收率:15%回收率:50%方法二:增加反渗透膜数量-为了增加系统回收率,可增加系统中反渗透膜的数量和段数,以增加淡水产量.备注:回收率增加,淡水水质将下降回收率减少,淡水水质将提高反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜淡水浓水进水提高系统回收率的方法影响淡水产量的因素:-反渗透膜数量-反渗透膜特性-系统操作压力-系统运行温度-进水水质無機鹽濃度滲透壓力氯化鈉0.5%55psi1.0%125psi3.5%410psi硫酸鈉2.0%110psi5.0%304psi10.0%568psi氯化鈣1.0%90psi3.5%308psi硫酸銅2.0%57psi5.0%115psi10.0%231psi有機鹽濃度滲透壓力SUCROSE3.3%35psiMW6.4%73psi3429.3%110psi24.0%350psi30.0%500psi35.0%645psiDEXTROSE3.3%62psiMW9.3%190psi19824.0%605psi30.0%863psiMW分子量PPM=10000x濃度百分比1.对于同一物质,进水物质浓度越高,渗透压越高.2.对于同一浓度,进水物质分子量越小,渗透压越高.MWOFSUCROSEMWOFORGANICS=BOFORGANICSBOFSUCROSEB=渗透压力进水水质与的渗透压力关系:系统操作压力对渗透通量的影响:Peff=Pop-rBPeff=有效压力Pop=操作压力rB=渗透压反渗透系统操作压力:10-40Bar若操作压力降低,渗透通量也将减少.若操作压力升高,渗透通量也将增加Qperm,actQperm,specPeffPspec=实际渗透通量,有效压力额定渗透通量,额定压力系统操作温度对反渗透膜的影响:1.反渗透膜运行温度:5-40ºC.若操作温度降低,渗透通量也将减少.若操作温度升高,渗透通量也将增加.2.一般可粗略认为:以25ºC为基准,操作温度上升/下降1ºC,相应膜元件渗透通量上升/下降3%02000400060008000100001200014000010203040温度(ºC)渗透通量GPDAG804OFSSSSSS100F0.25FPureWaterLayer10A纯水层Na+NO3-Na+Cl-K+Cl-Ca+2Cl2-Zn+2Cl2-Ni+2SO4-2Al2+2(SO4-2)3Na3+SO4-3压力溶液流动方向反渗透膜对无机盐的作用1.依靠荷点排斥性一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性.2.依靠膜孔的筛选性最为重要SSSSS100F0.25F压力溶液流动方向最为重要50MW1000MW750MW500MW反渗透膜对有机物的作用:1.有机物的脱除率主要决定于有机分子的大小和形状;2.携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜.反渗透膜对正离子的脱盐率正离子脱盐率%SODIUM钠Na+95-97CALCIUM钙Ca+296-97MAGNESIUM镁Mg+296-97POTASSIUM钾K+95-97IRON铁Fe+298-97MANGANESE锰Mn+298-97ALUMINUM铝Al+399+AMMONIUM氨NH4+88-97COPPER铜Cu+298-97NICKEL镍Ni+298-97ZINC锌Zn+298-97STRONTIUM锶Sr+296-97HARDNESS硬度Ca+2&Mg+296-97CADMIUM镉Cd+296-97SILVER银Ag+94-97MERCURY汞Mg+296-97反渗透膜对负离子的脱盐率负离子脱盐率%CHLORIDE氯化物Cl-95-97BICARBONATE碳酸氢盐HCO3-95-96SULPHATE硫酸盐SO4-299+NITRATE硝酸盐NO3-93-96FLUORIDE氟化物F-94-96SILICATE硅酸盐SiO2-295-97PHOSPHATE磷酸盐PO4-399+BROMIDE溴化物Br-94-96BORATE*硼酸盐B4O7-235-70CHROMATE铬酸盐CrO4-290-98CYANIDE*氰化物CN-90-95SULFITE亚硫酸盐SO3-298-99THIOSULFATE硫代硫酸盐S2O3-299+FERROCYANIDE亚铁氰化物Fe(CN)6-399+*受酸碱度影响反渗透膜对其他物质的脱除率其他物质脱除率%SUCROSESUGAR蔗糖342100LACTROSESUGAR乳糖360100PROTEIN蛋白质10000UP100GLUCOSE葡萄糖19899.9PHENOL苯酚94***-ACETICACID醋酸60***-FORMALDEHYDE甲醛30***DYES染料400TO900100BOD生物需氧量BOD90-99COD化学需氧量COD80-95UREA尿素6040-60BACTERIA&VIRUS细菌及病毒50,000-500,000100PYROGEN热原体1000-5000100GASES气体CARBONDIOXIDE二氧化碳CO230-50OXYGEN氧气O2***CHLORINE氯气Cl230-70外殼材料中心管产水浓水ATD进水进水流道膜片膜片进水流道膜外壳纯水收集流道卷式反渗透膜元件双层复合膜剖视图此图片由美国贝尔实验室提供RO膜表面放大8000倍后的图像反渗透预处理系统水质主要被以下三种物质影响,因此需要了解并懂得他们:•总悬浮物质:砂,胶体,三价铁等.•总溶解固形物:钠离子,氯离子,钙离子,两价铁等.•生物污染:细菌,热原体,藻类等.什么物质影响水质?自来水井水地表水悬浮物去除氯去除防止膜元件结垢•软化器•阻垢剂精处理•RO•混床离子•EDI•UF初级离子去除•单级RO•阴阳离子交换床•蒸馏水的储存和配送•臭氧消毒•热水消毒•化学消毒•双/多介质过滤器•UF•活性炭过滤器•化学品2.后处理系统预处理产水1.预处理系统目的:去除总悬浮物(TSS),降低RO设备进水SDI值.典型过滤设备:–双/多介质过滤器:去除总悬浮物(TSS)的能力达到20微米.每星期反冲洗一次或压差达10psid进行反冲洗.–微滤/超滤膜:用以代替多介质过滤器,提高RO系统的进水水质.–5微米保安过滤器:过滤能力为每十英寸为5gpm.压差达8psid时进行更换过滤芯.预处理一:过滤工艺基础1.反渗透系统进水SDI范围:反渗透系统进水SDI值:5反渗透最佳进水SDI值:32.SDI值的计算方法:SDI＝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)预处理一:过滤工艺基础图1.淤图指图图量图2.1bar15分图后图量膜直图47mm孔图0.45m图图理图水图始500毫升所需图图t0最后500毫升所需图图t15图图图SDI•污染指数（SiltingDensityIndex,简称SDI）值，也称之为FI（FoulingIndex）值，是水质指标的重要参数之一。它代表了水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。通过测定SDI值，可以选定相应的水净化技术或设备。根据ASTM方法4189-95，这种方法在行业内是公认的。•在反渗透水处理过程中，SDI值是测定反渗透系统进水的重要标志之一；是检验预处理系统出水是否达到反渗透进水要求的主要手段。它的大小对反渗透系统运行寿命至关重要。•SDI值是测量通过47mm直径，0.45um孔径膜的流速衰减。之所以选择0.45um孔径的膜，是因为在这个孔径下，胶体物质比硬颗粒物质（如沙子、水垢等）更容易堵塞膜。•流速的衰减被转换成1到100之间的数值，即SDI值。SDI值越低，水对膜的污染阻塞趋势越小。从经济和效率综合考虑，大多数反渗透厂家推荐反渗透进水SDI值不高于5。SDI测量步骤:1.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t15，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析5.计算:SDI＝100×（1-T0/T15）/15实际证明:降低SDI15的一些预处理技术包括双/多介质过滤器(如石英砂和无烟煤)，超滤和微滤。预处理一:过滤工艺基础进水出水无烟煤碎石铺在底层50-100%反冲洗膨胀空间锰绿石砂或石英砂预处理一:双介质过滤法•超滤膜过滤原理:利用膜孔