膜分离实验装置说明书.doc

膜分离中试实验装置一、 前言本装置分离部分由六部分组成，分别是多介质过滤器、活性炭吸附器、精密过滤器、超滤膜组件、纳滤膜组件及反渗透膜组件。本装置中，多介质过滤器、活性炭吸附器、精密过滤器、超滤膜组件作是整个系统的预处理单元。预处理单元由增压泵为原水增压，增压泵由小型变频器控制，可方便地调节流量。纳滤及反渗透系统由高压泵增压，装置设置了低压保护开关，可对高压泵进行保护。装置的分析系统配备了在线检测电导率仪及测温仪表，可测定膜进水及纳滤、反渗透膜出水的电导率及水温，从而计算出膜的脱盐率。系统的流量由转子流量计计量，系统压力由压力表测定。装置配备了清洗系统，多介质过滤器、活性炭吸附器可进行反冲，超滤膜部分可进行反洗。在需要时，也可用药液对超滤膜部分进行药洗。本装置管路、阀门为ABS 材质，具有外形美观、耐腐蚀的特点。适用于本科生和研究生教学实验，也可以作为研究人员的科学研究手段。二、 技术指标1、 多介质过滤器：规格：901000mm，外壳为ABS材质，过滤介质为不同粒度的石英砂;2、 活性炭吸附器：规格：901000mm，过滤介质为活性炭;3、 精密过滤器：规格：901000mm，外壳为ABS材质，滤芯为聚砜，过滤精度为510m；4、 中空纤维超滤膜: 膜组件为内压式膜组件，规格901000mm, 膜材料为聚丙烯腈，中空纤维膜外径1.0-1.2 mm，膜孔径在0.01-0.001m，截留分子量6000-10万；5、 美国海德能公司进口 RO膜型号：ESPA2-4040，标准测试条件下，RO膜脱盐率99%，膜壳为耐压不锈钢膜壳；6、 美国海德能公司进口NF膜型号：ESNA1-4040，标准测试条件下，NF膜脱盐率70%,膜壳为耐压不锈钢膜壳； 7、 增压泵：SZ037射流式自吸离心泵，流量最大3 m3/h，最大扬程35米；采用小型变频器对马达进行无级调速实现流量调节；8、 高压泵：美国进口PROCON泵，型号104B330F；9、 装置设置了清洗系统，可对多介质过滤器、活性碳吸附器进行反冲，也可对超滤膜进行反洗，还可对超滤膜进行化学清洗；10、在线电导率仪型号：CM-230面板式电导率仪。 三、 装置面板布置图及流程示意图四、 实验指导（一） 预处理部分 本装置中，多介质过滤器、活性炭吸附器、精密过滤器、超滤膜组件作是整个系统的预处理单元。多介质过滤器中装填不同粒度的石英砂作为过滤介质，可截留水中的悬浮杂质，从而使水达到澄清的目的。过滤时，随着过滤时间的增加，滤层中杂质截留量也会不断增加，严重时会导致水头损失或滤后水质不符合要求，此时应对滤层进行反冲洗。反冲洗的目的是清除滤层中的污物，使过滤器恢复过滤能力。多介质过滤器冲洗通常采用自下而上的水流进行反冲洗，反冲洗时，滤料层膨胀起来，截留于滤层中的污物，从滤料表面脱落下来，然后被冲洗水流带出过滤器。活性炭吸附器中装填有高吸附性能的活性炭。由于活性炭对水中大部分污染物都有较好的吸附作用，可以获得稳定的出水水质，因此，活性炭吸附是目前国内外应用较多的一种水处理手段。活性炭吸附可有效去除水中的余氯、色度和一些有机物。精密过滤器中的滤芯过滤精度为510m，可以将水中更微小的杂质、活性炭粉末截留。超滤膜分离是以分子或粒子大小为基础，以压力作为推动力的动态错流过滤技术。超滤膜膜孔径在0.01-0.001m，截留分子量范围在6000-10万Dolton。比细菌的分子量小百倍，可将细菌、菌尸、病毒、微小悬浮物、微生物、胶体、热源等近100%地截留。超滤膜作为预处理手段，可为纳滤、反渗透进水提供水质保障，更好地保护纳滤膜和反渗透膜，超滤膜产水直接进入中间水箱。1、膜组件结构：下图为内压式超滤膜结构图。2、操作方法l 按工艺流程图连结好管路，设备有良好接地保护。l 在原水箱1内通入自来水。l 系统检漏，打开相关的阀门，启动增压泵2，由变频器调节系统流量，使超滤系统压力表指示0.15MPa压力下，使水循环10分钟左右，检查系统各处是否有漏水现象，若有漏，解决到不漏为止。同时检查各液流是否畅通。运转几分钟后超滤液、浓缩液通畅，液量随出口压力变化而变化，即系统正常。l 反冲：多介质过滤器运行一段时间后或开始工作时，应进行反冲，将截留的杂质去除。反冲时，应打开反冲阀门，缓慢调节变频器控制一定流量，防止流量太大将滤料冲出。反冲水直接排入下水道。活性炭吸附器运行一段时间后或开始工作时，也应进行反冲。因活性炭较轻，反冲时更应控制好流量，防止活性炭被冲出。l 超滤膜反洗：当超滤膜经过较长时间运行，通量下降时，可对超滤膜进行反洗。反洗时，在清洗水箱中加入纯水，将水通过反洗管路进入膜组件，控制系统压力0.1Mpa。运行一段时间，可较好地恢复膜通量。l 超滤膜的化学清洗：超滤膜经过反洗，通量仍然不能恢复时，就应进行化学清洗。进行化学清洗时，可在原水箱中加入安替福民水溶液（安替福民有效成分为次氯酸钠，有效氯10%）（注：500毫升安替福民可加75升水），直接通过化学清洗管路进入用泵将药液打入超滤膜，浸泡一段时间后，再用清水洗净后，即可重新恢复通量。l 超滤膜加保护液。放净系统的清洗水，在原水箱中加入保护液（保护液为1%的甲醛水溶液），用泵将保护液直接通过化学清洗管路打入系统中。夏季，停用两天，可以不加；冬季停用五天可以不加。超过上述期限，必须有效地加入保护液，下次操作前放出保护液并保存可再用。3、故障处理：l 泵运转声音异常。停泵检查电源电压是否正确，或检查泵内是否充满液体。l 泵不运转。检查电源符合要求否，有无线路故障。l 流量不足。可能泵有“气蚀“存在，排出气体即可正常。l 没有流量。检查泵是否反转，进水阀门是否开启；l 系统压力升高，检查管路是否通常，阀门开启是否正确。4、实验步骤1）按上述各步骤准备好之后，即可以进行实验操作；2）实验工艺参数：温度：室温；压力：实验过程中，控制超滤进口压力0.15Mpa；水箱连续进水，超滤液直接进入中间水箱。超滤浓水直接排放入下水道。3）运行操作：原水箱1内通入自来水，打开进水阀门V1、V3、V6、V7、V9，阀门V2、V4、V5、V8、V10、V11均关闭。启动增压泵2，调节变频器，控制一定流量，压力0.15Mpa，调节浓水排出阀门 V12，控制浓水只要有浓水排出即可。连续产出的超滤水进入中间水箱，作为纳滤、反渗透的水源。 （二）纳滤、反渗透膜分离部分反渗透膜分离技术就是利用反渗透原理进行分离的方法，所谓反渗透过程即加在溶液上的压力超过了渗透压，则使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动。反渗透膜分离技术广泛应用于海水淡化和苦咸水处理等工程中。在解决水源和环境保护方面将有广阔的前景。反渗透膜原理： 反渗透膜在特定的溶液系统和操作条件下，主要通过溶质分离率、溶剂透过流速以及流量衰减系数三个参数来标明使用性能。（1）、溶质分离率又称截留率，对盐溶液又称脱盐率，其定义式如下： C3K（1 ）X100% （1） C2通常实际测定的是溶质的表观分离率，定义为： C3RE（1 ）X100% （2） C1式中：C1被分离的主体溶液浓度； C2高压侧膜与溶液的界面浓度； C3膜的透过液浓度。（2）、溶剂透过速度，对水溶液体系又称透水率或水通量，并以下式定义： V J （3） St 式中：V透过液的容积或重量； S膜有效面积； t-运转时间。单位:在实验室范围J通常以ml/cm2h为单位，工业生产上常以L/m2d为单位。（3）、膜流量衰减系数，是指膜固压密和浓差极化而引起的膜透过速度随时间衰减程度，衰减系数的定义式为：Jt=J1tm （4）式中：Jt、J1分别为膜运转t小时和1小时的透过速度；t运转时间对（4）两边取对数得以下线性方程： ln Jt= ln J1+m lnt (5)式(5)通过双对数坐标系作直线,可求得直线的斜率m。1、 技术特点： 纳滤、反渗透膜分离装置主要技术特点如下：（1）、在常温下不发生相变化的条件下，可以将溶质和水进行分离，适用于热敏物质的分离、浓缩。（2）、杂质去除范围广，不仅可去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类有机物杂质。（3）、具有较高的脱盐率和水的回收率，可截留粒径几个纳米以上的溶质。（4）、压力为膜分离的推动力，分离装置简单，易操作和维修。（5）、需配备高压泵和耐压管路。采用一定的预处理措施及定期清洗，可以延长膜的使用寿命。（6）、膜组件由膜元件及压力容器组成，膜元件示意图及工艺尺寸如下：本装置选用的反渗透膜型号为ESPA2-4040，纳滤膜型号为ESNA1-4040，其适合的进水PH范围为3.010.0。本装置纳滤、反渗透膜为并联结构，两只膜应分别操作。 2、 操作方法（1）、将中间水箱7制满超滤水。打开出水阀V14，使高压泵9充满料液；再打开纳滤（或反渗透）部分进水阀门V15（或V17）， 打开出水阀门V16（或V18），调节阀K1（或K2）全开，启动高压泵。调节浓水调节阀K1（或K2），使系统压力慢慢升高进行检漏，直至不漏为止，控制压力0.6Mpa。然后进行正常运行。用浓水调节阀K1调节纳滤纯水产量，记录膜进口压力、浓水压力、浓水流量、纯水流量；同时在线检测原水温度、进水浓水的电导率。纳滤膜、反渗透膜应单独操作。（2）、一个实验结束时，缓慢调节浓水调节阀K1至全开，运行1-2分钟后关闭高压泵、最后关闭进水阀门。 （3）、实验全部结束时，切断电源。3、故障处理及注意事项（1）、系统压力不足，原因是系统漏或气体无排净，仔细查找漏点并解决或继续排气，直至符合要求为止。（2）、脱盐率低可能是膜元件性能低下或老化，需更换新的膜元件。（3）、如果系统阻力大或流量偏小，检查系统阀门、变频器状态。（4）、当系统处理不同的料液时，需先将系统清洗干净。（5）、注意事项:任何情况下,膜元件均不允许出现反压,即透过水的压力大于给水/浓水侧的压力。 （6）出厂时，压力保护开关已设置完毕，不能随意变动压力保护开关。压力保护开关可控制高压泵在系统压力低时，不能启动，以便保护高压泵。（7）电导率仪超量程：检查电导率仪量程，此电导率仪有3个量程，即20、200、2000s/cm，应根据处理介质的不同选择合适的量程。（详细的可查阅电导率仪说明书）（8）纳滤、反渗透膜工作时，预处理部分应连续给水，严禁中间水箱液位太低，空气进入高压泵中。附：实验数据处理：根据大量实测数据经统计分析整理得出不同水型总含盐量（C）（mg/L）与电导率（）（s/cm）和水温（t）（）之间存在下列关系式：-价型水： C=0.5736e (0.0002281t2-0.03322t) 1.0713-价型水： C=0.5140e (0.0002071t2-0.03385t) 1.1342重碳酸盐型水： C=0.8382e (0.0001828t2-0.03200t) 1.0809不均齐价型天然水： C=0.4381e (0.0001800t2-0.03206t) 1.1351对于不清楚水的离子组成，暂不能确定其水型时，可作如下考虑，当常温下电导率小于1200s/cm时，可按重碳酸盐型水处理，电导率大于1500s/cm时，可按-价型水处理，其余则按不均齐价型水处理。实验举例：RO系统进水压力为0.6MPa时，浓水压力0.5MPa，浓水流量13.5Lmin，纯水3.2 Lmin，水温29.2。1）