RO反渗透纯水培训资料

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 反渗透预处理系统 常规卷式复合膜对进水水质的要求 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5 m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 45 m 的阻塞率 在检测过程中 凡是大于0 45 m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 15SDI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 47mm的0 45 m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 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 47mm 0 45 m 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10 m 5 m 1 m 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 膜 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 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 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 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器之前 加药浓度一般在2到5ppm之间 具体浓度根据客户水质而定 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 RO系统运行及故障诊断 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50 的进行低压冲洗 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50 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 定期进行杀菌 采用非氧化性杀菌剂比较简单适用 杀菌剂的投加频率和加药量随季节和水源不同而不同 一般来说地表水比地下水的投加频率和加药量都要大 夏季杀菌剂的投加频率要比冬天大 如使用氧化性的杀菌剂 需在RO系统前进行还原 杀菌剂的投加地点可以选择砂过滤器的前面 也可以放在超滤的前面 客户关注的三方面 1 脱盐率2 产水量3 压力 水 产水量 T H 盐 99 脱盐率 膜 1500mg L 15mg L 典型的RO系统结构 高压泵 控制系统 管道阀门预处理膜污染控制透过通量 回收率 流量化学清洗及其周期 进料液 高压泵 膜组件 膜组件 透过液 产水 浓缩液 第一段 第二段 RO系统需要测量的数据 1 2 6 7 3 4 5 系统故障判断参考标准 反渗透系统的主要性能参数变化达到以下指标范围时 要及时进行故障分析 并进行相应的处理 在正常给水压力下 产水量较正常值下降10 15 为维持正常的产水量 经温度校正后的给水压力增加10 15 产水水质降低1 2 产水电导率增加1 2 给水压力增加10 15 系统各段之间压力降明显增加 系统故障基本类型 系统发生产水量减少 脱盐率下降及压差升高问题的原因比较复杂 可以简单归纳出几种类型 1 进水TDS增加 水温波动 运行参数调整等原因造成的性能变化不属于故障范围 2 系统硬件故障 O型圈密封泄漏 膜氧化 机械故障等 3 膜污染 膜污染包括污堵和结垢等 4 系统设计失误 系统设计问题可能与前面的几项都有关 对于有设计失误的系统 在恢复系统元器件性能之后 一定要对系统进行改造 纠正原有错误设计或运行参数 故障现象一览 膜系统故障诊断一览表 产水量下降 下列运行参数的变化将降低系统中膜的实际产水量 进水泵压力不变时进水温度下降 用节流阀降低RO进水压力 进水泵压力不变时增加产水背压 进水TDS 或电导率 增加 这会增加产水通过膜时所必须克服的渗透压 系统回收率增加 这会增加系统的平均进水 浓水的TDS 从而增加渗透压 膜表面发生污染进水流道网格的污染导致进水 浓水压力降 P 增加 从而降低了元件末端的NDP 总驱动压力 产品水流量下降的原因分析 胶体污染 主要发生在反渗透第一段 可通过产品水的流量判别 并每日检验SDI 要注意检查SDI过滤膜上及5um过滤芯上的沉淀物 依其性质判断并进行清洗 金属氧化物污染 主要发生在第一段 检查给水中铁 铝含量 检查给水系统管路材质及防蚀情况 检查SDI过滤膜上是否有沉淀物 并经分析采取清洗措施 水垢 发生在最后一段的最后一根膜元件上 逐渐向前推移减弱 去除水垢则用酸或碱性EDTA溶液清洗 可以通过调整预处理方式 调节pH值 加阻垢剂或降低回收率来防止结垢 微生物污染 微生物污染系形成微生物黏膜 常发生在膜系统的前端 此时的征兆是 产品水流量 在给水压力及回收率维持一定时有下降趋势 给水流量 当生物黏膜已进一步变成大片生物块时 使之下降 给水压力 为了维持一定的回收率 必须使给水压力升高 长期增高给水压力会增加清洗污染物的困难程度 压差 当产生大片细菌黏泥时压差显著上升 脱盐率 刚开始发生微生物污染时 脱盐率正常甚至升高 当大量黏泥产生时则下降 当怀疑有微生物污染产生时 应对微生物进行控制 采取系统的细菌检验 并相应的改善预处理 有效的清洗膜元件 包括对预处理的整个系统进行杀菌 氯杀菌可用与预处理系统 膜的消毒杀菌可用甲醛 不彻底的清洗与消毒会导致系统很快的再次被污染 膜元件可能发生脱盐率下降的原因分析 膜受氧化 膜受到给水中Cl2 Br2 O3或其他氧化剂的氧化损害 会出现高的盐透过率 并且产品渗透水流量升高 通常前端的膜元件易受影响 机械伤害 膜元件或连接件的机械损害会造成给水或浓水渗入产品水中 特别是在高压下运行时 脱盐率下降 产品水流量升高 微生物污染 微生物污染系形成微生物黏膜 常发生在膜系统的前端 此时的征兆是 产品水流量 在给水压力及回收率维持一定时有下降趋势 给水流量 当生物黏膜已进一步变成大片生物块时 使之下降 给水压力 为了维持一定的回收率 必须使给水压力升高 长期增高给水压力会增加清洗污染物的困难程度 压差 当产生大片细菌黏泥时压差显著上升 脱盐率 刚开始发生微生物污染时 脱盐率正常甚至升高 当大量黏泥产生时则下降 当怀疑有微生物污染产生时 应对微生物进行控制 采取系统的细菌检验 并相应的改善预处理 有效的清洗膜元件 包括对预处理的整个系统进行杀菌 氯杀菌可用与预处理系统 膜的消毒杀菌可用甲醛 不彻底的清洗与消毒会导致系统很快的再次被污染 膜元件可能发生脱盐率下降的原因分析 膜受氧化 膜受到给水中Cl2 Br2 O3或其他氧化剂的氧化损害 会出现高的盐透过率 并且产品渗透水流量升高 通常前端的膜元件易受影响 机械伤害 膜元件或连接件的机械损害会造成给水或浓水渗入产品水中 特别是在高压下运行时 脱盐率下降 产品水流量升高 产品水流量下降 脱盐率同时升高的因 膜压紧 Compaction 通常会引起产品水流量下降 复合膜较少发生膜压紧现象 但在下列情况下仍有可能出现 给水压力高 给水温度过低 起动高压泵或有空气存在时 给水系统造成水锤 有机物污染 给水中的有机物吸附在膜表面上 造成水通量下降 特别易于出现在第一段 此吸附层常常好像一层阻挡透过盐的屏障 有时也会堵住膜的小孔 因而减少了盐的透过 污染的控制 通过预处理去除污染物通过化学添加剂控制降低回收率选择合适的膜元件增加膜面流速 怎样简单核算表计是否准确 原理 离子守恒法方法一 理论上 进水流量 进水电导 产水电导 产水流量 浓水电导 浓水流量 如果根据表计显示的数值计算前者不等于后者 说明表计显示不准确 方法二 根据进水的浓缩倍数估算浓水的电导 如果表计显示的电导和估算的电导不一样 则说明标计显示不准确 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 85 0 15 浓水 0 852 浓水 0 853 产水 0 852 0 15 进水 0 85X 1 产水 0 85X 1 0 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 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 一些难溶盐的溶度积 注 设离子强度为零 系统清洗与维护 常见的膜污染物碳酸钙沉积物钙 钡或锶的硫酸盐金属氧化物 如铁 锰 铜 镍和铝等氧化物 聚合硅类无机胶体沉积物无机 有机混合型胶体天然有机物 NOM 微生物 微生物淤泥 藻类 霉菌 或真菌 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 反渗透 在线 清洗方案 准备工作 停下待清洗的反渗透系统 反渗透产水或混床产水由临时管路引至清洗箱中 对清洗箱进行简单的清洗 反渗透清洗药剂的备料配制清洗液 酸性配方 HCl0 2 碱性配方 NaOH0 1 EDTA0 2 十二烷基苯磺酸钠 0 025 根据膜元件的污染物质的性质 选择合适的配方 准备好所用的药品 将反渗透水或混床产水注入清洗箱至液位计的2 3处 准备好清洗过程检测化验所需的仪器和药品 打开清洗泵进口阀 启动清洗泵 打开清洗泵出口药液循环阀 将每一种清洗药品分别溶解后 从加药口倒入清洗箱中 经泵出口对药箱中的溶液打循环 使药品完全溶解并混合均匀后 从取样阀取样测定溶液pH值 调节pH值至规定值 药液均应透明无色 清洗步骤 1 用酸性配方清洗 1 配制酸清洗液 控制控制pH值在2左右 2 关闭电动阀后的反渗透进水阀 开反渗透清洗进水阀 关浓水排放阀及浓水对地排放阀 开反渗透清洗浓水回流阀和浓水调节阀 关闭产品水至水箱内的出口阀及产品水对地排放阀 开反渗透清洗产水回流阀 3 启动清洗泵 稍开清洗泵出口循环门 打开5 m保安过滤器进口阀及出口阀 此时