RO反渗透装备-基础知识篇.ppt

RO反渗透装备系统培训 Homepage 2011 02 上海爻铨环保机械工程有限公司 Copyright byYaoquanWaterAllrightsreserved 李宇光主讲人 Li yuguang 2 这种技术最早产于美国 它的技术概念来源于海鸥的故事 早在1950年 美国科学家有一回无意发现 海鸥在海上飞行时 从海面喝一大口海水 隔了几秒钟后吐出一小口海水 遂产生疑问 因为陆地上用肺呼吸的动物 绝对无法饮用高盐分的海水 后来经过研究发现 海鸥体内有一种薄膜 该膜非常精密 只能透过水分子 而把含有杂质的高盐分的海水吐出 根据这一基本理论构架 美国政府耗资几十亿美金 经过多年的精心研制 终于在60年代后期 研发了反渗透膜 第一章反渗透技术的起源 3 美国太空总署后来也将该技术应用于太空计划不仅解决了宇航员太空喝水的问题 使太空船不必运载大量的饮用水升空 而是将宇航员的尿液及生活用水回收制成纯水使用 而且还大大降低了将太空飞船送入太空所需的燃料 4 该技术在太空计划中的成功运用 美国联邦政府应此督促军方也沿用太空总署的做法将该技术运用于海军装备 将海水脱盐变为淡水供军舰 潜艇及航母上工作人员生活饮用 5 由于该技术不断的发展医学界还以反渗透法的技术用以洗肾 血液透析 目前该技术在各领域都有应用 6 反渗透技术可以归类于仿生学科 反渗透也叫逆渗透 英文为reverseosmosis 它所描绘的是一个自然界中 水分自然渗透过程的反向过程 7 RO膜孔径 0 0008 0 001微米 大约是头发丝的五十万分之一 是细菌和病毒的400分之一 反渗透法可以将重金属 农药 细菌 病毒 杂质等彻底分离 它的滤除率是相当高的 可达90 99 整个工作原理均采用物理法不添加任何化学制剂 各种杂质的体积对比 毛发 13微米细菌 0 4 1微米病毒 0 02 0 4微米重金属 0 005微米 8 微滤 MF 能截留0 1 1微米的颗粒超滤 UF 能截留0 002 0 1微米的颗粒纳滤 NF 能截留约0 001微米的物质反渗透 RO 能截留所有的溶解性盐和分子量大于100的有机物 根据孔径大小分类膜法分离法可分为4类 9 10 反渗透膜分离层 反渗透膜支撑层 淡水 浓水 进水 Cavg Cconc Cperm Cfeed 高压泵 Cfeed Cperm Cconc Cavg 进水浓度 淡水浓度 浓水浓度 平均浓度 11 单级反渗透装置流程示意图 12 二级反渗透装置流程示意图 13 浓缩液 4段渗透液 3段渗透液 1段渗透液 2段渗透液 产品水 高水回收率的反渗透级联工艺 高水回收率的反渗透级联工艺 14 为了增加膜的表面流速与提高有效的表面过滤面积和达到易清洗的目的通常RO膜都是以卷式为主 管式 版式 中空纤维 醋酸纤维素 早期产品 优点 耐氧化能力强 芳香族聚酰胺 换代产品 运行压力低 脱盐率高 水通量高 适用PH值范围广 15 16 操作成本细分 17 反渗透膜元件 膜元件种类 膜系统产水量 5m3 h 选用8英寸 反渗透膜选型指南 根据使用条件确定膜元件类型 进水TDS 10000 选用海水型高污染水源 选用抗污染型 根据膜系统产水量确定膜元件直径 18 苦咸水型反渗透元件 19 海水型反渗透元件 20 抗污染型反渗透元件 21 节能型反渗透元件 22 反渗透膜对正离子的脱盐率 23 反渗透膜对负离子的脱盐率 24 反渗透膜对其他物质的脱除率 25 反渗透膜 允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜 膜元件 将反渗透膜膜片与进水流道网格 产水流道材料 产水中心管和抗应力器等用胶粘剂组装在一起 能实现进水与产水分开的反渗透过程的最小单元称为膜元件 26 膜组件 膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件 膜装置 由膜组件 仪表 管道 阀门 高压泵 保安过滤器 就地控制盘柜和机架组成的成套单元膜设备称为膜装置 27 膜系统 针对特定水源条件和产水要求设计的 由增压泵 加药装置 膜装置 清洗装置和电气仪表连锁控制的完整的反渗透水处理工艺过程称为反渗透膜系统 28 关键术语的定义 回收率 指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率 回收率 产水流量 100 产水流量 浓水流量 脱盐率 通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率 脱盐率 原水TDS 产水TDS 100 原水TDS 透盐率 脱盐率的相反值 它是进水中溶解性的杂质成份透过膜的百分率 渗透液 经过膜系统产生的净化产水 也称为产水 通量 单位膜面积上透过液的流率 通常以 L m2h 或 gfd 表示 影响反渗透膜性能的因素 透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系 增加进水压力也增加了脱盐率 但是两者间的变化关系没有线性关系 而且达到一定程度后脱盐率将不再增加 29 影响反渗透膜性能的因素 1 压力影响 30 系统操作压力对渗透通量的影响 Peff Pop rB Peff 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 act Qperm spec Peff Pspec 实际渗透通量 有效压力 额定渗透通量 额定压力 膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感 随着水温的增加 水通量几乎线性地增大 这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降 扩散能力增加 增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加 这主要因为盐分子透过膜的扩散速率会因温度的提高而加快所致 31 影响反渗透膜性能的因素 2 温度的影响 32 系统操作温度对反渗透膜的影响 1 反渗透膜运行温度 5 40 C 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25 C为基准 操作温度上升 下降1 C 相应膜元件渗透通量上升 下降3 温度 C 渗透通量GPD AG804OF 渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数 盐浓度增加 渗透压也增加 因此用于推动逆向渗透的进水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量 如果压力保持恒定 含盐量越高 通量就越低 同时 水通量降低 增加了透过膜的盐通量 即降低了脱盐率 33 影响反渗透膜性能的因素 3 盐浓度的影响 回收率增加 将造成残留在原水中的含盐量更高 相当于增加了盐浓度 因此同样将降低水通量和脱盐率 34 影响反渗透膜性能的因素 四 回收率的影响 不同材料的反渗透膜适用的PH值范围相差很大 膜脱盐率特性取决于PH值 水通量也会受到影响 而在其适用的PH值范围内 反渗透膜的水通量和脱盐率相当稳定 35 影响反渗透膜性能的因素 五 PH值的影响 第二章 合理的系统优化设计 反渗透膜系统长期稳定运行的关键 1 分析水质 2 根据水质状况选择合理的预处理 3 设备日常维护保养 37 正确合理的预处理系统 悬浮固体普遍存在于地表水和废水中尺寸 1微米 胶体可能会小于1微米 在未搅拌溶液中能从悬浮状态沉积下来 胶体会保持悬浮状态 预处理后必须将下列指标降低至 浊度 1NTU15分钟SDI值 5 38 SDI值测试方法 SDI测定概要 SDI测定是基于阻塞系数 PI 的测定 测定是向 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 按下式求得阻塞系数PI PI 1 T0 Tt X100SDI15 PI 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 39 测定SDI的步骤 一 将SDI测定仪 见图 连接到取样点上 此时在测定仪内不装滤膜 打开测定仪上的阀门 对测定仪进行彻底冲洗数分钟 关闭测定仪上的阀门 然后用钝头的镊子把0 45 m的滤膜放入滤膜夹具内 确认O形圈完好 将O形圈准确放在滤膜上 随后将上半个滤膜夹具盖好 并用螺栓固定 SDI值测试方法 40 二 稍开阀门 在水流动的情况下 慢慢拧松1 2个蝶形螺栓以排除滤膜处的空气 确信空气已全部排尽且保持水流连续的基础上 重新拧紧蝶形螺栓 完全打开阀门并调整压力调节器 直至压力保持在30psi为止 如果整定值达不到30psi时 则可在现有压力下试验 但不能低于15psi 用合适的容器来收集水样 在水样刚进入容器时即用秒表开始记录 收取500ml水样所需的时间为T0 秒 水样流动15分钟后 再次用容器收集水样并记录收集水样所花的时间 记作T15 秒 关闭取样进水球阀 松开微孔膜过滤容器的蝶形螺栓 将滤膜取出保存 作为进行物理化学试验的样品 擦干微孔过滤器及微孔滤膜支撑孔板 SDI值测试方法 41 三 测定结果计算按照下式计算SDI值 SDI 1 T0 T15 X100 15注意 每次试验过程中压力要稳定 压力波动不得超过 5 否则试验作废 B 选定收集水样量应为500ml 或其他确定的水量值 两次收集水样的时间间隔为15分钟 C 如果T15达到120秒 就没有必要进行T15的试验 SDI值测试方法 42 胶体污染物普遍存在于地表水或废水中污染物主要存在于反渗透系统的前端尺寸 1微米在未搅拌溶液中微粒会保持悬浮状态可以是有机或无机成份组成的单体或复合化合物无机成份可能是硅酸 铁 铝 硫有机成份可能是单宁酸 木质素 腐殖物 43 有机污染物污染物主要存在于反渗透系统的前端普遍存在于地表水或废水中被吸收附着在膜表面天然腐殖有机物来源于植物腐烂物且常带电荷缺乏明确的TOC 总有机碳 含量规定进水中TOC含量为2ppm时应引起注意具有电中性表面的抗污染膜可能更适用 44 生物污染普遍存在于地表水或废水中开始时易在反渗透前端形成污染物 随后扩展及整个反渗透系统通常污染物为细菌 生物膜 藻类 真菌警戒含量为10000cfu 菌落生成单位 ml必须控制生物活性 45 难溶盐 结垢 污染反渗透进水中含有的难溶盐及相关成份达到下表中所列的浓度时 均应在预处理中采取相应措施 以防止反渗透膜结垢 46 针对特定污染物的反渗透预处理设计 针对难溶盐的反渗透预处理设计要点离子交换软化弱酸阳离子软化石灰软化添加化学阻垢剂 针对金属氧化物的反渗透预处理设计离子交换软化石灰软化锰砂过滤添加化学分散剂 47 针对溶解性硅的反渗透预处理设计石灰软化热交换器脱除铁硅分散剂 针对微粒和胶体的反渗透预处理设计澄清石灰软化砂滤或添加絮凝剂后进行多介质过滤微滤或超滤 48 针对天然有机物的反渗透预处理设计澄清石灰软化活性碳过滤微滤或超滤 针对有微生物滋生的反渗透预处理设计化学杀菌剂石灰软化紫外杀菌微滤或超滤保持水流动 尽量减少死角 针对特定污染物的反渗透预处理设计 49 针对特定污染物的反渗透预处理设计 针对水中含有油脂的反渗透预处理设计油水分离化学絮凝剂活性炭吸附超滤 由于预处理系统设计或操作不当而人为造成的常见污染在市政水厂添加化学药剂阳离子聚合物氯化铝或氯化铁添加了互不相容的化学药剂氧化剂 50 各种污垢物质的沉积 假定没有使用防水锈剂 防污垢剂和消毒杀菌剂Assumesnoantiscalant antifoulantorsanitizerisused 51 氧化后过滤 一般情况下 原水PH值较低时 反渗透给水中铁离子的允许含量可以稍高 在原水PH值 6 0 溶解氧含量 0 5ppm 原水铁含量在4ppm以下时 反渗透膜系统基本上不可能发生铁污染 当原水溶解氧含量在0 5 5ppm之间 PH为6 0 7 0时 水中铁离子的安全允许含量应在0 5ppm以下 当原水溶解氧含量为5ppm以上 且PH 7 7时 反渗透给水中的铁离子的安全允许浓度仅为0 05ppm 另外 在处理含铁的地下水对原水进行氧化处理时 请勿采用加氯工艺 因为水中的铁在被氯化时所形成的胶体铁很难去除 进而对反渗透膜形成污染 针对原水含有二价铁 锰的反渗透预处理系统设计 52 反渗透装置运行异常及对策 53 反渗透膜系统常见故障判断和解决方法 54 反渗透膜系统常见故障判断和解决方法 55 反渗透膜系统常见故障判断和解决方法 56 反渗透膜系统常见故障判断和解决方法 57 泄漏位置的判断方法 1 测量每支压力容器的产水电导 判断泄漏发生的压力容器 2 用探针法测量每支膜元件的产水电导 判断泄漏位置 58 反渗透膜装置的停运保护 1 当停运膜系统时 必须用反渗透产水或更高品质的水冲洗膜装置 以便将高含盐量的浓水从膜元件内置换掉 2 系统短期停运 一周内 必须每24小时进行一次低压冲洗 防止微生物在膜元件内滋生 3 系统长期停运 超过一周 或短期停运却不能保证每24小时一次低压冲洗 必须采用化学药品封存 4 在化学药品封存前 应该对膜元件进行化学清洗 5 化学清洗结束后 利用清洗装置配置1 1 5 wt 亚硫酸氢钠溶液 通过循环清洗方式 赶走压力容器内的空气 将膜元件完全浸泡在亚硫酸氢钠保护液中 如果停机超过一星期时 便要考虑用福尔马林进行保存 6 关闭膜装置所有阀门 使膜装置隔绝空气 7 每周检查一次保护液的pH值 当pH低于3时 更换保护液 59 反渗透系统清洗时机的判断与选择 标准化后的设备产水量减少了10 15 标准化后的膜系统运行压力增加了15 标准化后的膜系统盐透过率较初始正常值增加了10 15 运行压差较初始作业时增加了15 60 碳酸钙 硫酸钙 碳酸镁垢 金属氧化物及胶体污染 聚丙烯酸铁污染过的RO膜 预处理泄漏污染 61 清洗综述反渗透系统的清洗工艺过程要求较严格 清洗工作开始前 请咨询水处理专家或专业技术公司 力争清洗方案的完备性 反渗透清洗的条件对膜性能的恢复很重要 清洗过程中 用户须严格按照膜供应商要求的参数进行调节 不可随意采用未经证实的适合膜药剂 对于多成分污染状况 视情况可采用多配方组合清洗 以提高膜的清洗效果 62 清洗系统流程图 63 清洗系统的设备选型 1 清洗溶液箱体积V V1 V2 120 V1 压力容器内的储液量 常用的6芯8寸压力容器每支按200L计算 V2 清洗管路内的储液量 2 清洗水泵流量 按每支压力容器8 10m3 h计算 扬程 0 25 0 35MPa 3 清洗过滤器根据清洗流量选型 每支1米长的5um滤芯的流量按3m3 h计算 64 清洗药剂的选择 65 清洗步骤 1 在清洗液箱内配制清洗液 加热到所需的温度 并混合均匀 2 用清洗液置换元件内的原水 此时应排放部分浓水以防止清洗液的稀释 3 当原水被置换掉后 应循环清洗30 60min 在循环过程中应保持清洗液的温度和PH值 及时添加药剂 4 循环结束后停止清洗泵的运行 让膜元件浸泡在清洗液中 通常浸泡1 2小时就足够了 但对于顽固的污染物需要延长浸泡时间 为维持浸泡温度