反渗透系统培训.ppt

2016年3月16日 反渗透水处理系统培训教材 培训主要内容 反渗透水处理工艺流程 加药系统知识介绍 反渗透系统系统操作步骤 多介质过滤器知识介绍 反渗透知识介绍 多介质过滤器 多介质过滤器是水处理系统的重要预处理装置 它的作用是滤除原水带来的细小颗粒 悬浮物 胶体 有机物等杂质 以及经加药后形成的矾花 从而保证其出水的浊度 1NTU 特性 能够有效地去除原水中的胶体 悬浮物及有机物等 具有独特的均匀布水方式 使过滤达到最大效果 反洗装置带空气擦洗 能力强 时间短 水耗低 采用较低的运行流速 以适应将来水质变坏的可能性 单台过滤器的运行周期较长 结构形式 设备由本体 底部配气装置 进水装置 外配管及仪表取样装置等组成 进水装置为上进水 下出水 底部出水装置为多孔板加水帽结构 设备的本体外部配管配带阀门并设有压力取样接口 便于现场安装和装置正常运行 渗透我们知道渗透是指稀溶液中的溶剂 水分子 自发地透过半透膜进入浓溶液 浓水 侧的溶剂 水分子 流动现象 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消了溶剂分子的迁移 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原理即在进水 浓溶液 侧施加操作压力以克服自然渗透压 当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时 水分广自然渗透的流动方向就会逆转 进水 浓济液 中的水分子部分通过膜成为稀济液侧的净化产水 清参见下图 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半透膜 反渗透知识介绍 渗透和反渗透原理 压力 浓溶液 稀溶液 浓溶液 稀溶液 渗透 反渗透 水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧以平衡溶液的离子强度 在平衡点 浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧间的渗透压差 施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向 因而定义为反渗透 反渗透的专业术语 膜元件 将反渗透或纳滤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等组装在一起 能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件 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 保安滤器 就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置 反渗透和纳滤过程通过该膜装置来实现 膜系统 针对特定水源条件和产水要求设计的 由预处理 加药装置 增压泵 水箱 膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统 待处理的进水经过高压泵被连续升压泵入膜装置内 在膜元件内进水被分成浓度低的或更纯的产水 称为透过液和浓度高的浓水 浓水调节阀控制成为产水和浓水的比例即装置回收率 膜的压密 即使在正常运行条件下 反渗透也会在压力的长期作用下 随着运行时间的延长孔隙率缓慢减少 水通量缓慢下降 这种现象叫膜的压密 其结果会造成产水量或系统的出力下降 压密化是膜性能的不可逆衰减 事实上 复合膜比醋酸纤维素膜更耐压密化 但是频繁的水锤作用也会引起膜的压密化 必须避免 反渗透的专业术语 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 我厂回收率保持在78 左右 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 我厂脱盐率保持在98 以上 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 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 稀溶液 净化后的水溶液 为反渗透或纳滤系统的产水 浓溶液 未透过膜的那部分溶液 如反渗透或纳滤系统的浓缩水 污堵 有机物和胶体在膜面上的沉积 结垢 部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀 例如碳酸钙 硫酸钡 硫酸钙 硫酸锶 氟化钙和磷酸钙等 朗格利尔指数 LSI 对于海水可根据斯蒂夫和大卫饱和指数 S DSI 在饱和pHs的条件下 水中CaCO3处于溶解与沉淀之间的平衡状态 浓差极化及其危害 浓差极化是指在分离过程中 料液中的溶剂在压力驱动下透过膜 溶质 离子或不同分子量的溶质 被截留 于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越搞 在浓度剃度作用下 溶质由膜面向本体溶液扩散 形成边界层 使流体阻力与局部渗透压增加 从而导致溶剂透过流量下降 当溶剂向膜面流动 对流 时引起溶质向膜面流动速度与浓度剃度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时 在膜面附近存在一个稳定的浓度剃度区 这一区域称为浓差极化边界层 这一现象称为浓差极化 浓差极化的危害一截留率下降由于膜表面处溶质浓度增高 实测的截留率会低于真实或本征截留率 当溶质为盐等低分子量物质时通常如此 RO NF 一截留率升高对于大分子溶质混合物 尤其会出现这种情况 此时浓差极化对选择性有显著影响 被完全截留的高分子量溶质会形成一种次级膜或动态膜 从而使得小分子量溶质的截留率提高 UF MF 一通量降低通量正比于推动力 其比例常数可看成是所有阻力之和的倒数 浓差极化严重时 微滤 超滤 通量衰减可能相当明显 应该指出的是 污染是导致通量衰减的主要因素 这将在后面讨论 而对于另 些几乎不发生浓差极化的过程如气体分离 随时间变化 通量基本不变 最小浓水流量 生产实际中是保持足够的浓水流量而减轻浓差极化的 该浓水流量的最低限值称最小浓水流量 温度和压力对反渗透的影响 压力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 由于RO膜对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地截留 总有一定量的透过量 随着压力的增加 因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快 这种透盐率的增加得到迅速地克服 但是 通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制 正如图1脱盐率曲线的平坦部分所示那样 超过一定的压力值 脱盐率不再增加 某些盐分还会与水分子耦合一同透过膜 温度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 这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提高而加快所致 温度越高 产水量越高 反之亦然 在较高的温度条件下运行时 应调低运行压力 使产水量保持不变 反之亦然 盐浓度和PH值对反渗透的影响 盐浓度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 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 水通量降低 增加了透过膜的盐通量 降低了脱盐率 pH值膜脱盐率特性取决于pH值 水通量也会受到影响 反渗透膜在宽广的pH范围内水通量和脱盐率相当稳定 反渗透膜在很宽的pH范围内所具有的稳定性允许我们采用更强烈 更快和更有效的化学清洗程序 回收率对反渗透的影响 通过对进水施加压力当浓溶液和稀溶液间的自然渗透流动方向被逆转时 实现反渗透过程 如果回收率增加 进水压力恒定 残留在原水中的含盐量更高 自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同 这将抵销进水压力的推动作用 减慢或停止反渗透过程 使渗透通量降低或甚至停止RO系统最大可能回收率并不一定取决于渗透压的限制 往往取决于原水中的含盐量和它们在膜面上要发生沉淀的倾向 最常见的微溶盐类是碳酸钙 硫酸钙和硅 应该采用原水化学处理方法阻止盐类因膜的浓缩过程引发的结垢 反渗透系统的常见专业名词 C0 反渗透系统进水含盐量 ppm C1 反渗透系统淡水含盐量 ppm C2 反渗透系统浓水含盐量 ppm F0 反渗透系统进水流量 m3 h F1 反渗透系统淡水流量 m3 h F2 反渗透系统浓水流量 m3 h 系统回收率 系统的产品水量占系统总进水量的比例 回收率Recovery F1 F0 100 系统透盐率 产品水的含盐量占系统给水含盐量的比例 透盐率Passage C1 C0 100 系统脱盐率 反映膜系统对盐分的脱除能力 脱盐率Rejection C0 C1 C0 100 RO C1F1 C0F0 C2F2 膜组件的解剖图 进水 浓水 产品水 进水隔网 产水隔网 反渗透工艺过程示意图 反渗透膜 给水 反渗透产品水 浓水 膜组件排列 回收率关系 回收率 回收率70 左右 第一段第二段 进水 产水 浓水 膜元件的性能参数 操作压力 由于膜元件机械强度的限制 一般规定了最高操作压力 普通膜元件的操作压力一般为4Mpa进水流量 限制最高进水流量的目的是保护压力容器始端的第一根膜元件的 进水 浓水 压力降不超过0 07Mpa 10psi 过高的进水流量可能会使膜元件中出水端凸出和隔水网变形 8寸膜通常的进水流量不超过17m3 h 浓水流量 浓水量太小 浓水侧的膜表面水流速度太慢 一方面容易形成浓差极化 另一方面水流携带盐能力下降 膜元件污染速度加剧 8寸膜通常的浓水流量不小于2 7m3 h 进水浊度 目的是防止颗粒划伤高压泵和膜 堵塞膜孔和水流通道 卷式膜的进水浊度要求是小于1NTU 进水SDI SDI称为淤塞指数 污染指数 它表示微量固体颗粒的水质指标 反渗透要求进水SDI 3 极限值是5进水余氯 限制进水余氯是为了防止膜被氧化分解 要求进水余氯为0 极限值为0 1mg l单支膜的浓水和淡水的比例 浓水流量下降 会导致浓差极化 膜污染和结垢 一般不低于5 1单支膜的压力损失 膜元件的压力损失与进水流量成正比 因此该指标实际是限制进水流量 膜元件的允许透水量 不同的水质来源允许的透水量不同 膜元件的尺寸不同允许的透水量也不同 通常8寸膜 对地表水是20 28m3 d 地下水34 40m3 d的允许透水量 8 BW30 365反渗透元件运行极限值 膜的类型 聚酰胺复合膜最高运行压力 600psi 41Bar 2MPA 最高运行温度 45 C 22 5 C 最大给水浊度 1NTU游离氯容忍量 0 1ppm连续运行pH范围 2 11 6 7 短时清洗pH范围 30分钟 1 12最大给水流量 70gpm 16m3 h 最大给水SDI SDI5 BW30 365反渗透膜注意事项 膜元件一旦浸湿 即应始终保持湿润 如果不严格遵守技术公告中的设计导则和运行极限值 有限质量保证将失效 系统启动后第1小时内的产品水应该放掉不用 在系统停机 运输 贮存期间 为了防止微生物滋长 我们建议将膜元件浸于保存液中 标准的保存液含1 5 重量 的亚硫酸氢钠 食品级 元件至少需使用6小时后方可用甲醛消毒杀菌 如果在6小时内使用甲醛 可能导致通量损失 该膜对氯 次氯酸盐 的短期攻击有一定抵抗力 但连续接触会破坏膜 故应避免 反渗透的预处理 根据进水水质的不同 应选用相应的预处理办法 使进入反渗透膜系统的水质达到进水要求 BW30膜的进水要求如下 最高运行温度 45 C最高运行压力 41Bar最大进水浊度 1NTU游离氯容忍度 0 1ppm连续运行pH 2 11短时清洗pH 1 12最大给水SDI15 5另外 还有一些推荐的要求如下 A TOC 3ppmB 油脂 0 1ppmC Fe Mn超过0 5ppm时 最好采取去除措施 D SiO2的溶解度受Fe Al的影响显著减小 设计时应加以考虑 E Sr Ba应分析到ppb级 F 抗污染膜系统控制进膜水质TOC BOD COD 10ppm 推荐的要求 并不意味着这些要求是次要的 相反地 十分重要 之所以没有将这些要求列为必要条件 是因为其对反渗透系统的影响更为复杂 很难用单一的函数或表达加以描述 预处理的方法 结垢酸化阻垢剂冷 热石灰软化树脂软化 污堵混凝沉降絮凝过滤机械过滤氧化 锰砂过滤氯化 O3氧化炭滤 有机物 氧化物 杀生剂MF UF膜滤 预处理的必要性 预处理的表征 评估 结垢性TDS 10 000ppm 可溶性固体含量LSI 0 衡量碳酸钙在水中的溶解倾向指标 TDS 10 000ppmBa鋇 0 5ppmSr锶 0 1ppmSi 60 150ppm污堵性浊度 1NTUSDI15 5Mn 0 1ppmH2S 0 1ppmTOC 10ppm 非抗污染膜 有机污染物 常见的预处理方法 非常有效 可能有效 传统的RO的预处理 反渗透运行维护 反渗透的运行虽然简单 但是并不意味着用户可以不监督系统的运行状况 根据我们的长期经验 记录完整的运行数据 以诊断系统运行后的变化情况 以便及时采取措施 是十分必要的 反渗透系统一旦出现问题 则其恶化的速度是随时间加速的 所以 及时监测到问题的出现很重要 反渗透运行中常遇到的问题概括如下 超出力运行 这是必须避免的 因为超出力的结果是 给水被过度浓缩 从而导致加药不准或不够 进一步引起结垢等问题 超出力有人为的因素 也有水温升高或低压膜的压力偏高等引起 系统产生污堵后未能及时清洗 或清洗不彻底 停电后产生背压破坏 停运后 膜失水干透 被氧化剂破坏 结垢 其他 这些现象直接影响的参数有系统脱盐率 系统产水量 系统压差 给水压力等 如何减少故障和降低反渗透清洗频率 1 在取得水质全分析的基础上设计反渗透系统2 在进行设计前确定RO进水的SDI值3 如果进水水质变化 需要作出相应的设计调整4 必须保证足够的预处理 5 选择正确的膜元件6 选择比较保守的水通量7 选择合理的水回收率8 设计足够的横向流速及浓水流速9 对运行数据进行标准化 污堵症状 与参考状态相比 进水压力增加 保持进水流量和产水流量 回收率 不变 产水流量下降 保持进水压力和进水流量不变 段间压差增加 一段或二段 脱盐率降低参考状态 在开始正常运行后24到48小时建立的初始状态 颗粒污染 症状 主要集中在反渗透设备一段 进水压力增加 压差增加 膜元件前端污染 原因 保安过滤器失效 材质 不锈钢的型号和钢板厚度 结构 在最高运行压力下的强度稳定性 滤芯 孔径 5微米 和强度 安装 严密性 膜管尾端 膜管前端 生物污染 症状 产水量下降 进水压力和流量不变时 膜元件表面有生物粘泥 手感滑腻并有鱼腥味儿 脱盐率 可能会上升 原因 原水 有机物含量高 细菌 藻类较多 前处理 杀菌不足 阻垢剂加药罐 药液存放时间过长 胶体污染 症状 产水量下降 进水压力和流量不变时 脱盐率下降 一段膜元件前端污染 原因 有机物 硅胶体 铁胶体 铝胶体 反渗透故障处理 压降高 透盐率高 脱盐率低 产水量低 操作压力高 产水量高 进水压力降低 透盐率低 杀菌剂加药 超滤膜因为采用的是全量过滤 所以膜很容易被水基的微生物污染 最终将导致膜表面的污堵并降低膜的性能 微生物薄膜可不可逆地损坏膜 因为它会导致膜聚合物的降解 附着在膜表面的微生物也会成为垢和其它沉积物的晶核生长点 为了保证最高的膜效率 定期地清除生物膜是必要的 我厂生水箱来水为深井水 前期要经过加氯杀菌 剩余的污染物光靠加氯已经无法去除 因此要求杀菌剂要既能杀菌也能杀藻 杀菌剂是以NaClO为主要成份 同时添加了粘膜抑制剂和胶泥软化剂 对清除菌泥 胶体污染物有非常好的效果 杀菌添加剂的作用是溶解和破坏微生物体表面的脂肪壁和体内的酶 盐酸加药 盐酸加药主要用于清除超滤系统金属氧化物等杂质的污染 另外一个作用是强化杀菌剂的杀菌作用 次氯酸钠的杀菌主要是通过透过微生物的细胞壁迅速与原生质化合 与细胞的蛋白质作用生成稳定的N CI键 引起细胞内部严重损伤 次氯酸的杀菌能力比次氯酸根要强得多 因此降低PH值 次氯酸含量增加 杀菌能力增强 所以次氯酸可以跟盐酸一起使用 效果会更好 还原剂加药 所有的超薄聚酰胺复合膜 活性氯均会氧化膜表面 引起膜元件对盐份的脱除能力的下降 微量的金属会加速这一氧化过程 因此 应对RO进水进行脱氯处理还原剂加药推荐采用SMBS NaHSO3 理论上1 46mg可以还原1 0mg余氯 以Cl2计 但在工程实践中 通常还原1 0mg余氯需要加入3 0mgSMBS 保证脱除效率 SBS固体在阴冷干燥的环境下可以保存较长的时间 但在水溶液中 会随时与空气中的氧反应 不同浓度的SMBS的保存期也不相同 2 的SBS溶液的最长有效期为3天 10 的为1周 20 的为1个月加了SMBS之后 水仍有可能呈现氧化性 而且Fe Cu等金属离子会强化这种倾向 NaCl NaHCO3和铜的协同作用能促进这种氧化能力 所以反渗透进水需要采用氧化 还氧电势 ORP 进行监测 阻垢剂加药 反渗透系统随着淡水的不断渗透 其进水侧的盐分将不断被浓缩 当难溶盐浓缩超过其溶解度极限时 就会在反渗透膜表面发生结垢 如果反渗透系统回收率为75 时 其浓水的含盐量就会增加到进水的4倍 回收率越高 产生结垢的风险性就越大 为了防止难溶盐在反渗透膜表面的结垢 在反渗透系统中 可以通过投加阻垢剂来有效的防止膜元件结垢 目前很少的几种阻垢剂能够同时具有阻垢和分散功能 本次采用的阻垢剂JDYRO1350可以同时具有这两种特性 1分散性 使铁 铝 硅胶体在水中保持悬浮 2阻垢性 控制碳酸钙 硫酸钙等在膜表面的沉积 低压冲洗时不允许加阻垢剂 阻垢机理 溶液 过饱和溶液 晶核形成 晶核成长 大晶体混合 悬浮固体 阈值效应 晶核增长阻断晶格扭曲微晶增溶 反渗透开机检查步骤 反渗透设备完好备用超滤水箱液位高于1 2中间水箱液位高于1 3在线仪表处于完好备用状态加药设备完好 加药箱液位高于2 3系统管线上除RO给水泵出口门和排污阀关闭 其余各阀门开关灵活且处于打开状态RO供水泵 高压泵处于良好备用状态保安过滤器处于备用状态检查总电源 将主控盘上总电源及仪表电源合上 主控盘上RO供水泵和高压泵开关置于停止位置 反渗透开机步骤 启动还原剂加药泵 调整流量启动RO给水泵缓慢打开RO给水泵出口手动碟阀在保安过滤器排气口有水排出后关闭排气阀用给水低压冲洗20分钟 启动阻垢剂加药泵 调整流量关闭电动慢开门启动高压泵3秒钟后 启动电动慢开门关闭浓水排放门 手动调节高压泵出口手动球阀和浓水排放手动球阀的开度 使进水流量 浓水流量 淡水流量达到设计额定流量 检测各段间压差大小 正常在0 1 0 2Mpa左右淡水排污5分钟 或者检测淡水电导合格后关闭淡水排放门开始制水 做好反渗透运行记录 反渗透停运条件 超滤水箱液位低 液位反馈控制泵 中间水箱液位高 液位反馈控制泵 RO供水泵或者高压泵故障需要停运 保安过滤器压差升高超过15 滤芯需要更换反渗透装置故障需要停运 反渗透进出水压差控制达到清洗压差 压差升高15 以上 差压反馈控制 指令停运 如检修停运 清洗停运 反渗透停运步骤 打开淡水排放门打开浓水排放门关闭高压泵出口电动慢开门当压力降到0 5Mpa时停运高压泵缓慢关闭RO供水泵出口阀门停运RO给水泵 关闭阻垢剂加药泵和加药出口阀门关闭还原剂加药泵和加药出口阀门打开RO冲洗气动碟阀关闭RO冲洗水泵出口阀门打开RO冲洗水泵缓慢打开RO冲洗水泵出口阀门低压冲洗反渗透系统20分钟缓慢关闭RO冲洗水泵出口阀门关闭RO冲洗水泵关闭RO冲洗气动碟阀关闭RO浓水排放阀关闭RO淡水排放阀 反渗透日常维护 停运维护 低压冲洗在每次停机时候需要进行 在系统停运4 30天的短期维护中也多采用低压冲洗对反渗透进行维护 打开淡水排放门打开浓水排放门关闭高压泵出口电动慢开门打开RO冲洗气动碟阀关闭RO冲洗水泵出口阀门打开RO冲洗水泵缓慢打开RO冲洗水泵出口阀门低压冲洗反渗透系统20分钟缓慢关闭RO冲洗水泵出口阀门关闭RO冲洗水泵关闭RO冲洗气动碟阀关闭RO浓水排放阀关闭RO淡水排放阀 反渗透长期维护 如果系统停运1 3月 反渗透的维护多采用杀菌剂对反渗透进行保护 视情况是否需要先对系统进行一次化学清洗 对膜先进行低压冲洗在清洗箱配制杀菌剂溶液 杀菌剂可以选择0 1 1 的甲醛 或者用1 的亚硫酸钠 用该杀菌剂冲洗反渗透系统待杀菌剂充满反渗透系统后 关闭所有相关阀门 使杀菌剂保留在系统中 如果温度高于27 每隔15天更换一次保护液 温度低于27 每隔30天更换一次保护液 系统再次投运前需要低压冲洗系统至少一小时 高压泵启动后 淡水排污在5 10分钟左右 确保淡水中无保护液 反渗透清洗与消毒 反渗透系统的清洗与消毒是非常常见的维护 应该说 对反渗透系统的及时有效的清洗或消毒 是延长反渗透系统寿命的重要措施 污堵物成分越单一 清洗或消毒效果越好 对反渗透系统进行清洗有如下前提条件 只要