（化工过程机械专业论文）冷却循环外排水的回收利用实验研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号t q 0 28 8 学科分类号 53 0 2 15o 论文编号 l0 0 10 2 0 120 6 6 8密级公开 学位授予单位代码 10 0 10 学位授予单位名称 北京化工大学 作者姓名李琦 学号 2 0 0 9 0 0 0 6 6 8 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 70 6 净化工艺技术及其设备 课题来源 企业项目研究方向 研究 论文题目冷却循环外排水的回收利用实验研究 关键词超滤，反渗透，冷却循环水，回用 论文答辩日期 2 0 12 年6 月1 日+ 论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师周俊波研究员北京化工大学化工过程机械 评阅入1王奎升 教授 北京化工大学石油机械 评阅人2 颜廷俊教授 北京化工大学石油装备与检测技术 答辩委员会主席1钱才富教授北京化工大学 化工过程机械 答辩委员1杨卫民教授北京化工大学 聚合物加工 答辩委员2 江波 教授北京化工大学 聚合物加工 答辩委员3张有忱教授北京化工大学机械设计和摩擦学 答辩委员4薛平教授北京化工大学聚合物加工 答辩委员5周俊良教授北京化工大学工业设计 答辩委员6张亚军教授北京化工大学聚合物加工 答辩委员7 王华庆 教授北京化工大学 故障诊断信号处理 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t13 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 冷却循环外排水的回收利用实验研究 摘要 随着科学技术的高速发展，社会生产的规模与水平在不断的提高，但 是对于生产中产生的废水处理水平却相对的落后、滞后。我国本身人均水 资源严重匮乏，空间时间上分配严重不均，而污水处理技术又相对滞后， 导致本来就紧缺的水资源已提襟见肘。生产中产生的废水如何有效彻底的 处理，甚至将其回用，已成为当今科研的重大发展方向。 本论文以某石化公司拟建一座回用水处理站，用以深度处理冷却循环 水排污水的出水，以使其能够回用作为生产用水的实际项目为背景。经过 查阅文献决定选用超滤一反渗透系统对其冷却循环外排水进行处理。超滤 是为了滤掉水中的大分子杂质及少量悬浮物，反渗透主要是为了去除水中 的硬度和盐分。 根据客户情况及水质要求，首先设计了一套超滤一反渗透中试装置， 并利用该装置进行了三组实验，第一组原理实验，根据实验数据，验证系 统能否达到所希望的处理效果。在第一组实验结果的基础上对系统的运行 参数进行优化，进行第二组实验，使系统产水水质进一步的提高，并降低 系统的运行成本，使其能够满足工业化生产。第三组实验对相应工艺参数 微调，进行稳定性运行实验，使系统能够满足长时间连续运行的要求。实 验结果对下一阶段实现工业化生产的工作具有重要的指导作用。 由实验结果对超滤系统的水利用率和反渗透的水回收率进行分析，对 t 北京化工大学硕士学位论文 系统运行成本进行初步核算，以及利用本次实验的机会，由本次实验所得 到的反渗透系统入水压力及与其相对应的除盐率情况来看，符合溶液扩散 理论。 通过中试装置实验得到超滤一反渗透系统对冷却循环外排水处理的 最佳工作状态的参数；在此工作状态下超滤系统水利用率是8 6 5 、反渗 透系统回收率8 4 ，系统运行吨水收益1 9 l 元。 关键词：超滤，反渗透，冷却循环水，回用 i i a b s t r a c t t h e s t u d yo ft h er e u s ed i s c h a r g ew a t e r f r o mt h ec o o l i n g c i r c u l a t i n gs y s t e m a b s t r a t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h es c a l ea n d l e v e lo fs o c i a lp r o d u c t i o nt oc o n t i n u o u s l yi m p r o v e ，b u tt h ep r o d u c t i o nl e v e lo f w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti sr e l a t i v e l yb a c k w a r d ，t h el a g o u ro w n p e rc a p i t aw a t e r r e s o u r c e si sas e r i o u s s h o r t a g eo fs e r i o u su n e v e n l yd i s t r i b u t e do nt h e s p a c e t i m e ，a n dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sl a g g i n gb e h i n d ，r e s u l t i n g i nt h ea l r e a d ys c a r c ew a t e rr e s o u r c e sh a sb e e nm e n t i o n e dl a p e ls e ee l b o w w a s t e w a t e rg e n e r a t e di nt h ep r o d u c t i o no fe f f e c t i v ea n dt h o r o u g ht r e a t m e n t ， a n de v e nr e u s eh a sb e c o m eam a jo rd e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft h er e s e a r c h t h i sp a p e rp r o p o s e dar e t u r nt oap e t r o c h e m i c a lc o m p a n yw a t e rt r e a t m e n t s t a t i o nt ot h ew a t e ro fd e p t ho fp r o c e s s i n gs e w a g ew a t e ro ft h ec i r c u l a t i n g c o o l i n gw a t e gs ot h a ti tc a nr e u s et h ea c t u a lp r o je c ta st h ep r o d u c t i o no fw a t e r a st h eb a c k g r o u n d a f t e rl i t e r a t u r er e v i e w , d e c i d e dt ou s eu f r os y s t e m ， e x t e r n a ld r a i n a g eo ft h ec o o l i n gc y c l e u fi no r d e rt of i l t e ro u tt h ei m p u r i t i e s o ft h ew a t e rm o l e c u l e sa n das m a l la m o u n to fs u s p e n d e ds o l i d s ，r oi st o r e m o v et h ew a t e rh a r d n e s sa n d s a l i n i t y a c c o r d i n gt oc u s t o m e rc i r c u m s t a n c e sa n dw a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n t s ， t h ed e s i g no fas e to fu f r op i l o tp l a n t ，a n du s et h ed e v i c ei nt h r e eg r o u p so f i i i 北京化工大学硕士学位论文 e x p e r i m e n t s ，t h ef i r s ts e to fp r i n c i p l ee x p e r i m e n t ，b a s e do ne x p e r i m e n t a ld a t a ， t h ev e r i f i c a t i o ns y s t e mc a na c h i e v et h ed e s i r e dp r o c e s s i n ge f f e c t t h es e c o n d s e to fe x p e r i m e n t st oo p t i m i z et h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r so ft h es y s t e mo nt h e b a s i so ft h er e s u l t so ft h ef i r s ts e to fe x p e r i m e n t s ，t h ep r o d u c tw a t e rq u a l i t y f u r t h e ri m p r o v e d ，a n dr e d u c et h er u n n i n gc o s t so ft h es y s t e mt oe n a b l ei tt o m e e tt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h et h i r ds e to fe x p e r i m e n t so nf i n e t u n i n go f t h ec o r r e s p o n d i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s ，t h es t a b i l i t yo fr u n n i n gt h ee x p e r i m e n t ， m a k i n gt h es y s t e ma b l et om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h el o n gt i m ec o n t i n u o u s o p e r a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ea ni m p o r t a n tr o l ei ng u i d i n gt h en e x t s t a g eo fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n f r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so nt h ew a t e re f f i c i e n c yo ft h eu fa n dr o w a t e rr e c o v e r y , t h ei n i t i a la c c o u n t i n gs y s t e mo p e r a t i n gc o s t s ，a n du s et h e o p p o r t u n i t yo ft h i se x p e r i m e n t r e v e r s eo s m o s i ss y s t e m i n t ot h ew a t e r p r e s s u r eo b t a i n e db yt h i se x p e r i m e n ta n di t sc o r r e s p o n d i n gd e s a l i n a t i o nr a t e s i t u a t i o n ，i nl i n ew i t ht h es o l u t i o nd i f f u s i o nt h e o r y t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a lw h i c hb ec o m p l e t e db yt h ep i l o tp l a n tw eg o t t h eu f r os y s t e mf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nt h ec o o l i n gc y c l ei nt o p w o r k i n gc o n d i t i o n ，t h eu fs y s t e mi nt h i sw o r kt h es t a t ew a t e re f f i c i e n c yi s 8 6 5 ，r e c o v e r yr a t eo ft h er os y s t e mi s8 4 ，a n dt o n s o fw a t e ra n d o p e r a t i o n a lb e n e f i t si s 1 91y u a n k e y w o r d s ：u f , r o ，t h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r , r e u s e i v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 我国淡水资源现状1 1 1 1 淡水资源本身的匮乏1 1 1 2 水污染对水资源的危害1 1 2 超滤技术概况2 1 2 1 超滤技术简介2 1 2 2 超滤技术的优势2 1 2 3 超滤膜的发展2 1 2 4 超滤“临界通量”概念3 1 2 5 超滤技术的最新成果3 1 2 6 超滤膜污染的危害与防治3 1 2 7 超滤技术的应用情况4 1 3 反渗透技术概况4 1 3 1 反渗透技术简介4 1 3 2 反渗透原理的理论模型简介4 1 3 3 反渗透膜的发展5 1 3 4 反渗透膜的污染与防治5 1 3 5 反渗透技术的应用情况5 1 4 本论文的研究内容5 1 4 1 实验背景5 1 4 2 原水水质分析6 1 4 3 实验目的6 1 4 4 实验工艺流程图6 1 4 5 实验的加药系统8 1 4 6 实验研究内容8 v 北京化工大学硕士学位论文 第二章超滤一反渗透系统对冷却循环外排水处理的实验9 2 1 前言eo 9 2 2 第一阶段原理性实验阶段1 0 2 2 1 第一阶段实验说明1 0 2 2 2 第一阶段实验数据分析1 0 2 2 3 第一阶段实验小结1 9 2 3 第二阶段优化参数运行实验阶段2 0 2 3 1 第二阶段实验说明2 0 2 3 2 第二阶段实验数据分析2 0 2 3 3 第二阶段实验小结2 8 2 4 第三阶段稳定性运行阶段2 9 2 4 1 第三阶段实验说明2 9 2 4 2 第三阶段实验数据分析2 9 2 4 3 第三阶段实验小结3 7 第三章系统运行情况分析3 9 第四章结论与展望? ”0 i l l l i b oq l i d 4 3 4 1 结论4 3 4 2 展望4 3 参考文献4 5 致谢4 7 研究成果及发表过的学术论文4 9 9 9 0 o 3 3 4 4 r rf 一 一耖 一分 、 系 ， 关 ：_ 10 一 一率 、l _口 一 一 盐 率率算除用收核与利回本力水的成压的统的水 统系行入 系透运透滤渗统渗超反系反 1 9 自c v u 4 3 3 3 3 目录 作者及导师简介51 v i i 北京化工大学硕：l 学位论文 v i l l c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n l 1 it h e p r e s e n ts i t u a t i o no f t h ef r e s hw a t e rr e s o u r c e si no u rc o u n t r y 1 1 1 1t h es h o r t a g eo f f r e s hw a t e rr e s o u r c e si t s e l f 1 1 1 2t h eh a z a r d so f w a t e rp o l l u t i o no nf r e s hw a t e r 。1 1 2u ft e c h n o l o g yo v e r v i e w 一2 1 2 1ab r i e f i n v o d u c t i o nt h eu ft e c h n o l o g y 2 1 2 2t h ea d v a n t a g eo f t h eu f t e c h n o l o g y 2 1 2 3t h ed e v e l o p m e n to f t h eu fm e m b r a n e 2 1 2 4t h ec o n c e p to f t h eu f c r i t i c a lf l u x ”3 1 2 5t h el a t e s ta c h i e v e m e n to f u ft e c h n o l o g y 3 1 2 6t h eu fm e m b r a n e sp o l l u t i o nh a z a r d sa n dp r e v e n t i o n 3 1 2 7t h ea p p l i c a t i o no ft h eu ft e c h n o l o g y 4 1 3t h er ot e c h n o l o g yo v e r v i e w 。- 4 1 3 1ab r i e f i n t r o d u c t i o nt h er o t e c h n o l o g y 4 1 3 2t h ep r i n c i p l et h e o r e t i c a lo f t h er ot e c h n o l o g y 5 1 3 3t h ed e v e l o p m e n to f t h er om e m b r a n e 5 1 3 4t h er om e m b r a n ep o l l u t i o nh a z a r d sa n dp r e v e n t i o n 5 1 3 5t h ea p p l i c a t i o no ft h eu ft e c h n o l o g y 5 1 4t h er e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e r 5 1 4 1t h ee x p e r i m e n t a lb a c k g r o u n d 6 1 4 2t h ew a t e rq u a l i t ya n a l y s i s 6 1 4 3e x p e r i m e n tp u r p o s e 6 1 4 4t h ep r o c e s sf l o wd i a g r a mo f t h ee x p e r i m e n t 6 1 4 5t h ed o s i n gs y s t e m 8 1 4 6t h er e s e a r c hc o n t e n t so ft h i se x p e r i m e n t 8 i x 北京化工大学硕士学位论文 c h a p t e r2t h et r e a t m e n te x p e r i m e n to ft h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r r e u s eb yt h eu f r os y s t e m 9 2 1p r e f a c e 一。9 2 2t h ef i r s ts t a g e f e a s i b i l i t yr u n n i n ge x p e r i m e n ts t a g e 1 0 2 2 1t h ee x p e r i m e n te x p l a i n i n go f t h ef i r s ts t a g e 1 0 2 2 2t h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i so f t h ef i r s ts t a g e + 。1 0 2 2 。3as h o r ts u m m a r yf o rd ee x p e r i m e n to f t h ef i r s ts t a g e 。1 9 2 3t h es e c o n ds t a g e o p t i m i z a t i o nr u n n i n ge x p e r i m e n ts t a g e 2 0 2 3 1t h ee x p e r i m e n te x p l a i n i n go ft h es e c o n ds t a g e 。2 0 2 3 2t h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i so f t h es e c o n ds t a g e 。2 0 2 3 3as h o r ts u m m a r yf o rd ee x p e r i m e n to ft h es e c o n ds t a g e 2 8 2 4t h et h i r ds t a g e s t a b i l i t yr u n n i n ge x p e r i m e n ts t a g e 2 9 2 4 1t h ee x p e r i m e n te x p l a i n i n go ft h et h i r ds t a g e 。2 9 2 4 2t h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i so f t h et h i r ds t a g e 2 9 2 4 3as h o r ts u m m a r yf o rd ee x p e r i m e n to f t h e “r ds t a g e 3 7 c h a p t e r 3t h ea n a l y s i so f t h es y s t e mr u n n i n gc o n d i t i o n - 3 9 3 1w a t e ru t i l i z a t i o nr a t eo ft h eu fs y s t e m 3 9 3 2w a t e rr e c o v e rr a t eo ft h er os y s t e m 3 9 3 3t h ec o s ta c c o u n t i n go f t h eu f r os y s t e m 4 0 3 4r oi n p u tw a t e rp r e s s u r ea n dd e s a l t i n gr a t er e l a t i o n s h i pa n a l y s i s 4 0 c h a p t e r4c o n c l u s i o n s a n dp r o s p e c t s 。4 3 4 1c o n e l u s i o n s 4 3 4 2p r o s p e c t s 4 3 r e f e r e n c e s 4 5 a c k n o w l e d g e m e n t s ”! 一一4 7 x c o n t e n t s c o n t e n t so fp u b l i s h e dp a p e ro fp a t e n t s 。一4 9 b i o g r a p h y ”一”5 1 一 北京化工大学硕士学位论文 二二二_ 二= 二二二_ 一 x i i 第一章绪论 1 1 我国淡水资源现状 第一章绪论 日益匮乏的淡水资源已成为影响当今社会生活生产的重要要素，第一，淡水资源 不再是“取之不尽，用之不竭”；第二二，由于生活生产而产生的各种生活废水、工业 废水排放的不规范不合理导致淡水水体被污染而使可利用的淡水资源大幅减少。 1 1 1 淡水资源本身的匮乏 广义的淡水资源指的是地球表层可供人类利用的水，狭义的水资源则是指能为人 类直接利用的淡水。以全球来讲，海水为全球水资源的9 7 5 ，而淡水只仅仅有2 5 ， 而且这些淡水资源中，有很大的一部分以现在的技术来讲利用起来成本过高，如南北 两极与高山地区的冰川水、高寒地区的永冻土下的冰层和深层地下水等。目前在全球 淡水资源中，农业用水占7 0 、工业用水占2 0 、家庭和市政用水仅只有占1 0 。 我国的水资源并不丰富，总拥有量约2 7 t m 3 ，可供开发利用的淡水资源量为1 1 1 t m 3 ，居世界第六位。若按人均计，约为世界人均水量的1 4 。列为世界第1 1 0 位。 我国已经成为了严重缺水大国，在4 0 多个严重缺水国家中位居前列。而且，我国水 资源的时空分布不均衡，在空间上，耕地约占3 5 2 、人口约占5 3 5 的南方，水资 源却占8 0 4 ，而耕地占5 9 2 、人口占4 4 4 的北方七省市，水资源仅占1 4 7 【1 1 。 在时间上，全年6 0 一8 0 的降水又集中在夏、秋两季，多以暴雨形式出现【2 】。以上 各种不利的自然因素，促成了我国缺水的事实。上世纪术对全国6 4 0 个城市统计，有 3 0 0 个左右的城市不同程度地缺水。其中严重缺水的城市1 1 4 个，月缺水1 6 0 0 万吨， 每年因缺水造成的直接损失达2 0 0 0 亿元。水已经成为制约我国国民生活与生产的重 要因素之一。 1 1 2 水污染对水资源的危害 我国污水处理技术滞后，跟不上污水排放量的增长【3 j 。水污染也在蚕食着本身已 经严重匮乏的淡水资源，而且由于污染物的毒性，还会对人民的生命安全造成威胁。 水污染按来源分类可分为生活废水和：工业废水，有些不道德的生产企业甚至直接将未 经处理的工业废水排放到河流之中，给下游水体造成严重的破坏。据环境部门监测， 全国城镇每天至少有1 亿吨污水未经处理直接排入水体。全国七大水系中一半以上 的河段水质受到污染，全国1 3 的水体不适于鱼类生存，1 4 的水体不适于灌溉，9 0 的城市水域污染严重，5 0 的城镇水源不符合饮用水标准，4 0 的水源已不能饮用， 北京化工大学硕士学位论文 南方城市总缺水量的6 0 7 0 是由于水源污染造成的。水污染造成的损失不仅是 对财产的，还是对生命的，水是生命之源，地球上任何一种生物都要摄取水分才能生 存，被污染的水会在生物体内随着生物链富集，产生毒性，水污染不能制止，食品安 全得不到保证。1 9 5 3 年在日本九州熊本县水俣镇发生“水俣病”，就是由于含甲基汞的 废水排入水俣湾，水生生物摄入甲基汞并富集于体内，又通过食物链逐级富集，在污 染的水体中，鱼体内甲基汞比水中要高万倍，人们因食污染水中的鱼、贝而中毒。 1 2 超滤技术概况 1 2 1 超滤技术简介 超滤是指在压力的作用下，利用超滤膜进行大分子与小分子分离的一种膜分离技 术。超滤膜的膜孔径一般在1 1 0 0 m 之间。超滤起源于1 7 4 8 年，当时s c h m i d t 首先 发现利用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，在一定的压力条件下，薄膜可以将溶液( 水) 中 的蛋白质、胶体等物质截留下来，并且过滤精度远远优于滤纸，于是他提出超滤一语。 一百多年之后m a r t i n 在1 8 9 6 年，制出了第一张人工超滤膜。到2 0 世纪6 0 年代，随 着“分子量级”概念的提出，现代超滤时代开始，经过7 0 年代和8 0 年代的高速发展 期，超滤技术在9 0 年代开始趋于成熟，而我国对该项技术研究较晚，7 0 年代尚处于 研究时期，8 0 年代末，才进入工业化生产和应用阶段1 4 j 。 1 2 2 超滤技术的优势 超滤技术与传统的溶n 溶质分离工艺( 如蒸发等) 相比，有很强的优势，在能源 利用方面它只需要电能( 蒸发需要热蒸汽) ；运行时温度较低，溶液不会发生相变， 对热敏性物料不会造成破坏；设备几乎是密闭系统不会引入其他杂质；生产运行中不 需加入其他助剂，不必担心二次污染；设备占地小，拆装方便灵活【5 1 。 1 2 3 超滤膜的发展 超滤膜一般为三层，有超滤作用的只有它的表层，其它两层只是起到支撑和增加 强度的作用。超滤膜经过三个发展阶段，第一阶段的超滤膜材料为醋酸纤维；第二阶 段的超滤膜材料也是以有机材料为主，包括有：聚矾、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯、 聚酰亚胺等聚合物；现今的超滤膜材料一般为无机陶瓷膜，与之前两个阶段的材料相 比，具有很好的耐温性，耐化学腐蚀性，耐生物侵蚀性，耐污染性，能更好的进行清 洗【6 】o 对于超滤膜的制备技术，在国外以日本为最先进，国外专利中关于超滤膜制备技 第一章绪论 术的专利( 以专利数量计) 前十位中有八位申请人是日本的公司嘿国内关于超滤膜 制备技术的专利大多掌握在高校手中，( 以专利数量计) 第一位是天津大学。 1 2 4 超滤“临界通量 概念 超滤运行中，膜通量是一个重要的指标。膜通量的大小与运行压力成正比，运行 压力越大，膜通量越大，但是运行压力提高会对超滤膜造成损伤，而且在膜通量变大 的同时，膜表面越容易结垢，运行的成本会大幅提高。而膜通量过低超滤的效率就会 大幅减弱，于是就有了“临界通量”这一概念的提出：使运行成本与超滤效率达到最 佳平衡时的通量为超滤膜的临界通量。齐鲁等在饮用水的超滤处理中研究了运行方式 及预处理对临界通量的影响瞄j 。 1 2 5 超滤技术的最新成果 根据超滤膜使大分子物质和胶体截留而使小分子物质通过的特性，超滤最新的发 展是强化超滤和水溶性聚合物络合超滤。 强化超滤通过向溶液中加入表面活性剂( s a a ) ，当s a a 在溶液中达到临界浓度 时会凝结成小型的胶团，粒径在o 0 0 5 阻一o 0 1 p m 纠，阴性s a a 形成的胶团能将溶液 中的金属离子吸附，而阳性s a a 形成的胶团能将溶液中的阴离子吸附，通过超滤被 截留下来，放大了超滤的效率，在脱除重金属离子和无机盐的操作中比之传统的超滤 有更好的效果【1 0 】。 水溶性聚合物络合超滤主要应用在重金属回收上，对溶液中的重金属离子去除率 相当高。通过含有某些特定功能基团( 如氮、硫、磷、羟基等) 的聚合物及其衍生物 的大分子物质能与溶液中的金属离子络合，使重金属离子无法通过超滤膜而被截留下 来。而且与重金属离子络合的水溶性聚合物可以通过酸化，电解等方法释放重金属离 子，从而使其再生被再度利用不会造成二次污染从而避免了投放水溶性聚合物造成的 成本上升【l l i 。 1 2 6 超滤膜污染的危害与防治 超滤膜在生产过程中会被污染，如成垢离子c a 2 + ，m 9 2 + ，c 0 3 2 ，s 0 4 2 一等会在超 滤膜表层及膜孔处结垢，堵塞膜孔；溶液中的微生物，会附着膜表面及膜孔之中，随 着微生物的滋生也会使膜孔堵塞；超滤过程中的截留物( 大分子物质，胶体等) 在超 滤操作过程中会在超滤膜表层及膜孔处富集，形成污垢，堵塞膜孔。膜污染情况的发 生会导致膜通量衰减，系统压力升高，大大缩短超滤膜的使用寿命，最严重时会使超 滤膜彻底报废，对超滤膜污染的情况必须加倍防治。超滤膜污染的防治手段也是与这 北京化工大学硕士学位论文 几种污染原因对应的：控制系统进水的硬度，投放阻垢剂防止超滤膜结垢；投放杀菌 剂及氧化剂抑制微生物的生成；控制系统进水的浊度和固溶物含量；控制进水与产水 之间的浓度差，防治浓差极化；周期性对膜系统进行洗清，如气擦洗与反冲洗 1 2 , 1 3 】。 1 2 7 超滤技术的应用情况 现在超滤技术已经广泛应用于医药提纯，食品加工，饮用水源处理，化工生产， 废水处理等多个领域之中。在医药提纯中超滤技术的用处是去除料液中的菌丝和毒素 以及精制浓缩 1 2 - 1 5 】；在食品加工中有油料的脱胶【1 6 】，饮料的澄清及除菌【1 7 , 1 8 ，低度酒 的制备【1 9 】，酱油等的除菌净化【2 0 】，分离大豆蛋白【2 1 】等；在饮用水源处理中过滤掉细菌、 病毒、“两虫”、藻类等【2 2 】；在化工生产中超滤应用于合成氨、尿素、丁二酸发酵液纯 化、炼油厂尾气回收都诸多生产工艺中【2 3 】；在废水处理方面，有印染废水脱色【2 4 1 、重 金属回收 1 0 , 1 1 】、轧钢厂冷轧含油废水矧及一些含有大分子量c o d 的废水处理 2 啦7 1 。 1 3 反渗透技术概况 1 3 。1 反渗透技术简介 反渗透( r e v e r s eo s m o s i s ，r o ) 技术是一种精度很高的膜分离技术，它是以“压力 差”为推动力，利用反渗透膜的特性使溶剂和溶质分开的一种技术，其过程与渗透过 程相反故名反渗透。反渗透膜的膜孔径为l n m 左右 2 8 】。 1 3 2 反渗透原理的理论模型简介 反渗透的原理有三种理论模型：氢键理论；优先吸附毛细孔理论；溶液扩散理论。氢 键理论解释的是水透过反渗透膜的过程，认为是水分子中的氢键与反渗透膜表面材料 的氢键活化点活化，从而解离，在下一个活化点再形成新的氢键，直被搬运到多孔 层通过反渗透膜。优先吸附毛细孔理论解释的是脱盐的过程，认为水分子更易于被吸 附在膜孔处，而盐离子被排斥，从而使水通过反渗透膜而盐分被截留。溶液扩散理论 可以对除盐率随着膜通量压力升高而提高进行了解释，认为反渗透膜是一个无孔的 膜，溶液是先溶解在膜中，其通过率取决于扩散系数，水分子的扩散系数比溶质的大， 所以溶剂( 水) 通过反渗透膜，而溶质被截留，在压力增大时，水分子比溶质扩散的 速度更快，更容易通过反渗透膜【2 9 l 。 4 第一章绪论 1 3 3 反渗透膜的发展 反渗透膜发展有三个阶段：对称膜，已经被淘汰；非对称膜，目前还在一些领域 应用；复合型膜，现今广泛应用于各个领域。 目前常用的反渗透膜类型有：醋酸纤维素膜( c a 膜) 、聚酰胺膜( p a 膜) 、复合 膜【3 0 】。 醋酸纤维素膜( c a 膜) 于上世纪5 0 年代由r e i d 用均质醋酸纤维素制的，为第 一阶段的对称膜。而在1 9 6 0 年，l o e b 和s o u r i i a j a n 用后来被称为l s 制膜工艺制成 了非对称膜，水通量比对称膜高出1 0 倍。 在上世纪7 0 年代，美国d u p o n t 公司研制成功聚酰胺中空纤维膜反渗透器用于海 水脱盐。 复合型反渗透膜在传统的反渗透膜下加了一层高孔隙支撑层。0 6 年美国加州大学 宣布开发出含有纳米复合材料的新型反渗透膜，可以将成本再一次的降低。 1 3 4 反渗透膜的污染与防治 反渗透膜也有着与超滤膜相同的污染问题，由于超滤膜的膜孔径是纳米级的，所 以更易发生污染而且污染造成的危害更大。污染的类型分为：硫酸盐结垢、碳酸盐结 垢、金属氧化物及氢氧化物污染、含硅物质结垢、生物污染、胶体污染、以及阻垢剂 选用不当产生络合物的污染。防治的方法：控制入水水质及投放合理的阻垢剂防止结 垢；投放杀菌剂及h c l 0 等氧化剂杀死微生物抑制生物污染，通过定期化学清洗或气 液两相冲洗可以去除污染 3 1 - 3 5 j 。 1 3 5 反渗透技术的应用情况 反渗透主要应用于以下领域：海水及苦咸水的淡似3 6 , 3 7 】；纯水及超纯水的制备【3 8 】： 无醇啤酒的生产【3 9 】；脱盐【4 0 】；印染废水处理 4 1 】；重金属回收【4 2 】；糖类蛋白类药剂等 的浓缩纯化4 3 彤 ；生产用水的回用 4 5 】；磷化工废水处理f 4 6 】；垃圾渗滤液处理【4 7 】；核电 站污水【4 8