反渗透膜分离制高纯水实验

1、、实验目的:(1) 熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程;(2) 掌握反渗透膜分离原理及操作技能;(3) 了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数(4) 掌握利用电导法确定盐浓度的方法。实验原理工业化应用的膜分离包括微滤(Microfiltration , MF )、超滤(Ultrafiltration, UF )、 纳滤(Nanofiltration, NF )、反渗透(RO)、渗透汽化(Pervaporation, PV )和气体分离(Gas Separation, GS )等。根据分离对象和要求，选用不同的膜过程。反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10?小分子物质，反渗透膜能截1。图2

2、反渗透与渗透现象留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过 水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提 取纯净水的物质分离过程。其原理如图如图(a)所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸(b)水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。如图 所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为指定温度下溶液的渗透压N。如图（c）所示，当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压N，可迫使渗透反向，实现反渗透过程。此时，在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高，超

3、过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧, 使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。PH范围，以及对有机溶通常，膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。膜的物化稳定性的主要 指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的 剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐 率、产水流量和流量衰减指数。根据膜分离原理，温度、操作压力、给水水质、给水 流量等因素将影响膜的分离性能。实验内容反渗透膜是实现反渗透的过程的关键，要求具有较好的分离透过性和物化稳定性。反渗透膜的分离透过性可用以下几个参数来描述:1. 溶质分离率（脱盐率）RX lOD

4、ii式中，错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。2. 溶剂透过速率（水通量）Jw式中，错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。3. 水的回收率丫r- X iotm= X lotmQpQp + Qst式中，错误！未找到引用源。/h错误！未找到引用源。/h错误！未找到引用源。/h4.浓缩倍数Cf本实验主要实验内容是:a)测定不同进料流速对膜分离效率的影响，即在同一操作压力下，改变总进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值;b)计算水通量，作出 J -0曲线;C)计算出脱盐率和回收率;d)分析操作条件变化对反渗透效果的影响。四、实验装置与设备4.1实验流程本装

5、置采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，以城市自来水为原料，制备超 纯水供实验室特殊分析使用，出水水质可自动检测，装置操作简单，稳定性好，具有 很高的实用价值。自来水活性炭吸附微米精滤反渗透脱盐_紫外线杀菌净水超纯水浓缩水图3纯水制备流程理想的反渗透膜应耐化学和微生物侵蚀，使之在运行过程中膜的分离性能和机械性能保持稳定。因此，反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，还应包括预处理 过程，就是通过一些物化手段去除原水中的悬浮物和胶体等杂质，使其满足反渗透膜 处理的进水要求，保护反渗透膜的正常使用。同时，经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率T0C旨标一般还达不到高可超过95%但透过液中还存在一定浓度的离子

6、，其电导率、纯水要求，工业上通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进步得到净化。最后，采用紫外杀菌，可降低水中的T0C本实验以自来水为原水，设4所示。装置流程图如图4计了预处理（活性炭、精滤）、反渗透脱盐、混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元, 研究了自来水深度处理的反渗透净水工艺。流程示意图如图所示。<0占冲efl图4反渗透膜分离制高纯水装置流程图4.2主要设备2)原料储槽：容积 50升，材质ABS工程塑料;3)Y预过滤器：材质工程塑料，进口;1)自来水预过滤器：10英寸活性炭预过滤和 5 m精过滤;4)5)压力控制器：型号Fannio FNC-K20;增压泵：型号 F

7、LUID-O-TECH 1533,进口;7)膜壳：2521型不锈钢膜壳;8)电导仪：型号 RM-220，在线检测纯水电阻仪;6)反渗透膜组件：2521型低压反渗透膜，纯水通量40-45L/H，脱盐率为8%9)流量计：规格 10 100L/H和1-7L/M，面板式有机玻璃转子流量计;10）紫外杀菌器：在线流过式杀菌器;11）核级混合树脂床，约3公斤;12）管道及阀门：UPVC管阀;13）不锈钢电控柜及不锈钢支架。五、实验操作步骤1.关闭系统排空阀，打开净水出口阀、超纯水出口阀 ;2.接通自来水与预过滤系统，过滤水进入储槽;3.接通电源，打开总电源开关;4.打开泵回路阀 、浓水旁路阀 ，将浓水流量

8、阀 调至最大;5.储槽中有一定水位高度后开启输液泵，取储槽中水样，测定其电导率6.水正常循环后（注意排气），逐步关闭泵回路阀 和浓水旁路阀 ，调节压力阀，使系统压力（膜进口压力）控制在1.0-1.5Mpa内某一值;7.若制备超纯水，切换阀到混合树脂床，纯水可单独收集，打开浓水出口阀 ,浓水直接排放，调节一定的自来水进水流速，保持储槽内水位基本不变;8.稳定2030分钟后出口水质基本稳定，记录出口纯水电阻值， 同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率;9.适当打开泵回路阀 ，改变总进料速度，重复第 68操作步骤，比较 3个不同流量下超纯水的水质变化;10.停车时，先打开压力调节阀、旁路阀及泵回路阀

9、，使系统压力小于 0.2Mpa,再关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。、.八、实验数据处理a)数据记录自来水123平均电导率(ns/ cm)372375373373.3;操作压力温度：25 C:膜面积:1 m2温度：25C：操作压力0.25MPa ;浓缩液流量： 4.9L/min ;透过液流量： 78L/h ;实验组数123平均净水电导率(ns/cm)28.128.228.228.17纯水电导率(ns/cm)8.107.938.058.03温度：25;操作压力0.30MPa ;浓缩液流量： 4.8L/min ;透过液流量：83L/h ;实验组数123平均净水电导率（ms/cm）29.129

10、.329.229.2纯水电导率（ms/cm）9.339.499.349.39温度：25C；操作压力0,375MPa ;浓缩液流量：4.3L/min ;透过液流量：94L/h ;实验组数123平均净水电导率（ms/cm）30.630.631.030.73纯水电导率（ms/cm）10.9711.0510.9811C)( mg/L )与电b）数据处理根据大量实测数据经统计分析整理得出不同水型总含盐量（导率（0）（卩s/cm）和水温（t）C ）之间存在下列关系式:I - I价型水:n - n价型水:错误！未找到引用源。重碳酸盐型水:错误!未找到引用源不均齐价型天然水:C = 0 43Sle (o.MO

11、iMttt-D.03ZOSt31500 ms/cm时，可按I - I价型对于不清楚水的离子组成，暂不能确定其水型时，可作如下考虑，当常温下电导率小于1200 ms/cm时，可按重碳酸盐型水处理，电导率大于水处理，其余则按不均齐价型水处理。实验举例:RO系统进水压力为 0.6MPa时，浓水压力 0.5MPa ,浓水流量 13.5L /min，纯水3.2 L / min，水温 29.2 C。1)进水电导 548 ms/cm;2)纯水电导10.3m3/cm;NF系统操作压力为 0.6MPa时，浓水压力 0.47MPa ,L/ min，水温 29.2 C。1)进水电导 536 ms/ cm;2) 产水

12、电导124 ms/cm;根据以上原则，不确定水中离子具体组成，且电导率小于浓水流量 11L / min，产水61200 ns/cm 可按重碳透过液济量Qp纯水回收率1透过液流量Q汁蔽缩液流量Q胚酸盐型水处理：错误!未找到引用源78纯水盐浓度f = 0朋習加盟詁T闕八问孑=4.0127mg/L得水盐浓度C =悶3胧电缈函他)严= i5.5S13ms/L进水盐浓度C = 0.5352e gw叽建工討7。细xo8»9 = 254.48a2mg/L歼b 口心冷透过液浓度15.5813纯水脱盐率=-建汞航=1 -亦询"0°* =呛42%实验组数123254.4332净水脱盐

13、率 =1 一¥节于豐 =1- 曲余X 100% = 93.&8 进水盐浓.度透过液流量Qp （ L/h）788394浓缩液流量Qm （ L/min ）4.94.84.3纯水回收率 丫0.20970.22370.2670操作压力（MPa）0.250.300.375进水电导率（ms/cm）373.3373.3373.3进水盐浓度（mg/L）254.4882254.4882254.4882净水电导率（ms/cm）28.1729.230.73盐浓度（mg/L）15.581316.198017.1174脱盐率0.93880.93640.9327纯水电导率（ms/cm）8.039.391

14、1盐浓度（mg/L）4.01274.75215.6386脱盐率0.98420.98130.9778七、结果及讨论根据实验数据分析，在不同的操作压力下，反渗透效果不同；随着操作压力的增 大，纯水回收率增大，纯水和净水的盐浓度也随之增大，脱盐率下降，反渗透效果随 之降低。实验误差分析：由于实验装置存在较为严重的系统误差，认为读取流量计读数不 准，造成误差。1）分析超纯水水质随回收率变化的原因?纯水电导率随着回收率的增大而增大，原因：膜的截留能力有限，膜有损耗，所 以操作压力增大，导致更多的水喝水中的杂质透过膜，回收率增大，同时纯水盐浓度 增大。2）结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点?在

15、高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高 ，超过纯水的化学位， 水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧,使咸水得到淡化； 经过反渗透膜脱盐,水的脱盐率可超过 95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率一般还达不到高纯水要求，通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进步得到净化。本实验脱盐率在98%以上。设备操作简单，稳定性好，脱盐率高。3）反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征?如果与处理不当或不够，会发生结垢和污染现象。反渗透膜组件结垢和污染不单 是产水水质恶化、产水率下降、系统压降增大、能耗增加，透过液的回收率降低，制 得高纯水电导率升高；压力变化离子浓度相应变化。如不及时清洗还会对摸造成不可 逆的损伤，缩短膜寿命，严重时必须提前更换膜元件。4）常规的树脂再生，是如何实现的?常规的树脂再生