反渗透知识培

1、反渗透知识介绍反渗透知识介绍目目 录录一、概述二、反渗透原理三、反渗透系统设计四、常见反渗透系统介绍五、反渗透系统运行及异常处理一、概述1、水资源现状：世界水资源：地球表面约有70%以上面积为水所覆盖，其余约占地球表面30%的陆地也有水存在，但只有2.53%的水是供人类利用的淡水。海水、深层地下水、冰雪固态淡水等难被直接利用。比较容易开发利用的、与人类生活生产关系最为密切的湖泊、河流和浅层地下淡水资源，只占淡水总储量的0.34%,还不到全球水总量的万分之一，因此地球上的淡水资源并不丰富。随着经济的发展和人口的增加，世界用水量也在逐年增加。联合国预计，到2025年，世界将近一半的人口会生活在缺水

2、的地区。水危机已经严重制约了人类的可持续发展。 我国水资源情况：我国是一个缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的14、美国的15,在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，并且其分布极不均衡。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。 水利部预测，2030年中国人口将达

3、到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米。在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。21世纪全世界面临的最大问题之一是水危机。开发新水源，治理水污染是主要的任务。二、反渗透原理1、半透膜 ：半透膜是广泛存在于自然界动植物体器官上的一种能透过水的膜。严格地说，只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为理想半透膜。工业上使用的半透膜多是高分子合成的聚合物产品。2、渗透、渗透压 当把溶剂和溶液（或把不同浓度的两种溶液）分别置于此膜的两侧时，溶剂将自发地穿过半透膜向溶

4、液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）侧流动，这种自然现象叫做渗透（Osmosis），如果上述过程中溶剂是纯水，溶质是盐份，当用理想半透膜将它们分隔开时，纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水侧。纯水侧的水流入盐水侧，盐水侧的液位上升，当上升到一定程度后，水通过膜的净流量等于零，此时该过程达到平衡，与该液位高度差对应的压力称为渗透压（Osmotic pressure）。3、反渗透当在膜的盐水侧施加一个大于渗透压的压力时，水的流向就会逆转，此时盐水中的水将流入纯水侧，这种现象叫做反渗透（Reverse Osmosis，简称RO）。 4、反渗透膜的性能指标脱盐率（Salt Rejection）为给水中总溶

5、解固形物（TDS）中的未透过膜部分的百分数。 产品水中总溶解固形物 脱盐率=（1- ）100% 给水中总溶解固形物 回收率（Recovery）为产水流量与给水流量之比，以百分数表示。 产品水流量 回收率= 100% 给水流量一般影响回收率的因素，主要有产品水质量，浓水的渗透压、易结垢物质的浓度、污染膜物质等因素。 5、膜的种类及结构特点按膜的结构形态分类 ：均质膜 、非对称膜 、复合膜 。按膜的加工外形分类：有平面膜和中空纤维膜两种。按膜的材质分类 醋酸纤维素膜和芳香聚酰胺膜6、反渗透装置（膜组件）反渗透膜组件由膜元件、压力容器组成。工业上使用的膜元件主要有四种基本形式：管式、平板式、中空纤维

6、式和卷式。管式膜元件：将管状膜衬在耐压微孔管上，并把许多单管以串联或并联方式连接装配成管束，有内压式和外压式两种。平板式膜元件由一定数量的承压板，两侧覆盖微孔支撑板，其表面敷以平面膜成为最基本的反渗透单元。 中空纤维膜元件将中空纤维（膜）丝成束地以U形弯的形式把中空纤维开口端铸于管板上，在给水压力作用下，淡水透过每根纤维管壁进入管内，由开口端汇集流出压力容器成为产品水。卷式膜元件 特点：卷式膜元件类似一个长信封状的膜口袋，开口的一边粘结在含有开孔的产品水中心管上。将多个膜口袋卷绕到同一个产品水中心管上，使给水水流从膜的外侧流过，在给水压力下，使淡水通过膜进入膜口袋后汇流入产品水中心管内。 为了

7、便于产品水在膜袋内流动，在信封状的膜袋内夹有一层产品水导流织物支撑层；为了使给水均匀流过膜袋表面并给水流以扰动，在墨袋和膜袋之间的给水通道上夹有隔网层。卷式反渗透膜元件给水流动与传统的过滤流方向不同：反渗透给水从膜元件端部引入，给水沿着膜表面平行的方向流动，被分离的产品水垂直于膜表面，透过膜进入产品水膜袋。如此形成一个垂直、横向相互交叉的流向，而传统的过滤，水流是从滤层上面进入，产品水从下排出，水中的颗粒物质全部截流于滤层上。压力容器 无论何种膜元件都必须装入压力容器中方可使用。在每个压力容器内，既可以安装一个膜元件，也可以安装几个膜元件。在膜元件与膜元件之间采用内连接件连接，膜元件与压力容器

8、端口采用适配器连接，压力容器端口采用支撑板、密封板支撑密封。压力容器一般为玻璃钢材质，按照不同压力等级划分。 7、影响RO 膜性能的因素 回收率 通过对进水施加压力当浓溶液(水)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)，浓水中的盐浓度增大，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将抵消进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量减低或停止，即产水量下降。过高的回收率将产生高的盐透过率即脱盐率下降，导致膜的污染或浓水中过量的溶解盐沉积，产生膜的结垢。 温度 膜电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性的增大，这主要归 功于

9、穿过膜的水分子的扩散能力更大，增加水温会导致脱盐率降低即透盐率增加，这主要是因 为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。温度每增加 1，产水量增加 2.73，产 水含盐量增加3，进水压力下降0.03MPa。压力 进水压力影响膜的产水通量和脱盐率，透过膜的水通量的增加和进水压力的增加有直线的 关系，增加进水压力也增加脱盐率，但因为压力并不影响盐透过量，再盐透过量不变时产水量 的增加稀释了通过的盐分，使产水的盐浓度降低，脱盐率提高了。但两者的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度脱盐率将不再增加。 压密 压密是因为在操作时间内聚合物膜的蠕动所致。压密与膜的材料、所受压力和温度有关， 当压力和温

10、度增加时蠕动的趋向加大。产水量会因膜的压密随操作时间的增加而下降。 浓差极化 进水在原水流道内流动将会在膜表面形成边界层，当原水浓缩到一定程度时将会造成边界 层中的盐浓度高于主流体的盐浓度，这种现象称为膜的浓差极化。它造成的后果： （1）边界层中流体的渗透压高于主流体的渗透压，减少膜表面的有效推动力，从而减少水的透过率。 （2 ）膜表面盐浓度的提高，增加了盐的透过率。（3）增加了盐的过饱和度，导致在膜表面产生凝胶层或析出沉淀甚至结构，以至增加透过 阻力，污染膜表面。 保持与膜平行的高流速及在膜表面处促进流体混合，使边界层厚度降低到最小，这样合宜的膜装置设计是重要的。 给水的含盐量 渗透压是水所

11、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)。 给水pH 值 各种反渗透膜适用的pH 值的范围相差很大，脱盐率和水通量在一定的pH 范围内较为恒定，其最大脱盐率在pH8.5 。 8、反渗透膜的寿命 如反渗透装置给水要求及预处理所述各项指标要求，均是为了保证膜的运行寿命提出的。在反渗透正常操作和给水水质正常的运行中，反渗透装置没有出现象其他机械设备那样：由于 结构原因在使用期间于某一特殊部位发生致

12、命的损坏或消耗性磨损。但是反渗透装置在超过厂家保证的年限的长期运行中，由于材质和水质的原因仍会经历一个产水量逐步减少的过程，出 现这种现象，膜的特性指标中的“流量衰减”或“膜通量保留系数”所指出的，在一定的范围 内是正常的允许的。在流量正常衰减的情况下仍可正常连续制水，因此，不是碰到流量衰减就 要更换膜，在经济上是合理的。 影响膜寿命的因素 影响膜寿命的因素很多，首先膜材料及加工工艺决定了这种膜固有的寿命。其次，运行条件对膜寿命有很大的影响，运行条件控制不当，反渗透组件会在几个月内完全被损坏。pH 值、水温、压力、水中污染物、侵蚀物是影响膜寿命的主要因素。pH 值、水温不合适会加速膜的水解，压

13、力过高则加剧膜的压密化，膜面受侵蚀或被污染也会直接影响膜的寿命。 三、反渗透系统设计1、反渗透系统设计导则 ：完整的反渗透处理系统一般由预处理部分、膜处理部分和后处理部分组成。对反渗透膜系统的性能而言，通常采用产水流量和产水品质两个参数进行衡 量 。针对于给定的进水水质、系统回收率及进水压力。使设计的系统尽可能的降低膜元件成本及操作压力，与此同时尽可能的提高水回收率和产水量以及系统的长期稳定性与清洗维护费用。 在设计之前必须充分收集原水水质分析报告等系统设计资料，资料越完整，系统就越具有针对性，就越能为用户提供设备长期稳定运行的可靠设计。 水质分析主要项目 一般水质分析项目： 进水水质分析主要

14、包含以下项目：PH值、碱度、SO42-、Cl-、NO3-、F-、HS-、PO43-、SiO2、硬度、Fe、Mn、Na+、Ba2+等。综合分析项目 ：SDI SDI 也称为淤泥密度指数，是表征反渗透系统进水水质的重要指标。该指标是表示 RO 膜系统在依据此给水条件下运行发生污染可能性的一种尺度 。SDI 的标准检验方法：使给水以 30PSI的恒定压力通过直径为47mm、孔径为 0.45m 的测试滤膜后开始测定：首先测定开始通过滤膜的500(250)毫升水所需要的时间T0；在使水连续通过滤膜15 分钟（T）后，再次测得通过滤膜500(250)毫升水所需要的时间T1；在取得以上3个时间数据之后，由此

15、可以计算出该水源的SDI值：SDI=（1- T0/ T1）100/T有机物、生物污染物的综合监测 有机污染物、微生物和细菌普遍存在于地表水和废水之中。 有机物的全面分析从总有机碳含（TOC）、生物化学耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD）几方面对水源进行鉴定。微生物在进入RO系统后，对膜元件形成生物污堵。氧化还原电位ORP 氧化还原电位 ORP 是表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数。当氧化还原电位呈正值时表示水体中含氧化性物质，当氧化还原电位呈负值时表示水体中含还原性物质。聚酰胺复合膜的耐氯性都比较差，聚酰胺复合膜系列膜元件要求的进水游离性氯含量不超过0.1ppm，所以反渗透进水的

16、氧化还原电位较低，必须采用活性炭过滤器或投加还原剂的方法去除水体中的氧化性物质。 预处理系统传统预处理絮凝沉淀+砂滤膜法预处理浸没式超滤压力式MF/UF其它方法活性碳过滤（ACF）生物过滤（Bio-Filter）。 根据取水水质选择预处理深井取水（通常SDI5）NaClO消毒FeCl3或其他絮凝剂，后接澄清池多介质过滤器（之前通常二次投加NaClO），或UF活性炭保安过滤器反渗透膜系统系统设计步骤 一个设计优良的反渗透系统在运行过程中能够在正常运行的同时完成良好的自身清洗过程。 为有效地控制反渗透膜系统在使用过程中的污染速度，选择适宜的水通量及分离过程中的横向流速是十分重要的。第一步：考虑进水

17、水质、产水流量以及所需的产水水质。第二步：选择系统排列和级数。第三步：膜元件的选择。 第四步：膜平均通量的确定。 第五步：计算所需元件数量。 第六步：计算所需压力容器数 。第七步：段数的确定 。第八步：确定排列比。第九步：分析和优化膜系统。 系统设计要点 大型反渗透装置的反渗透压力容器组件应单独布置在滑架上，压力容器布置的最高高度应方便于装卸膜元件。大型反渗透装置中，一般选用装有 6 或7只 膜元件的压力容器较多。反渗透装置运行时，对于系统产水量和水回收率的控制十分重要，这些都需要依靠 准确的表计。反渗透装置的管路、阀门、仪表的布置应便于操作和调节。 在反渗透高压泵出口安装电动慢开阀，以避免由

18、于不合适的设备启动程序而产生水锤和过分的水流冲击。 产品水管道上应安装安全装置 。反渗透系统高压泵和高压管道的材料选择也非常重要，设计者一定要注意给水对管道的腐蚀情况。一般水源条件下，高压泵及高压管路选用304不锈钢材料即可；当原水含盐量在 2000-5000PPM 时，建议选用含碳量小于0.08%的316 不锈钢；当原水含盐量(TDS)5000-7000PPM时，建议选用含碳量小0.03%的316L不锈钢；当原水TDS在7000-30000PPM 之间时，建议选用含钼量为4.0-5.0 的904L不锈钢；当系统给水是TDS为32000PPM 以上的海水时，建议选用含钼量大于 6%的不锈钢，例

19、如 254SMO 等等。而产品水管道则采用一般不会污染水质材料即可,如优质 PVC、UPVC、ABS 工程塑料等。 四、常见反渗透系统介绍单段反渗透工作示意图水回收率50%以下脱盐率99%一般适用于海水淡化浓水产品水高压泵RO100m3/h50m3/h50m3/h二段反渗透工作示意图水回收率75%80%脱盐率98%一般适用于6000mg/L以下苦咸水 高压泵 浓水 产品水 RO100m3/h 75m3/h 25m3/h 三段反渗透工作示意图水回收率85%87.5%脱盐率97%一般适用于含盐量400mg/L以下的原水 高压泵 浓水 RO85m3/h 15m3/h 二级反渗透系统水回收率水回收率7

20、5%脱盐率脱盐率99.8% 一级浓水 产品水 二级浓水 二级RO 一级RO 一级高压泵 二级高压泵 PH调节UF+RO+EDI 零酸碱高纯水制备工艺。 高纯水17M超滤反渗透EDI世界上最大的膜法海水淡化厂-以色列Ashkelon海水淡化厂介绍备注：产水能力达到 320,000m3/天, 此工厂生产了大约以色列13% 的家庭居民用水量，或等于以色列整个国家总用水量的56%。 是世界上制水成本最低的海水淡化厂之一.项目建造者项目建造者IDEIDE集团集团, Veolia, Veolia水务集团水务集团Dankner-EllemDankner-Ellem建设集团建设集团售水价格售水价格0.5270

21、.527美金美金/ /吨吨项目成本项目成本2.122.12亿美金亿美金项目占地面积项目占地面积75,00075,000平方米平方米(300(300米米 x 250 x 250米米) )吨水最大耗电量吨水最大耗电量小于小于4 4千瓦时千瓦时进水温度进水温度16C - 32C (16C - 32C (反渗透部分反渗透部分) )进水含盐量进水含盐量40,750ppm40,750ppm产水含盐量产水含盐量小于小于40ppm40ppm脱盐率脱盐率99.9%99.9%硼去除率硼去除率大于大于92%92%Ashkelon海水淡化厂取水管6根直径根直径1.6米，长米，长500米的聚乙烯管从距海岸米的聚乙烯管从

22、距海岸3千千米远的地方取水米远的地方取水Ashkelon海水淡化厂取水管SWRO+BWRO膜系统工艺流程图膜系统工艺流程图浓水第三段浓水第三段酸酸产水产水第三段第三段前级产水前级产水后级产水后级产水第一段第一段第四段第四段浓水第四段浓水第四段- CO2+ NaoH海水海水浓水第一段浓水第一段原水含盐量原水含盐量40,000ppm硼硼 4.8 6.3ppm最终产水最终产水 20%70%10%含盐量含盐量40ppm硼硼0.35ppm产水产水浓水第二段浓水第二段- CO2+ NaoH第二段第二段SW30HR LE-400BW30LE-440BW30-400BW30LE-440海水淡化海水淡化硼脱除硼

23、脱除 I浓盐水软化浓盐水软化硼脱除硼脱除 II世界最大海水淡化项目安装了世界最大海水淡化项目安装了超过超过40,000支支FILMTEC 海水海水(SWRO)和苦咸水和苦咸水(BWRO)膜元件膜元件Ashkelon海水淡化厂SWRO系统的三中心设计进水进水进水进水泵中心泵中心能量回收中心能量回收中心膜中心膜中心膜中心膜中心一级SWRO系统： 2个工厂，南厂+北厂16组膜架/工厂105压力容器/膜架8支装/压力容器小计：26,880支SW30HRLE-400BWRO系统： 2个工厂，南厂+北厂二级系统：4组膜架/工厂,160压力容器/膜架，8支装/压力容器三级系统：1组膜架/工厂,160压力容器

24、/膜架，8支装/压力容四级系统： 1组膜架/工厂,112压力容器/膜架，8支装/压力容器小计：14592支BWRO合计：41,472支FILMTEC反渗透膜元件SWRO段内分级产水（两端产水）设计进水进水20%产水产水80%产水产水SWRO高压泵中心2个工厂，南厂个工厂，南厂+北厂北厂泵数量：泵数量： 3+1台台/工厂工厂 功率：功率：5.5MW/台台压力：压力： 约约70bar 泵效率：接近泵效率：接近90%SWRO高压泵中心2个工厂，南厂个工厂，南厂+北厂北厂40套套DWEER能量回收装置能量回收装置/工厂工厂,10台循环增压泵台循环增压泵/工厂工厂分为分为9+1组子系统组子系统/工厂，工

25、厂，4套套DWEER /子系统子系统效率：效率：96%五、反渗透系统运行及异常处理反渗透系统常见问题:泥砂颗粒及无机胶体污染预处理活性炭破碎泄漏无机结垢微生物污染铁污染压降(P)过大产水背压膜氧化泥砂颗粒及无机胶体污染保安过滤芯被无机颗粒污染，并且有一部分透过滤芯进入反渗透系统中现象和症状：泥砂颗粒堆积在第一段的前几支膜元件的进水端系统压力将偏大，系统脱盐率偏低膜元件解剖后，膜表面和进水流道附着可见污染物原因：预处理失效或设计存在缺陷多介质过滤器/活性炭床反冲洗和快洗不充分进水的SDI值偏高硬砂颗粒机械擦伤膜片清洗或解决方案：难以化学清洗恢复，可以尝试采用酸碱清洗加强介质过滤器/活性炭床反冲洗

26、加强SDI值监控加强保安过滤器的监控和更换。预处理活性炭破碎泄漏第一段的前几支膜元件的进水端面附着黑色颗粒，膜元件解剖后，膜表面和进水流道附着活性炭颗粒现象和症状：黑色物质堆积在第一段的前几支膜元件的进水端系统压力将偏大，产水量偏少，系统脱盐率偏低膜元件解剖后，膜表面和进水流道附着活性炭颗粒原因：不正确或不充分的活性炭床反冲洗和快洗长时间运行后，活性炭由于和氯或臭氧反应消耗导致破碎机械强度下降而破碎。炭粒机械擦伤膜片清洗或解决方案：难以化学清洗恢复更换新活性炭；充分的炭床反冲洗；加强保安过滤器的监控和更换。无机结垢：碳酸盐钙垢(CaCO3)结垢常常发生在最后一段，然后逐渐向前一段扩散，含钙、重

27、碳酸根或硫酸根的原水可能会在数小时之内即因结垢堵塞膜系统 。现象和症状：系统产水量低，脱盐率下降，压降增加。膜元件变重原因：RO进水三高(高硬度;高pH;高碱度)RO系统高回收率清洗或解决方案：系统可用酸进行清洗恢复。应降低进水的三高(高硬度;高pH;高碱度) 和RO系统回收率调整阻垢剂的加入量 硫酸钙垢(CaSO4)硫酸钡/硫酸锶垢(BaSO4/SrSO4)现象和症状：系统产水量低，脱盐率下降，压降增加。膜元件变重原因：RO进水钙、钡、锶、硫酸根含量高RO系统高回收率导致超过溶解限制阻垢剂失效清洗或解决方案：系统很难进行清洗恢复。应降RO系统回收率调整阻垢剂的加入量或 更换阻垢剂微生物污染膜

28、元件解剖后，膜表面和进水流道附着粘稠状物质，并伴有臭味。现象和症状：系统产水量低，脱盐率下降，压降增加。压力容器开启或膜元件解剖后，有臭味。原因：进水中富含营养物质,例如TOC和COD偏高进水或阻垢剂中含有微生物。清洗或解决方案：清洗并消毒整个系统，包括预处理和膜本体部分，同时应注意如果清洗和消毒不彻底，会出现迅速的重新污染系统可用强碱进行清洗恢复，例如采用PH=12-13的碱液清洗。安装或优化预处理以应对原水的微生物污染消除微生物的来源使用抗污染膜元件。采用非氧化性杀菌剂，进行定期冲击式杀菌。铁污染被铁污染的膜元件，膜表面为红褐色，进水流道呈被铁污染的膜元件，膜表面为红褐色，进水流道呈浅红色浅红色被铁污染的膜元件的膜表面为红褐色，滴加酸后露出膜片的真面目。现象和症状：系统脱盐率低，产水量降低压力容器开启后，膜元件端面呈红褐色膜元件解剖后，膜表面呈红褐色原因：RO进水中含有过量的铁预处理系统中的管道或压力容器腐蚀清洗或解决方案：膜系统可以采用酸性NaHSO3(PH5)或H3PO4以及柠檬酸清洗恢复。有时候铁会加速膜的氧化导致膜元件不可恢复性的损伤压降(P)过大玻璃钢外壳沿轴向破裂, 进水端污染严重 出水端抗压力器(ATD)冲掉，浓水流道网格冲出 对膜元件破坏性分析发现