反渗透基础知识.ppt

反渗透膜元件知识介绍,2、渗透压：,式中,1、反渗透脱盐的机理：毛细孔流理论认为水分子在膜表面形成纯水层，而膜上存在非常细小的孔，纯水可以通过这些孔透过膜而溶解扩散理论认为水分子可以通过膜中的分子节点扩散到另一侧。,3、产水量：,Kw和A两个常数是与膜和温度相关的常数,膜的水通量与总驱动压力差成正比,4、盐在膜中的透过量：,膜的透盐量与膜两侧的浓度差成正比，与操作压力无关,5、透过液的盐浓度：反渗透膜的盐量和水量的比,6、透盐率：通常反渗透膜不会百分之百的截留水中的溶解性物质，因此各种盐分均具有一定的透过率,7、脱盐率：,8、回收率：,9、浓差极化：当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。,浓差极化效应如下：l膜表面上的渗透压比本体溶液中高，从而降低NDP；l降低水通量（Qw）；l增加透盐量（Qs）；l增加难溶盐的浓度，超过其溶度积并结垢。l胶体物质的扩散速度较盐分小数百至数千倍，因此加剧膜元件的胶体污染,浓差极化因子：膜表面盐浓度（Cs）与本体溶液盐浓度（Cb）的比值,通常产水通量的增加会增加边界层的盐浓度，从而增加Cs；而给水流量的增加会增大膜表面流速，削减边界层的厚度。因此值与产水流量（Qp）成正比，与平均进水流量（Qfavg）成反比,Kp比例常数，其值取决于反渗透系统的构成方式。平均进水流量采用进水量和浓缩液流量的算术平均值，值可以进一步表达为膜元件透过液回收率的函数,一级RO系统因子极限值为1.20二级RO系统因子最大可容忍到1.70,10、错流过滤与全量过滤,二、影响膜性能的主要参数,1、操作压力的影响：水通量的增加与压力成正比。脱盐率同样和压力成正比，但是不同用途膜元件的脱盐率随压力的变化趋势是不同的。原则上说，膜元件的分离层越致密，脱盐率随操作压力的正比变化越不显著，这时脱盐率基本保持一个定值（例如：海水化反渗透膜元件SWC系列），当膜元件的分离层比较疏松时，操作压力对于脱盐率的影响较大（例如：超低压大通量反渗透膜元件ESPA系列）。,2、给水流量的影响：给水流量对产水量和脱盐率同样存在影响，只是这种影响比较缓和，并不剧烈。随着给水流量的增加，膜表面的流速也增大了，这使得压力随之上升，同时由于流速的升高减少了膜表面的浓差极化，从而提高了脱盐率。,（回收率：15%；给水含盐量：1500mg/LNaCl；温度：25；pH=6.57.0）图操作压力对产水量和脱盐率的影响,（操作压力：1.55MPa；给水含盐量：1500mg/LNaCl；温度：25；pH=6.57.0）图2.2给水流量对产水量和脱盐率的影响,3、给水含盐量的影响：在一定的压力下，当给水中的含盐量增高时产水量就会减少。这是因为给水的渗透压变高，有效压力随之降低的缘故。脱盐率受含盐量影响也非常大，对除海水淡化膜以外的反渗透膜来说，通常当含盐量增高时脱盐率会下降。当进水含盐量在非常的一个范围时，随着含盐量的增加，脱盐率会稍许增加。海水淡化反渗透膜元件不同，由于海水淡化反渗透膜更加致密，在给水含盐量高时，脱盐率会下降得非常缓慢。,4、温度的影响温度对脱盐率和产水量的影响非常大。对全部类型的反渗透膜元件来说，当温度升高时，由于水的粘度降低，产水量也随之增加。通常在相同的压力下，温度每上升或下降1，产水量可增大或降低34%。另一方面温度对于脱盐率的影响根据膜材质的不同而表现的大相径庭。一般来讲温度增高脱盐率降低。这是由于当温度上升时，盐的扩散速度就会增大。,（操作压力：1.55MPa；回收率：15%；温度：25；pH=6.57.0）图给水含盐量对产水量和脱盐率的影响,（操作压力：1.55MPa；回收率：15%；给水含盐量：1500mg/LNaCl；pH=6.57.0）图给水温度对产水量和脱盐率的影响,随着操作压力的升高，产水量和脱盐率均上升。在测试范围内，产水量与操作压力成线性关系，而脱盐率随着压力的不断升高，逐渐趋近一个定值；在测试范围内，随着给水流量的增加，产水量和脱盐率逐渐上升，并且均趋近于一个定值；随着给水含盐量的升高，产水量不断下降，而在测试范围内，脱盐率先是逐渐升高，但经过一个峰值后，则显著下降；在测试范围内，随着给水温度的升高，产水量升高，而脱盐率下降，均呈线性关系,5、回收率的影响：回收率是指产水量和进水流量的比值。在压力一定时，回收率提高，膜表面的浓差极化现象也更加严重，有效压力则相对减小，这导致产水量下降，脱盐率降低。反渗透系统在设计和调试时，选择回收率的确定与原水水质密切相关。回收率增高，溶解于溶液中的盐会更加接近饱和状态，有可能析出后在膜表面沉淀并结垢，会对膜性能带来很大的危害。：,6、pH值的影响：pH值对纳滤和反渗透膜元件的影响有两个方面：正常运行时对脱盐率的影响；清洗时不同pH值的清洗效果以及清洗时pH值的范围。,对第一点来说，正常运行时的pH值应该接近中性，即pH值7左右。这是由两个因素决定的：,反渗透膜在pH值7.57.8时脱盐率最高：碳酸盐体系的平衡关系：,当pH值小于8时，水中的CO32-和HCO3-开始部分转化为CO2；当pH值小于4时，水中全部CO32-和HCO3-都转化为CO2。,图浓缩倍数与回收率关系,图反渗透膜元件串连长度与回收率的关系,图透盐率随pH值的变化曲线,CO2,HCO3-,CO32-,图水溶液中的碳酸盐体系的平衡关系,7、膜表面电荷与给水pH的影响,RO膜表面电荷(mV),PH,8、进水隔网厚度的影响：优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗周期短，易于清洗干净缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的切向流速来保证紊流和降低边界层效应；以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。,三、反渗透系统设计,1、美国海德能公司产品简介,2、膜元件选择方法及依据,3、水化学及水质分析,3.1下表列出了全部的水质分析指标，在设计反渗透系统前应该取得这些数据，这样可以使得系统设计更加合理、准确。,3.1.1水温：温度升高，水的粘度（粘性系数）则降低。在相同操作压力的下，水温每相差1，产水量就会有3%左右的波动在处理硅和难溶解硫酸盐含量较高的水体时，由于温度降低可以导致这些无机物的溶解度降低,3.1.2电导率:水的导电性（S；西门子）可以用电极间阻抗（m）的倒数来表示。通常选取25下，单位长度的电导率数值表征溶液的导电性（s/cm）,3.1.3悬浮物:悬浮物含量高会导致反渗透和纳滤系统很快发生严重的堵塞，影响系统的产水量和产水水质3.1.4离子成分:硬度:把钙、镁离子的合计量换算成与之对应的碳酸钙来表示的量叫做硬度碱度:碱度就是中和溶解在水中的OH-、CO32-和HCO3-所需要的酸的量金属成分:铁、锰、铜和镍等金属物质在水中的含量虽然很少，但是作为可能导致氧化反应进而造成膜性能劣化的触媒,因此铁、锰等具有催化氧化的金属物质必须在预处理过程中尽量去除。三价铁（Fe3+）的浓度不高于20g/L，在特殊的场合也应尽量避免超过0.1mg/L钡和锶：水中的钡和锶同钙一样，也属于易结垢物质，会和硫酸根离子生产及其难溶的BaSO4和SrSO4硬垢。硅：硅的分析可以根据钼蓝法用比色确定，也可以用ICP或者原子分光光度法进行分析；溶于水的硅被浓缩并超过其溶解度后会析出形成硅垢。硅的溶解度随水温降低而降低，溶解度也降低。,3.1.5水的种类:膜法水处理的给水千差万别，正确理解不同水源的水质特点就显得尤为重要地表水:河川水、湖泊水和水库水地下水（包括自来水）市政污水和工业废水海水,4、设计导则,平均水通量浓差极化因子、水通量的年衰减率、透盐率的年增加率每支膜壳最大进水量每支膜壳最少浓水量每支膜元件最大压力损失投加阻垢剂后，浓水侧各种难溶盐的饱和度限制,5、解决产水量不平衡的方法,5.1产水量不平衡的由来,5.2解决产水量不平衡的常用方法,产水背压:在第一段产水管路上加装节流阀,减少第一段膜元件上的净驱动力,降低产水量二段增压:在第二段进水管路上设置增压泵,提高第二段的进水压力,从而增加第二段的产水通量RO系统前后两段采用不同类型的膜元件:第一段采用特性水通量低的膜元件,第二段采用特性水通量高的膜元件,TWOSTAGESYSTEM,PERMEATETHROTTLING(1STSTAGE).1234567Flowm3/hr24.024.011.16.012.95.118.0Pressurebar0.017.215.413.54.00.00.0,一段产水背压,第一段,第二段,一段产水管路阀门,采用一段产水加背压改善RO系统水通量平衡(ESPA2膜系统,一段背压5.0bar),第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),第二段,第一段,INTERSTAGEBOOSTERPUMP.12345678Flowm3/hr24.024.011.111.16.012.95.118.0Pressurebar0.013.211.415.413.50.00.00.0,增压泵,4bar,第二段加增压泵,第一段,第二段,采用二段增压改善RO系统水通量平衡(ESPA2膜系统,二段增压4.0bar),第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),TWOSTAGESYSTEM.1234567Flowm3/hr24.024.010.46.013.64.418.0Pressurebar0.016.414.612.80.00.00.0,CPA3,ESPA2,RO系统前后两段采用不同类型的膜元件,第一段,第二段,RO前后两段采用不同类型的膜元件改善RO系统水通量平衡(第一段CPA3,第二段ESPA2),第一段,第二段,沿水流方向的膜元件位置,压力(bar),水通量(gfd),四、反渗透和钠滤系统的预处理,针对预处理系统的目的，可以将预处理分为：防止结垢、防止胶体污染、防止微生物污染、防止有机物污染和防止膜劣化等几个方面,表反渗透进水的水质允许值检查表,五、反渗透系统安装和运行,5.1反渗透系统的安装确认预处理、RO系统管路完整，并已经过冲洗；检查膜壳内的洁净程度，不得存有异物；检查膜元件的浓水密封，并加甘油润滑；由给水端向浓水端插入1只膜元件的2/3；记录元件编号，膜壳在系统的位置，膜在膜壳的位置；检查产水连接件的O型密封，并加甘油润滑；将产水连接件的一端插入产品水管内；在膜壳外将产水连接件另一端插入另1只膜元件产水管；将膜元件向浓水方向推入膜壳内；全部膜元件装入膜壳后，需测量膜元件两侧与膜壳端板之间是否存在间隙，防止膜元件运行时在膜壳内来回撞击；禁止使用凡士林、有机溶剂或阳离子表面活性剂；,5.2系统初次启动,确认预处理水质符合设计导则要求，按设计方案添加化学药剂，自控、仪表、管路系统均满足运行条件；在低压力、小流量状态下排除系统内的空气，防止水锤；启动给水泵，在低于给水压力50%的压力下冲洗，直至排水中不再含有保护液（可能需要1小时或更长时间）；缓慢增加给水压力并调节浓水阀，至回收率符合设计值；系统达到设计条件后，核查浓水的LSI；系统稳定运行0.5-1h后，记录全部运行参数作为初始值；,5.3系统停机与再运行短期停机首先使用RO产品水低压冲洗，每3-5天冲洗一次，再启动时需先进行低压冲洗；长期停机前应进行彻底的化学清洗，再将保护液打入系统内并封闭系统，27以下每30天冲洗一次并更换保护液，27以上每15天1次，再启动时需先进行低压冲洗；杀菌液可使用：1%甲醛溶液、20PPm的异噻唑啉或1%的亚硫酸氢钠溶液，以上杀菌液需采用RO产水配置；再次启动系统时，排尽系统内气体，在低于正常给水压力50%的进行低压冲洗。,5.4系统冲洗系统停机时膜浓水侧长时间聚集着大量浓水，停机前使用RO产水冲洗系统能有效防止结垢产生；系统长期运行时，最末端膜元件的浓水侧长期在高浓度的状态下运行，每2h运行使用RO产品水冲洗2-5min或直接打开浓水限流阀，能有效延缓结垢的产生，RO产水的溶解能力更强，效果更好。在冲洗步骤中，要注意以下的运行条件：压力：0.3MPa；单支压力容器的浓水排放量：8英寸（8040）膜元件：7.212m3/h4英寸（4040）膜元件：1.82.5m3/h,5.5系统生物活性控制定期大剂量(500PPm)冲击式投加杀菌剂，更经济有效；不定期的更换杀菌剂的品种，防止生物形成抗药性；如使用氧化性的杀菌剂，需在RO系统前进行还原；活性碳作为多为孔性物质吸附大量有机物营养源，其多孔结构也有利于细菌的滋生，因此活性碳产水中的微生物活性较难控制；微生物的繁殖生长也会堵塞保安过滤设备；,5.6数据检测5.6.1反渗透膜运行数据管理的重要性为了使膜性能最大程度地得到发挥，并保持长期稳定运行，关键在于保持其适当的运行条件，及时记录每天的运行数据。及时确认并坚持正确的运行管理能够延长膜元件的使用寿命5.6.2需要测定的运行数据,5.6.3ROdata,六、系统故障,6.1故障现象、原因以及解决方法,6.2系统故障查询关注细节“望”通过眼睛观察现场的蛛丝马迹；流量计、管道内壁、膜端面(前后端)、膜给水通道。“闻”使用嗅觉发现系统潜在问题；Cl2、Fe3+、生物污染均存在不同气味。“问”细致询问运行过程细节、突发事件、化学清洗；绘制系统趋势分析图、对故障发生趋势全面分析。“拆”拆卸膜元件(前端和末端)；称重、端面观察、膜内外壁状态、定性分析。,通过探针法了解系统内每只膜的产水状况；通过挂片实验来获取系统潜在的污染物；通过旁路平膜测试器，获取更详细膜污染状况；对获取的污染物进行理化分析(电镜图片、元素分析)；实验(气味、气泡、溶解性、溶解残留物、灼烧减量)；使用各种药剂，观察药剂对污染物去除效果；通过以上分析，可以对系统污染物作定量判断，为系统清洗方案制定、药剂选择、清洗参数选择提供依据。,6.3系统故障判断补充,七、系统的化学清洗7.1化学清洗的目的发生以下情况时，冲洗已经不能使反渗透膜的性能恢复，这时就需要进行化学清洗。标准化条件下的产水量下降1015%；进水和浓水之间的系统压差升高到初始值的1.5倍；产水水质明显下降。,7.2化学清洗的频度,7.3清洗药剂的选择,7.4污染物的种类及其影响,7.5污染物剥离与划伤,严重结垢的膜元件在化学清洗时存在块状剥离现象；垢块从膜表面剥离时可能会损伤膜元件的分离层；从膜表面剥离的垢块流经膜表面时会造成分离层划伤；严重结垢的膜元件采用低PH值运行更为适合。严重结垢造成浓水断流，而致使浓缩倍数倍增，此时形成硫酸钙在酸性条件下不能溶解，碱性分散剂更合适；及时发现结垢并采取适当措施是解决系统结垢性问题的最有效的办法。,7.6生物污染与清洗,微生物是可繁殖的颗粒物，微生物类型和营养物浓度决定了生物污染的可能性；即使在贫营养系统中，生物细胞的吸附是一种生存策略；悬浮形式存在的死细胞携带的黏性物质可黏