3-课件反渗透钠滤.ppt

1 膜技术应用 反渗透 2 反渗透的由来 反渗透又称高滤 是20世纪发展起来的一项膜分离技术1953年美国Reid教授提取反渗透方案1960年美国Loeb研制出反渗透膜1964年Rilcy揭示反渗透的原因 3 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 什么是渗透 4 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 5 稀溶液 渗透膜 浓溶液 液体升至此点 达到了渗透压平衡 rh rh 2 1 6 什么是渗透压 当加在溶液上的压力恰好能阻止溶剂进入溶液的额外压力称为渗透压 稀溶液 反渗透膜 浓溶液 外来压力 7 影响渗透压的几个因素 溶液的种类溶液中溶质的浓度温度 8 稀溶液 反渗透膜 浓溶液 外来压力 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 什么是反渗透 9 反渗透的定义 它是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂而截留离子物质的性质 以膜两侧压差为推动力 克服溶剂的渗透压 使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程 10 反渗透的作用机理 优先吸附 毛细孔流溶解 扩散氢键理论 11 优先吸附 毛细孔流动模型 12 13 14 反渗透膜分离层 反渗透膜支撑层 淡水 浓水 进水 Cavg 高压泵 模拟反渗透机 15 反渗透示意图 浓水 膜 16 S S S S S S 100F 0 25F PureWaterLayer 10A 纯水层 Na NO3 Na Cl K Cl Ca 2Cl2 Zn 2Cl2 Ni 2SO4 2 Al2 2 SO4 2 3 Na3 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 17 S S S S S 100F 0 25F 压力 溶液流动方向 最为重要 100MW 50MW 1000MW 750MW 500MW 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 18 RO膜 CA 分离规律 对无机离子而言 分离率随离子价数的增高而增高 绝大多数含二价离子的盐基本上能够脱除 价数相同时 分离率随离子半径而变化 如 Li Na K Ca2 Sr2 BrO3 ClO3 对同分异构体的分离顺序是 叔 tert 异 iso 仲 sec 原 pri 对极性有机物的分离顺序是 醛 醇 胺 酸 叔胺 仲胺 伯胺 柠檬酸 酒石酸 苹果酸 乳酸 醋酸 对同一族系的化合物 分离率随着分子量的增加而增大 19 对有机物的钠盐分离效果好 对苯酚和苯酚的衍生物则显示了负分离对 极性或非极性 离解或非离解的有机溶质的水溶液进行分离时 溶质 溶剂和膜间的相互作用力决定了膜的选择透过性 这些作用力包括静电力 氢键结合力 疏水性和电子转移四种类型 对碱式卤化物的脱除率随周期表次序下降 对无机酸则趋势相反 硝酸盐 高氯酸盐 氰化物 硫代氰酸盐的脱除效果不如氯化物好 铵盐的脱除效果不如钠盐 许多低分子量非电解质的脱除效果不好 这些物质包括气体溶液 如铵 氯 二氧化碳和硫化氢 硼酸之类的弱酸和有机分子 但对相对分子量大于150的大多数组分 不管是电解质或是非电解质 都能很好脱除 20 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 卷式反渗透膜元件结构图 21 膜技术应用反渗透预处理系统 22 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 23 预处理的目的 1 防止膜表面的污染2 防止膜表面结垢3 确保膜不受机械和化学损伤4 确保工作效率最大化 24 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EDIUF 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 25 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 保安过滤器 预处理一 过滤工艺基础 26 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 27 超滤膜过滤原理 利用膜孔径超滤膜应用目的 用以代替多介质过滤器 提高RO系统的进水水质 去除细菌 染料 大分子有机物 蛋白质 悬浮物 胶体物质 超滤膜的分类 中空纤维式 外压式 内压式卷式管式 在作为RO系统的预处理时 使用较多为外压式中空纤维超滤膜 预处理一 超滤法 28 中空纤维超滤膜系统 预处理一 超滤法 29 目的 去除水中的余氯 以避免余氯对反渗透膜造成不可恢复的损害 氯和活性炭 C 的反应 C HOCl CO H Cl C 2Cl2 2H2O 4HCl CO2氯和亚硫酸氢钠的反应 Na2S2O5 H2O2Na 2HSO3 Na HSO3 2H Cl OCl Na SO4 2 3H 2Cl 预处理二 脱氯工艺基础 30 预处理二 活性炭过滤法 水通过活性炭过滤器的过程类似双介质过滤器 桶体可采用 碳钢衬胶 不锈钢 活性炭应进行周期性杀菌 一般采用蒸气或热水 活性炭所能去除物质 颜色和气味三氯甲烷 THM 低分子量有机物 31 出水 进水 颗粒状活性炭 椰壳 25 50 反冲洗膨胀空间 预处理二 活性炭过滤法 32 加注点应位于以下设备前面 保安过滤芯 静态混合器 高压泵 加注量 4 6倍进水氯浓度 10 16倍进水氯胺浓度 同时可抑制来自活性炭过滤器的微生物 通过ORP仪表或氯仪表来检测水中氯含量 预处理二 亚硫酸氢钠加药法 33 软化器特点 阳离子树脂交换床Na 交换Mg2 Ca2 树脂的交换能力一般为20K格令硬度 立方英尺树脂 桶体尺寸由被处理水的硬度和要求的交换能力来决定 一般采用普通阀门或多路控制阀来控制 再生 控制开采用时间型或流量型或手动启动 一般采用顺流再生 预处理三 软化工艺基础 34 进水 树脂床 50 反冲膨胀空间 出水 预处理三 软化法 35 预处理三 阻垢剂加药法 通过加注阻垢剂来代替软化 以遮避水中硬度 36 砂石 PVC碎削等阻塞进水流道 无法通过清洗恢复硬度结垢 清洗方法 酸性清洗有机物 胶体污染 清洗方法 碱性清洗细菌 病毒等微生物滋生 清洗方法 杀菌剂清洗 碱性清洗 反渗透系统污染分类 37 反渗透的特点 1 物料无相变2 能耗低3 设备简单 技术成熟4 适应性强5 应用范围广 38 操作模式 反渗透的操作模式与上述其他膜分离过程类似 但由于反渗透膜多为卷式或中空行为结构 通常以单元组件 膜胞 形式 因此实际应用时为了达到设计所要求的处理能力和分离效果 需进行多个膜胞的串联或并联 为此引出了 段 和 级 的概念 所谓 段 指膜组件的浓缩液不经过泵而流到下一组件进行处理 流经n组膜组件称为n段 所谓 级 指膜组件的透过液 产品水 再经过泵到下一组件进行处理 透过液经n次膜组件处理称为n级 按照 级 和 段 的概念 反渗透的操作模式有多种 39 40 41 42 43 反渗透的应用 1 海水脱盐2 苦咸水淡化3 超纯水的生产4 锅炉用水5 工业水处理6 产品浓缩7 其他用途 44 膜技术应用 纳滤 45 概述 纳滤又称为低压反渗透 是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的膜技术 膜孔径在1nm左右截留分子量在200 2000 46 传统水处理流程 47 纳滤膜水处理流程 48 成本比较 49 纳滤特征及分离机理 纳滤特征1 对分子量为数百的分子成分有分离性能2 对于不同价态的离子存在电荷效应分离机理1 溶解 扩散2 Donn