反渗透设备中浓差极化的影响

1、反渗透设备中浓差极化的影响1、浓差极化现象与浓差极化系数由于浓差极化现象增大了膜两侧的渗透压，在同等工作压力作用下，系统的纯驱动压减 小，与纯驱动压成正比的水通量将下降。与此同时，由于浓差极化现象增大了膜两侧的盐浓 度差，与盐浓度差成正比的盐通量将上升。因此，浓差极化现象将使反渗透系统的水通量 下降及透盐率上升。在纯水制备工艺的反渗透膜过程中,由于膜的选择透过性，溶剂（水）从膜体的髙压侧向 低压侧渗透，而大部分溶质（盐）被膜体阻拦。在高压侧从膜表而到溶液（给/浓水）主体间形 成递减的盐浓度梯度的现象称作浓差极化，而髙压侧膜表而盐浓度与给/浓水主体盐浓度之 比称为浓差极化系数（即B值）。影响浓差

2、极化系数的因素主要有系统工艺（如压力、流速、 温度）、膜体材料（如高脱盐率膜产生髙浓差极化系数）、给水水质（如盐浓度、无机盐构成、 溶液pH值、离子强度）等。2、浓差极化与系统设计反渗透水处理设备纯水制备技术在国内的广泛应用已经过多年历程。在长期的反渗透系 统的设计与运行过程中，对于游离氯、难溶盐与污染指数等系统设汁与系统运行的限制因素 得到了充分的关注，而作为重要限制因素之一的浓差极化问题往往未能得到应有的重视。根 据我们前期的研究工作，可以得出以下结论：1. 在难溶盐含量较髙的给水条件下，系统回收率与膜系统排列方式主要决左于系统给 水中的难溶盐饱和浓度指标。2. 在难溶盐含量较低的给水条件

3、下，系统回收率与膜系统排列方式主要决左于系统的 浓差极化指标。3. 影响系统设讣结构的浓水难溶盐最大饱和浓度，并非发生在系统末端的浓水中，而 是发生在系统末端的膜表而。换言之，系统中最大的难溶盐饱和浓度约为末端浓水中的饱和 浓度与该处浓差极化系数的乘积。正是由于此问题未得到应有的重视，不少系统的实际运行效果与设计期望值之间差距较 大。在研究浓差极化现象对反渗透系统的作用时，浓差极化作为一种与系统运行共生的现象, 它影响哪些系统性能?它如何影响系统性能?应将浓差极化系数控制在怎样的程度?这些问题 就成为反渗透系统的工艺研究、系统设计及运行中的重要课题。3、浓差极化系数与系统性能的关系图1示出了一

4、个6支ESPA4-4040膜串联反渗透系统的运行参数曲线。该系统给水为引 黄入津后的天津市政供水，电导为600 us末端的浓差极化系数呈1.3的较髙数值，而造成 系统结垢的难溶盐低于相应的饱和析出浓度。上述情况下，随着运行时间的延续，系统的 性能指标产生了不同程度的变化，图1中产水量曲线是基本保持P值与工作压力恒圧条件 下，系统产水量与运行时间的关系曲线;透盐率曲线是基本保持P值与工作压力恒左条件下, 系统透盐率与运行时间的关系曲线。产水量与透盐率的时间特性透盐率产水*图1产水虽与透盐率的时间特性图1表明，浓差极化现象存在一个建立过程，膜表而的盐浓度梯度随运行时间逐步建立, 梯度值逐髙，极化层

5、渐厚，系统性能持续下降。该形成过程前期的发展速度较快，后期的发 展速度虽有所减缓，但仍呈增长趋势。图2和图3分别示出了透盐率随浓差极化和运行时间的变化特性，图2曲线表明，在上 述相同给水条件及相同运行时间条件下，浓差极化系数的不同将导致系统透盐率增髙速度的 不同。图3中当0值低于或等于1.2时，随系统运行时间的延续，系统透盐率基本不变， 即系统性能较为稳左。而当P值高于1.2时，随系统运行时间的延续，系统透盐率较快增 长，且增长速度与P值呈正比例关系;该工况下系统性能的稳立性遭到破坏，系统性能指标 不断下降。大连反渗透设备，大连纯净水设备，大连反渗透技术透盐率的浓差极化特性图2透盐率的浓差极化

6、特性 透盐率的运行时间特性+ 0“.3O-«- B=1.26 0=122 3=1.20 P=1.18图3透盐率的运行时间特性图4示出系统在不同P值条件下运行ISOmin后,通过冲洗恢复透盐率、产水量等膜性 能所需的不同时间。该曲线表明浓差极化系数保持在1.2以内时，系统性能指标的恶化具有 临时性质，通过l2min的短时冲洗可以得到恢复;而浓差极化系数大于1. 2时，系统性能指 标不仅恶化速度加快，且性能指标的恶化趋于半永久性，用冲洗手段恢复性能所需时间不断 增加，甚至非化学淸洗其性能不能恢复。性能恢复所需冲洗时间宣苗S竞图4性能恢复所需冲洗时间图4曲线同时表明，系统浓差极化系数保持在

7、合理范用内时，系统运行过程中适时适量 的冲洗对于长期稳定地保持系统性能具有重要的意义。4、结论通过上述分析可知：1. 浓差极化系数与系统性能的恶化程度呈非线性关系，3=1.2为重要拐点。该系数在1. 2以下时恶化趋势缓慢，在1. 2以上时恶化趋势加快。2. 浓差极化系数与冲洗法恢复系统性能所需时间呈非线性关系，3=1.2为重要拐点, 该系数在以下时易于用冲洗恢复系统性能，在1. 2以上时用冲洗效果渐差甚至无法恢复系统 性能。正是由于浓差极化系数与系统性能恶化程度及冲洗恢复时间之间呈非线性关系，可以圮 性的认泄:浓差极化系数超过1.2后，系统投资降低与回收率提髙的收益远小于冲洗、淸洗、 性能下降及频繁换膜等项运行费用的增加。由此可进一步得出结论：1. 浓差极化系数保持在1. 2以内时，性能指标的缓慢恶化可以并应该通过冲洗过程及时 加以恢复。浓差极化是一个较为复杂的问题，笔者仅从特左给水与特左系统条件下浓差极化系数的 实测数据出发，并从系统设讣优化的角度对浓差极化问题进行了一左分析。对于无机盐浓差 极化与难溶盐结垢间的关系、浓差极化形成过程与冲洗恢复过程间的关系、不同给水条件对 浓差极化的影响等诸多问题尚未涉及