反渗透膜技术ppt课件

.,1,饮用水水质以及反渗透膜净水器,同济大学环境科学与工程学院董秉直,2015年9月,反渗透净水器讲座,.,2,.,3,.,4,水中的各种杂质尺寸与膜的关系,.,5,MF/UF膜元件脱除颗粒/胶体MF/UF膜元件不能脱除溶解性离子,RO膜元件脱除一价离子脱除率:99%二价离子脱除率:99.8%完全脱除高分子物质、颗粒、胶体等,膜截留各种杂质的效果,.,6,溶解物质形成渗透压浓度渗透压(mg/L)(bar)NaCl2,0001.6NaHCO32,0001.2MgSO42,0000.7葡萄糖10,0001.3海水35,00026.2,典型含盐溶液渗透压,渗透压,离子越小，则渗透压越大。,.,7,半透膜水:能透过盐:不能透过,反渗透,渗透是自发现象，水可透过半透膜向浓溶液，使右边的液面上升，它们的液面差即为渗透压。,.,8,用一种已知分子量的物质（通常是蛋白质类的高分子物质，如聚乙二醇）来测定超滤膜的孔径，当90%的测定物质被膜所截留，则该物质的分子量为膜的截留分子量。截留分子量的单位是道尔顿（Daltons,1Da=1.6510-24g）。,截留分子量表征膜孔径,.,9,反渗透：截留分子量在100-200Da；操作压力在1-10MPa；纳滤（Nanofiltration,NF）：截留分子量在200-2000Da，操作压力在0.3-1MPa；超滤（Ultrafiltration,UF）：孔径大小在0.01-0.1m，操作压力在0.02-0.2MPa；微滤（Microfiltration,MF）：孔径大小在0.1-10m，操作压力在0.02-0.2MPa。,按照截留分子量分类,.,10,表征膜表面的亲疏水性接触角,接触角是表征膜的亲水或疏水的重要参数。接触角越小，膜越表现出亲水，而接触角越大，膜表面越疏水。,.,11,主要有机膜材质,.,12,恒流过滤和恒压过滤,恒流过滤：过滤过程保持通量不变，由于膜阻力的增加，驱动压力需相应增加，以克服阻力，保持通量的稳定，导致膜压差的持续增加。,恒压过滤：过滤过程保持压力不变，由于膜阻力的增加，导致通量的持续下降。该过滤模式仅用于试验研究。,膜水厂采用恒流过滤运行模式，家用净水器采用恒压过滤运行模式。,.,13,终端过滤和错流过滤,反渗透和纳滤家用净水器采用错流过滤运行模式，而活性炭微滤或超滤家用净水器采用终端过滤运行模式。,.,14,反渗透将小分子物质以及离子截留，它们聚集在膜表面，产生渗透压。如果采用终端过滤运行模式，越来越多的离子产生很高的渗透压，使运行无法运行。,反渗透运行模式,采用错流运行模式，将累积在膜表面的离子等带走，降低渗透压。,.,15,膜组件,板框式,管式,中空纤维,卷式,.,16,膜结构,膜在结构上分为致密层和支撑层。致密层位于膜的顶层，主要起到分离作用，也称为“皮层”；支撑层只起机械支撑作用，而没有分离作用。膜的过滤阻力与膜的厚度成反比关系。因此，为了具有更好的分离功能以及较大的通量，膜应具有不对称的结构。,.,17,装有膜元件的压力容器的组合俗称排列。段指的是浓水经过了几次压力容器过滤，级指的是产水经过了多少次过滤分离。,反渗透系统的级与段,.,18,反渗透系统,.,19,饮用水存在的最主要的问题是有机污染，有机物对健康带来的威胁是所谓的“三致”作用，致畸，致癌，致突变。降低水中的有机物是饮用水处理的最主要任务，也是家用净水器的任务。,.,20,饮用水,藻类，藻毒素,消毒副产物,生物稳定性,致病微生物,嗅味有机物和抗生素，内分泌干扰物,饮用水的安全受到严重的威胁,.,21,高锰酸盐指数（CODMn）,以高锰酸钾为氧化剂，处理水样所消耗的量，部分还原性无机物和有机物均可消耗高锰酸钾。因此，CODMn只能反映部分有机物。（3mg/L）总有机炭（Totalorganiccompound,TOC），通过高温燃烧，将全部的有机物燃烧成二氧化碳，然后测定其数值，最准确反映了有机物的总量。紫外254nm的吸收值（UV254），在紫外254nm处吸收的有机物，反映疏水性有机物。,有机物的表征,水中有数百甚至数千种有机物，无法也没必要将这些有机物全部测定，通常的表征是测定有机物的总量。,.,22,二次污染,自来水中的某些有机物会支持微生物或细菌的繁殖，提供它们生长的营养，这些微生物会在管壁形成生物膜，导致管道的腐蚀，从而使水质恶化，这种现象称为“二次污染”。,.,23,二次污染是导致居民水龙头水质变差的主要原因，它发生在城市管网和小区，但现在小区的问题似乎更大。自来水公司一般不管理小区的饮用水，而是由物业公司管理。,二次污染,.,24,自来水超标的指标主要是有机物，浊度，铁和锰，这是二次污染所造成的特点。,自来水水质,.,25,二次污染：虽然出厂水的水质达标，但经过城市管网到达水龙头时，水质会恶化，这是由于二次污染造成的生物稳定性：二次污染的产生与生物稳定性有关。生物稳定性表达水中的有机物是否支持细菌生长。如果生物不稳定，则支持细菌在水中生长，在管壁上形成生物膜，造成腐蚀，水中的铁锰，浊度等均会上升，水质恶化。可同化有机碳：判断水是否生物稳定，通过测定可同化有机碳（assimilableorganiccarbon,AOC）。这类有机物最容易为细菌和微生物所利用，并提供细胞生长所需的营养。目前认为AOC90%）是小分子，活性炭等无法有效去除，只能依靠反渗透或纳滤。,自来水工艺处理过程的有机物分子量变化,.,49,纳滤膜去除天然水的有机物可达到很高的效果，高达80-90%，这是任何处理技术都无法企及的。,纳滤膜去除天然水的有机物能达到如此优异效果，主要是它能很好的去除小分子有机物。,纳滤膜去除有机物,.,50,纳滤膜还能有效去除天然水中的各种抗生素。,纳滤膜去除抗生素,.,51,.,52,净水器的种类,反渗透型净水器出水水质好，但反渗透会将对人体有益的矿物质也去除。活性炭超滤型净水器可去除部分有机物，水质不如反渗透型，但水中的矿物质基本保留下来。,.,53,预过滤：采用微滤（滤芯），孔径1m-10m。主要去除浊度，防止浊度包裹在活性炭表面，影响吸附。预过滤去除浊度的效果在10-80%，变化很大。预过滤对铁有很好的去除效果，在80%。对色度和有机物的去除低于10%。活性炭吸附：采用颗粒活性炭，去除有机物和余氯。避免反渗透受到氧化和污染。反渗透或纳滤：去除有机物。,净水器的组成以及作用,净水器由若干部分组成，每个部分的作用各不相同，并具有协同效果，如同净水系统。,.,54,S公司NF净水器处理效果,PP+GAC处理TOC和COD很快就失去作用，对UV254还保持一定的去除效果。纳滤膜显示出优异的有机物去除效果，出水的TOC和CODMn均低于1mg/L。,.,55,S公司NF净水器处理效果,PP+GAC处理色度和浊度有一定的效果，纳滤膜处理效果好。对于TDS，原水平均566mg/L,出水的为194mg/L，纳滤膜去除率为65.7%。,.,56,F公司RO净水器处理效果,PP+GAC处理TOC和COD很快就失去作用，对UV254还保持一定的去除效果。反渗透膜显示出优异的有机物去除效果，出水的TOC和CODMn均低于1mg/L。,.,57,F公司RO净水器处理效果,PP+GAC处理色度和浊度有一定的效果，反渗透膜处理效果好。对于TDS，原水平均567mg/L,出水的为19mg/L，反渗透膜去除率为96.6%。,.,58,D公司NF净水器处理效果,PP+GAC处理TOC和COD很快就失去作用，对UV254还保持一定的去除效果。纳滤膜显示出优异的有机物去除效果，出水的TOC和CODMn均低于1mg/L。,.,59,D公司NF净水器处理效果,PP+GAC处理色度和浊度有一定的效果，纳滤膜处理效果好。对于TDS，原水平均566mg/L,出水的为248mg/L，纳滤膜去除率为56%。,.,60,S公司NF净水器去除铁锰铝的效果,PP+GAC可有效去除铁，但除锰的效果很差。经纳滤膜后，铁锰的含量很低。,.,61,F公司RO净水器去除铁锰铝的效果,.,62,D公司NF净水器去除铁锰铝的效果,PP+GAC可有效去除铁，但除锰的效果很差。经纳滤膜后，铁锰的含量很低。,.,63,PP+GAC除铁的效果为60-90%，除锰的效果5-75%，除铝的效果50-60%。,.,64,RO去除率为74%，略优于NF的70%；RO出水的COD为0.6mg/L，略低于NF的0.8mg/L，均满足水质要求。PP+GAC去除有机物的效果很差，在10-15%。活性炭达不到生活饮用水水质卫生规范2001要求的大于25%。,.,65,自来水的氯含量为1.5mg/L，PP+GAC对氯有很好的效果，不同的净水器的效果各不相同，最低的仅为0.14mg/L，最高的为0.69mg/L。,去除氯的效果,.,66,活性炭脱氯不存在吸附饱和，仅仅是损失了活性炭，因而可以运行很长一段时间而仍然保持良好的脱氯效果。但是，活性炭吸附有机物很快就发生效果下降的现象，一个很主要的原因是炭与水的接触时间太短的缘故。活性炭提高吸附有机物效果的工艺措施是保证一定的空塔接触时间，一般水厂的空塔接触时间至少在10min以上，而家用净水器的仅为数秒，所以靠活性炭去除有机物的效果很差。因此，家用净水器的活性炭主要功能不是去除有机物，而是脱氯。,活性炭的脱氯,.,67,PP+GAC去除浊度，铁铝有很好的效果，但对锰的去除效果较差；PP+GAC去除有机物的效果较差，但可有效脱氯，避免后续的反渗透膜的氧化；反渗透膜和纳滤膜均具有优异的有机物去除效果，处理水的TOC和CODMn均可保持在1mg/L以下；反渗透处理水的TOC和CODMn略优于纳滤膜，但TDS很低，而纳滤处理水的TDS能保持一定含量。,.,68,回收率的影响,在恒定的压力下，纳滤膜的通量远高于反渗透膜。回收率90%的通量下降明显大于50%。纳滤膜在回收率90%的通量下降迅速，而反渗透的通量下降缓慢。无论是反渗透还是纳滤，回收率50%的通量下降均缓慢。,.,69,回收率对去除色度的影响,回收率50%对反渗透去除色度没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%，浓水的色度略有下降，但透过水的与回收率50%的基本一致。,回收率50%对纳滤去除色度没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%时的浓水色度剧烈下降，而透过水的色度明显上升。,.,70,回收率对去除UV254的影响,回收率50%对反渗透去除UV254没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%，浓水的UV254略有下降，但透过水的与回收率50%的基本一致。,回收率50%对纳滤去除UV254没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%时的浓水UV254剧烈下降，而透过水的UV254明显上升。,.,71,回收率对去除CODMn的影响,回收率50%对反渗透去除CODMn没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%，浓水的CODMn略有下降，但透过水的与回收率50%的基本一致。,回收率50%对纳滤去除CODMn没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%时的浓水CODMn剧烈下降，而透过水的CODMn明显上升。,.,72,回收率对去除TDS的影响,回收率50%对反渗透去除TDS没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%，浓水的TDS略有下降，但透过水的与回收率50%的基本一致。,回收率50%对纳滤去除TDS没有影响，浓水和出水的色度保持稳定。回收率90%时的浓水TDS剧烈下降，而透过水的TDS明显上升。回收率50%透过水的TDS低于90%。,.,73,回收率增大导致浓水的流量减少，膜表面的切向流速变小，使越多杂质和离子积累在膜表面，导致渗透压增加，使透过水的通量减小。同时，进水侧的杂质和离子浓度的增加，导致溶质通量的增加，使出水的各种杂质浓度增加。,.,74,污染指数（FoulingIndex，FI值）,测定一定压力和时间内，一定体积的水样通过微孔过滤器的阻塞率，反映水中胶体和悬浮物等微粒的多少。,t0：在0.21MPa的压力下，通水500mL所需的时间；t15：继续过滤15min后，通水500mL所需的时间。,FI值的范围