VONTRON反渗透膜功能应用.ppt

北京时代沃顿 VONTRON 科技有限公司2009佛山 反渗透水处理技术讲座 膜法分离过程分类反渗透技术发展历史反渗透膜组件反渗透原理及常用概念解释影响反渗透性能的因素常见问题解答抗氧化膜元件 膜法分离过程分类 膜法液体分离技术一般可分为四类 微滤 MF 超滤 UF 纳滤 NF 和反渗透 RO 它们的过滤精度按照以上顺序越来越高 微滤能截留0 1 1微米之间的颗粒 微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体 无机盐 等通过 但能阻挡住悬浮物 细菌 部分病毒及大尺度的胶体的透过 微滤膜两侧的运行压差 有效推动力 一般为0 7bar 头发丝0 05 0 1mm 超滤能截留0 002 0 1微米之间的颗粒和杂质 超滤膜允许小分子物质和溶解性固体 无机盐 等通过 但将有效阻挡住胶体 蛋白质 微生物和大分子有机物 用于表征超滤膜的切割分子量一般介于1 000 100 000之间超滤膜两侧的运行压差一般为1 7bar 纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种 它因能截留物质的大小约为1纳米 0 001微米 而得名 纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间 它截留有机物的分子量大约为200 400左右 截留溶解性盐的能力为20 98 之间 对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液 如氯化钠及氯化钙的脱除率为20 80 而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为90 98 纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度 脱除井水的硬度及放射性镭 部分去除溶解性盐 浓缩食品以及分离药品中的有用物质等 纳滤膜两侧运行压差一般为3 5 16bar 反渗透是最精密的膜法液体分离技术 它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物 但允许水分子透过 醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于95 反渗透复合膜脱盐率一般大于98 它们广泛用于海水及苦咸水淡化 锅炉给水 工业纯水及电子级超纯水制备 饮用纯净水生产 废水处理及特种分离等过程 在离子交换前使用反渗透可大幅度地降低操作费用和废水排放量 反渗透膜两侧的运行压差当进水为苦咸水时一般大于5bar 当进水为海水时 一般低于84bar 膜法分离过程分类 膜法分离过程分类 膜法分离过程分类 反渗透技术发展历史 1748年法国学者阿贝诺伦特 AbbleNellet 发现 水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内 首次揭示了膜分离现象 证实了这种膜的渗透过程 并创造Osmosis一词来描述半透膜的这种现象 1911年 Donnan提出膜平衡的概念 后称Donnan理论 至今仍被用于解释半透膜和离子交换膜的选择透过性 1960年洛布 Loeb 和索里拉金 Sourirajan 制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤维素膜 为反渗透分离技术奠定了基础 1970年杜邦研制出以芳香聚酰胺为膜材料的中空纤维膜组件 并获得1971年美国柯克帕特里克 Kirkpatfiek 化学工程最高奖 1980年全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世 北京时代沃顿科技有限公司主要从事反渗透膜元件的研发与应用 是国内最大的复合反渗透膜生产企业 时代沃顿的前身 汇通源泉环境科技有限公司 成立于2000年12月 是中国南车集团南方汇通的控股子公司 公司项目得到中国国家计委专项国债资金支持 属于国家级重点高科技产业化项目 2006年南方汇通 株洲电力机车研究所以及自然人股东共同出资完成了原汇通源泉公司的并购 随着公司的不断发展 为了更好地整合 优化信息资源和人力资源 2007年公司决定将战略重心转移到北京 并在北京建立了研发中心和营销中心 同年 北京时代沃顿科技有限公司完成了对贵阳时代汇通膜科技有限公司的控股收购 公司简介 北京时代沃顿科技有限公司一贯坚持追求先进的生产技术 最高的产品质量和完善的客户服务 其产品在国际 国内市场已逐步广泛使用 经过几年艰苦的不懈努力 持续不断地开发出许多新的膜处理工艺 确定了一系列膜生产标准 目前时代汇通已成为在中国国产膜制造业中产品规格及品种最多 生产规模最大的卷式反渗透膜生产厂商 成为中国膜工业界的领跑者 以优势技术引领着品牌的飞跃 公司现状 组织架构 领导关怀 李长春视察我公司 贾庆林给予了很高的评价和肯定 李岚清视察了我公司 曾培炎参观公司展台 应用领域 VONTRON反渗透膜产品线包括从海水淡化膜到家用膜的各个产品系列 广泛应用于饮用纯水 食品饮料 医疗制药 市政供水处理 工业用高纯水 锅炉补水 海水淡化 电子行业超纯水 废水处理与回用及物料浓缩提纯等多种行业 苦咸水适用低压系列 节能型超低压系列 LP ULP SW 海水淡化系列 FR 家用型膜元件 抗污染系列 Mini HOR 抗氧化膜元件 主要产品系列 服务网络 北京时代沃顿科技有限公司拥有北京 贵阳两个工厂 并在上海 广州 武汉 济南 西安 郑州 成都等城市设立了销售网点 Water MembraneChina2006 2006AM RAI VONTRON Amsterdam Holand Water MembraneChina2007 2006年7月VONTRON膜产品宜兴推广会现场 2007年3月VONTRON膜产品宜兴推广会现场 2007年3月VONTRON膜产品广州水展 2007年6月VONTRON家用膜产品慈溪推广会现场 2008年1月时代沃顿 VONTRON 客户交流会 反渗透膜组件 高分子支撑层50微米 超薄脱盐层和低污染涂层0 2 0 4微米 无纺布基层100微米 VONTRON聚酰胺复合膜 ThinFilmComposed 由4层薄膜构成总厚度约为0 15毫米 反渗透膜组件 反渗透膜组件 反渗透膜组件 典型脱除率 反渗透原理 定义为某溶液在自然渗透的过程中 浓溶液侧液面不断升高 稀溶液侧液面相应降低 直到两侧形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移 溶液两侧的液面不再变化变化 渗透过程达到平衡点 此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压 反渗透常用概念 反渗透常用概念 回收率 指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率 膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的 设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率 回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量 但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值 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 或通过纳滤膜脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数 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 流量流量是指进入膜元件的进水流率 常以每小时立方米数 m3 h 或每分钟加仑数表示 gpm 浓水流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的 进水 流量 这部分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组份 常以每小时立方米数 m3 h 或每分钟加仑数表示 gpm 通量单位膜面积上透过液的流率 通常以每小时每平方米升数 L m2h 或每天每平方英尺加仑数表示 gfd Posm 1 19 T 273 sum mi 1 其中Posm 渗透压 psi T 温度 Sum 溶液中各种元素的摩尔浓度之和渗透压可作如下估算 溶液中溶解固体含量为1000ppm时 对应的渗透压为11psi 0 76bar 反渗透常用概念 渗透压定义为某溶液在自然渗透的过程中 浓溶液侧液面不断升高 稀溶液侧液面相应降低 直到两侧形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移 溶液两侧的液面不再变化变化 渗透过程达到平衡点 此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压 渗透压与溶质浓度之间的关系为 Posm 1 19 T 273 mi 1 其中Posm 渗透压 psi T为温度 mi 是溶液中所有溶质的总摩尔浓度 TDS为1000ppm的水溶液的近似渗透压约为11psi 0 76bar 反渗透常用概念 浓差极化效应如下 膜面上的渗透压比本体溶液中高 从而降低NDP 净驱动压力 降低水通量 Qw 增加透盐量 Qs 增加难溶盐在膜面上超过其溶度积在膜面上沉淀结垢的可能性 浓差极化 系数 膜透过水并截留盐时 在膜表面附近会形成一个流速非常低的边界层 边界层中的盐浓度比本体溶液浓度高 这种盐浓度在膜面附近增加的现象叫做浓差极化 反渗透常用概念 压力的影响 影响反渗透性能的因素 水通量和脱除率是膜的本征特性 而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力 温度 回收率 进水含盐量和pH值影响 本文将对这些关键术语给出定义并扼要介绍影响反渗透和纳滤膜性能的因素 如操作压力 温度 进水含盐量 产水回收率和系统pH值 温度变高 水的粘度降低 水的扩散性增加 产水量也随着温度上升而增加 在同一压力下 温度上升一摄氏度 产水量可增大3 4 另一方面对于不同类型的膜 温度对于脱盐率率的影响的差别较大 一般来讲温度增高脱盐率降低 这是因为温度上升 盐的扩散速度就会增大的原因 温度的影响 盐浓度的影响 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 因此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量 图4表明 如果压力保持恒定 含盐量越高 通量就越低 渗透压的增加抵销了进水推动力 同时如图4所示 水通量降低 增加了透过膜的盐通量 回收率的影响 在压力一定情况下 回收率增高 膜面的浓差极化比也提高 有效压力则减小 最终产水量减小 同时脱盐率也降低 和上面提到的流量的影响相同 膜系统回收率的限制来自于两个方面 一个是存在渗透压的影响 另外一个同原水水质也密相关 回收率增高时 溶解于溶液中的盐呈过饱和状态 会有盐及其它溶质析出在膜面沉淀 结垢的可能 会对膜性能带来很大的危害 反渗透膜组件 反渗透能脱除微生物如病毒和细菌吗 反渗透 RO 非常致密 对病毒 噬菌体和细菌具有非常高的脱除率 至少在3log以上 脱除率 99 9 但是还须注意的是 在很多情况下 膜产水侧仍可能会出现微生物再次滋生 这主要取决于装配 监测和维护的方式 就是说 某一个系统的脱除微生物的能力关键取决于系统设计 操作和管理是否恰当而不是膜元件本身的性质 为什么RO产水的pH值低于进水的pH值 CO2 H2O HCO3 H 如果进水中含有CO2 则RO的产水pH值总会降低 对于大多数RO系统反渗透产水的pH值将有1 2个pH值的下降 当进水碱度和HCO3 高时 产水的pH值下降就更大 怎样知道膜是否已受到污染 以下是污染的常见症状 在标准压力下 产水量下降为了达到标准产水量 必须提高运行压力进水与浓水间的压降增加膜元件的重量增加膜脱除率明显变化 增加或降低 当元件从压力容器内取出时 将水倒在竖起的膜元件进水侧 水不能流过膜元件 仅从端面溢出 表明进水流道完全堵塞 新型抗氧化膜 HOR VONTRON全球独创技术使无菌水系统成为可能 阿米巴 鞭毛虫 草履虫 轮虫 纤毛虫 线虫 钟虫 微生物污染的特点表观SDI值 即使小于5 甚至小于3 仍无法避免微生物污染 污染速度快 增大给水压降 降低产水量 源水TOC值 即使小于2mg L 仍无法避免微生物污染 清洗困难 生物污染后形成生物膜难于酸碱处理 几乎不受水流剪切力影响 即使频繁清洗也收效甚微 反渗透系统的微生物的杀菌与消毒常用杀菌方法 过氧乙酸 双氧水 DBNPA 甲醛 二氧化氯等冲击性杀菌处理定期杀菌 下图 轻度氧化 上图 重度氧化 HOR膜元件的抗氧化性能研究A 加速氧化试验对抗氧化膜进行了加速氧化试验 测试条件为1880ppm的NaClO溶液 225psi 溶液的pH 10 结果见下面的图表 B 长期使用试验以自来水为水源 水中的余氯在0 05 0 2ppm 不经过脱氯处理 与国外某品牌反渗透膜已经进行了1年多的对比实验 实验结果如下 C 模拟对比试验在公司的水处理系统上部份使用抗氧化膜与原来膜元件作对比试验 本试验是以自来水为水源 不经过脱氯处理条件下 源水在进反渗透膜之前添加3ppm的NaClO 总共运行了330天 结果如下 D 抗碱洗性能因为用碱洗是去除胶体颗粒污染的有效手段 对抗氧化膜进行了NaOH清洗试验 清洗条件 0 15 NaOH溶液 25 每次循环清洗1 5h 测试条件 2000ppmNaCl水溶液 225psi pH7 5 回收率15 E 次氯酸钠脱除实验在LP膜组件标准测试条件 225psi测试压力 4000 s cm进水浓度 控制进水温度在25 调节回收率 使之达到15 根据选取的实验点调节进水次氯酸钠浓度 选取2521膜组件2只 在标准条件下改变进水次氯酸钠浓度值 测试膜组件性能 绘制性能变化曲线图 F 金属离子催化氧化实验4只2521抗氧化膜元件 在浓度为3000ppm Cl2 225psi 15 回收率的条件下运行10小时 分别向源水中加入0 2ppmCu2 2ppmCu2 0 2ppmNi2 2ppmNi2 测试在过渡金属离子对抗氧化膜元件的性能影响 具体结果见图 膜的耐氯性能 初始性能 脱盐率99 06 水通量 25 38GFD经过24440ppm hour 1880 13 NaClO处理 脱盐率为98 0 水通量为20 85GFD经过35720ppm hour 1880 19 NaClO处理 脱盐率为97 1 水通量为20 97GFD经过45120ppm hour 1880 24 NaClO处理 脱盐率为96 2 水通量为24 08GFD经过48880ppm hour 1880 26 NaClO处理 脱盐率为95 0 水通量为24 50GFD经过63920ppm hour 1880 34 NaClO处理 脱盐率为90 9 水通量为26 86GFD HOR膜元件在不同余氯条件下模拟运行时间0 5ppmNaClO余氯条件下24440 0 5 365 24 5 6年1ppmNaClO余氯条件下24440 1 365 24 2 8年2ppmNaClO余氯条件下24440 2 365 24 1 4年 抗氧化膜在纯净水行业的应用试验 贵州六盘水市冰雨山泉有限公司 系统产水量4吨 小時 4支8040膜元件串联 膜元件为某公司8英寸产品 从2007年3月份开始投入运行 运行三个多月后从进水及純水中发现大肠杆菌 被迫停止生产 其初始工艺流程图如下 解決方案 方案1 对原水進行