反渗透与纳滤脱盐

1、第七章第七章 反渗透和纳滤脱盐反渗透和纳滤脱盐第一节 膜法分离1.1、膜分离法简介、膜分离法简介 膜的概念膜的概念 膜膜具有选择透过性的一层薄薄的凝聚物质。具有选择透过性的一层薄薄的凝聚物质。 薄膜分离系统用于去除小颗粒及溶解盐。膜分离（Membrane Separation）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使混合物中的某些组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到浓缩、提纯等目的的分离过程。 加压的供水流平行通过薄膜表面，部分水流通过薄膜，被排除的颗粒在剩余的水流中浓度会越来越高。由于溶液是连续性的流过，被排除的颗粒不会沉积，反而会被浓缩液带走。因此，进水流在通

2、过薄膜后便分为通过薄膜的溶液（渗透液）和残留的浓缩液。1.2、膜分离过程的特点、膜分离过程的特点膜分离过程均需要一定能量膜分离过程均需要一定能量物质选择透过膜的能量可分为两类：物质选择透过膜的能量可分为两类：借助借助外界能量外界能量，物质由低位到高位流动；，物质由低位到高位流动；借助借助本身的本身的化学位差，物质由高位到低位流动化学位差，物质由高位到低位流动推动力：推动力：压力差、浓度差、电位差、温度差压力差、浓度差、电位差、温度差1.3、膜分离法的分类、膜分离法的分类一般可分为：微滤（microfiltration ）、超滤（ultrafiltration;hyperfiltratio）、纳

3、滤（nanofiltration;NF）和薄膜过滤反渗透（reverse osmosis，RO;reverse osmosis;RO ）微滤、超滤、纳滤和反渗透均为微滤、超滤、纳滤和反渗透均为压力推动压力推动的分离过程，即在压力差的作用下，溶剂的分离过程，即在压力差的作用下，溶剂及小分子能通过膜，而盐、大分子、微粒及小分子能通过膜，而盐、大分子、微粒等被截留，其截留程度取决于膜结构。等被截留，其截留程度取决于膜结构。微滤 微滤能截留0.11微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐）等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）

4、一般为0.7bar。超滤 超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为1000100000的物质。水分子和分子量小于300500的溶质透过膜，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。透膜压一般为17bar。 纳滤纳滤膜的一个很大特性是膜本体带有电荷，这是它在很低压力下具有较高除盐性能和截留相对分子质量为数百的物质，也可脱除无机盐的重要原因。主要去除直径为1nm左右的溶质粒子，故被命名为“纳滤膜”，二价或高价离子，特别是阴离子的截留率比较高，可大于90%，而对一

5、价离子的截留率一般低于90%。截留物相对分子质量为200-1000 。透膜压一般为3.516bar。反渗透 反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于 100 的有机物，但允许水分子透过。醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于 95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于 98%。操作压力较高，一般为210 Mpa。1.4、膜分离技术的优点、膜分离技术的优点（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变化，因此能耗）大多数膜分离过程不发生相变化，因此能耗较低；较低；（3）膜分离通常在常温下进行，

6、特别适合处理热）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作、维操作、维 护都十分方便。护都十分方便。1.5、分离膜性能、分离膜性能 分离膜（分离膜（Membrane）是膜分离过程的）是膜分离过程的核心部件，其性能直接影响着分离效果、核心部件，其性能直接影响着分离效果、操作能耗以及设备的大小。分离膜的性能操作能耗以及设备的大小。分离膜的性能主要包括两个方面：主要包括两个方面：透过性能透过性能 与与分离性能分离性能 1透过性能透过性能能使待分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。表征膜

7、透能使待分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。表征膜透过性能的参数是过性能的参数是透过速率透过速率。透过速率透过速率指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量，以以J表示表示。 式中：式中： J 透过速率，透过速率，m3/(m2h)或或 kg/(m2h)； V透过组分的体积或质量，透过组分的体积或质量，m3或或kg； A膜有效面积，膜有效面积，m2； t 操作时间，操作时间，h。膜的膜的透过速率透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，且随操

8、作推动力的增加而增大。此态结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此参数直接决定分离设备的大小参数直接决定分离设备的大小。2分离性分离性能能分离膜分离膜必须对被分离混合物中各组分具有必须对被分离混合物中各组分具有选选择透过择透过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过程得以实现的前提。程得以实现的前提。 不同分离过程中膜的分离性能有不同的表示方不同分离过程中膜的分离性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分离因数等。法，如截留率、截留分子量、分离因数等。（1）截留率）截留率对于反渗透过程，通常用截留率表示其分对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。离性能。

9、截留率截留率反映膜对溶质的截留程度，反映膜对溶质的截留程度，对盐溶液又称为脱盐率，以对盐溶液又称为脱盐率，以R表示，定义为表示，定义为 式中式中CF 原料中溶质的浓度，原料中溶质的浓度，kg/m3；CP渗透物液中溶质的浓度，渗透物液中溶质的浓度，kg/m3。100截留率表示溶质全部被膜截留截留率表示溶质全部被膜截留,此为理想的半渗此为理想的半渗透膜；透膜；0 截留率则表示全部溶质透过膜，无分离作用。截留率则表示全部溶质透过膜，无分离作用。（2）截留分子量）截留分子量在超滤和纳滤中，通常用在超滤和纳滤中，通常用截留分子量截留分子量表示表示其分离性能。其分离性能。截留分子量是指截留率为截留分子量是

10、指截留率为90%时时所对应的最小分子量。所对应的最小分子量。截留分子量的高低，在截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可用一系列不同分子量的标准物质进行测定。用一系列不同分子量的标准物质进行测定。（3）分离因数）分离因数对于气体分离和渗透汽化过程，通常用对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因数分离因数表示各组分透过的选择性。对于含有表示各组分透过的选择性。对于含有A、B两组分两组分的混合物，分离因数定义为的混合物，分离因数定义为 式中式中 xA,xB原料中原料中组分组分A与组分与组分B的摩尔分率；的摩尔分率；yA,yB 透过物中组分透过物中

11、组分A与组分与组分B的的摩尔分率。摩尔分率。1.6、膜的分类、膜的分类按按结构结构分：分： 对称膜对称膜（无孔膜、多孔膜）（无孔膜、多孔膜） 非对称膜非对称膜（一体化非对称膜、复合膜）（一体化非对称膜、复合膜）对称膜对称膜是一种均匀的薄膜，又称均质膜。膜的横是一种均匀的薄膜，又称均质膜。膜的横截面结构及形态是均匀的，厚度一般在截面结构及形态是均匀的，厚度一般在10200 m之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。厚度可以提高透过速率。（2）非对称膜）非对称膜 非对称膜非对称膜的横断面是不对称结构，由一薄薄的皮层和多孔的横断面是不对称

12、结构，由一薄薄的皮层和多孔亚层构成。包括亚层构成。包括一体化非对称膜一体化非对称膜复合膜复合膜 。一体化非对称膜一体化非对称膜是用同种材料制备、由厚度是用同种材料制备、由厚度为为0.10.5m的致密皮层和的致密皮层和50150 m的多孔支撑层构成，的多孔支撑层构成，其支撑层结构具有一定的强度，在较高的压力下也不其支撑层结构具有一定的强度，在较高的压力下也不会引起很大的形变。会引起很大的形变。复合膜：复合膜：致密皮层与多孔亚层由不同材料构成，使每致密皮层与多孔亚层由不同材料构成，使每一层独立发挥最大作用。一层独立发挥最大作用。非对称膜非对称膜的作用主要由很薄的的作用主要由很薄的致密皮层致密皮层决

13、定，传质阻力小，决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多，因此非对称膜在工业上应用其透过速率较对称膜高得多，因此非对称膜在工业上应用十分广泛。十分广泛。第二节 反渗透2.1、定义、定义反渗透反渗透借助于半透膜对溶液中溶质的截留作借助于半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压的压差推动力下使溶剂渗用，在高于溶液渗透压的压差推动力下使溶剂渗透通过膜，达到溶液脱盐的目的。透通过膜，达到溶液脱盐的目的。在膜的两侧造成一个压力差，并使其大于溶液的在膜的两侧造成一个压力差，并使其大于溶液的渗透压，溶剂就会渗透到膜的另一侧，使浓度较渗透压，溶剂就会渗透到膜的另一侧，使浓度较高的溶液得到浓缩高的溶液得

14、到浓缩2.2、反渗透机理、反渗透机理把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分别置把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分别置于半透膜的两侧，纯溶剂将透过膜而自发地向溶于半透膜的两侧，纯溶剂将透过膜而自发地向溶液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）一侧流动，液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）一侧流动，这种现象这种现象称为称为渗透渗透(osmosis)。当溶液的液位升高到所产生的压差恰好抵消溶剂当溶液的液位升高到所产生的压差恰好抵消溶剂向溶液方向流动的趋势，渗透过程达到平衡，此向溶液方向流动的趋势，渗透过程达到平衡，此压力差称为该溶液的压力差称为该溶液的渗透压渗透压，以，以表示。表示。若在溶液侧施加一个大于渗

15、透压若在溶液侧施加一个大于渗透压的压差时，则溶的压差时，则溶剂将从溶液侧向溶剂侧剂将从溶液侧向溶剂侧反向流动，反向流动，此过程称为此过程称为反反渗透渗透(reverse osmosis) 这样，把溶液置于半透膜的一侧，利用反渗透过这样，把溶液置于半透膜的一侧，利用反渗透过程可从溶液中获得纯溶剂。程可从溶液中获得纯溶剂。 界面区膜表面本体溶液相临界孔高压多孔膜大气压H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O H2O H2OH2OH2OH2O H2OH2O H2O H2OH2OH2OH2OH2OH2O H2O H2O H2OH2O H2O H2O H2OH2OH2O H2O H2OH2O H2O

16、H2O H2O2tH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O H2O H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2ONa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1C1H2O图1320 优先吸附毛细管流动机理示意图2.3、反渗透膜及其性质、反渗透膜及其性质 1、反渗透膜、反渗透膜反渗透膜为反渗透膜为半透膜：半透膜：即能够让溶液中一种或几种即能够让溶液中一种或几种组分通过而其它组分不能通过的选择性膜。组分通过而其它组分不能通过的

17、选择性膜。反渗透借助反渗透借助半透膜半透膜对溶液中溶质起截流作用，以对溶液中溶质起截流作用，以压力差压力差为推动力，使溶剂透过半透膜，从而达到为推动力，使溶剂透过半透膜，从而达到溶液脱除溶质的目的。溶液脱除溶质的目的。膜的特性：膜的特性：透水率、透盐率、抗压性等透水率、透盐率、抗压性等反渗透膜的结构反渗透膜分离技术具有以下特点：反渗透膜分离技术具有以下特点：1.在常温不发生相变化的条件下，可以对溶质和水进行分在常温不发生相变化的条件下，可以对溶质和水进行分离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化的分离方法相比，能耗较低；的分离方法相比

18、，能耗较低；2.2.杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类有机物杂质；还可以去除各类有机物杂质；3.3.脱盐率高；脱盐率高；4.4.由于只是利用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置由于只是利用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置简单，易操作、控制和维护；简单，易操作、控制和维护；2、反渗透膜的种类、反渗透膜的种类醋酸纤维素膜的醋酸纤维素膜的结构结构醋酸纤维素膜的醋酸纤维素膜的性能性能2.4反渗透膜元件反渗透膜元件反渗透膜元件包括板框式、管式、卷式、中空纤维式反渗透膜元件包括板框式、管式、卷式、中空纤维式1、管式装置、管式装

19、置 管式装置水力条件好，适当调节水流状态可防止浓管式装置水力条件好，适当调节水流状态可防止浓差极化和膜污染，能够处理含悬浮固体的溶液，但单位体差极化和膜污染，能够处理含悬浮固体的溶液，但单位体积中膜面积小，制造和安装费用较高。积中膜面积小，制造和安装费用较高。2、螺旋卷式装置、螺旋卷式装置 螺旋卷式装置单位体积的膜表面积较大，透水量大。螺旋卷式装置单位体积的膜表面积较大，透水量大。紊流效果好，不易产生浓差极化现象。缺点是膜玷污后消紊流效果好，不易产生浓差极化现象。缺点是膜玷污后消除困难，不能处理含有悬浮物的液体。除困难，不能处理含有悬浮物的液体。3、中空纤维式装置、中空纤维式装置 优点优点是单

20、位体积的膜表面积很大，制造和安装简单，是单位体积的膜表面积很大，制造和安装简单，可在较低压力下运行，膜的压实现象减缓，不需要膜制成可在较低压力下运行，膜的压实现象减缓，不需要膜制成材料，浓差极化可忽略；材料，浓差极化可忽略； 缺点缺点是制作工艺复杂，易堵塞，不能用于处理含悬浮是制作工艺复杂，易堵塞，不能用于处理含悬浮物的液体物的液体4、板框式装置、板框式装置 这种装置结构牢固，能承受高压，占地面积不大；但这种装置结构牢固，能承受高压，占地面积不大；但液流状态差，易造成浓差极化，设备费用较大。液流状态差，易造成浓差极化，设备费用较大。2.5反渗透的应用反渗透的应用反渗透是一种节能技术，过程中无相

21、变，一般不反渗透是一种节能技术，过程中无相变，一般不需加热，工艺过程简单，能耗低，操作和控制容需加热，工艺过程简单，能耗低，操作和控制容易，应用范围广泛。易，应用范围广泛。主要应用：海水和苦咸水的淡化，纯水和超纯水主要应用：海水和苦咸水的淡化，纯水和超纯水制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩，以及废水处理等。和食品等工业料液处理和浓缩，以及废水处理等。还可以用于还可以用于 1. 处理处理电镀废水电镀废水废水进入电渗析器分离后，浓缩液返回电镀槽再次使废水进入电渗析器分离后，浓缩液返回电镀槽再次使用；处理水则补充至最后的漂洗

22、槽，实现水量平衡。用；处理水则补充至最后的漂洗槽，实现水量平衡。 2. 冲冲印胶片废水的处理印胶片废水的处理照相洗印废水、电影制片厂排出的废水中含有多种有照相洗印废水、电影制片厂排出的废水中含有多种有用物质，可回收。用物质，可回收。 3.酸性酸性尾矿水的处理尾矿水的处理第三节 反渗透工艺设计要点3.1、给水水质要求、给水水质要求3.2、水通量、水通量产水量(水通量)指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，根据不同水源反渗透膜应采用不同的水通量，定义为每小时每平方米膜产水的升数，L/(m h),或每天每平方英尺膜产水的美加仑，gfd;二者之间的关系式1 gfd=1.7 L/(m h)。水通量

23、越高，膜污染速度越快，有一个水通量的水通量越高，膜污染速度越快，有一个水通量的极点，如果高于这个极限值，膜将迅速污染。极点，如果高于这个极限值，膜将迅速污染。3.3、膜数量的计算、膜数量的计算膜数量膜数量=脱盐水产量脱盐水产量/水通量，水通量，以此为基数，再通过用膜公司软件核算膜数量。3.4、膜的类型选择、膜的类型选择根据水含盐量选择膜的类型。含盐量小于10g/L时选用苦咸水反渗透膜，含盐量大于10g/L时选用海水反渗透膜。3.5、膜的回收率、膜的回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的，设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希

24、望最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。一般情况下取1米长元件回收率为15%，1.5米长元件为20%。3.63.6、流、流 量量： 流量是指进入膜元件的进水 流率，常以每小时立方米（m3/h）或每 分钟加仑表示（gpm）。浓水流量是指离 开膜元件系统的未透过膜的那部分“进 水”流量。这部分浓水含有从原水水源 带入的可溶性的组份，常以每小时立方 米（m3/h）或每分钟加仑 表示（gpm）。 3.73.7反渗透的化学清洗反渗透的化学清洗 清洗频率：3-6月清洗一次 清洗流量：7-9m3/h 每只膜壳 1) 正常清洗时，清洗系统压力采用使系统基本

25、不能产出 纯水时的压力为最好，清洗液温度基本保持在20-40。 必须用反渗透产品水或去离子水配制清洗药液，药液 混合要均匀。 2) 清洗时要将反渗透压力容器和管道内的存水排掉，再 把清洗过程冲产生的浓缩液向清洗药箱循环。如果回 流清洗液明显变色或浑浊应重新准备清洗药液。若回 流清洗液PH变化超过0.5，应重新调整PH或更换清洗液。 3) 按规定时间清洗完成后，应立即用反渗透产品水或去 离子水进行冲洗。冲洗时间一般为30-60分钟，并将反渗 透出口水放掉（开产水自动门、冲洗浓水测排放自门。 4) 确认冲洗完成后，最好立即投入正常运行，化学清洗 后至投入运行时间不得超过24小时3.8、阻垢剂的投加

26、、阻垢剂的投加 结垢是由于给水中的微溶盐在给水逐渐浓缩时超过了浓度积而沉淀到膜上，因此必须防止CaCO3、CaSO4、SrSO4、BaSO4、SiO2、CaF2结垢。 为了保证反渗透系统正常运行，有效防止膜组件结垢,采用投加阻垢剂的方法。若浓水计算暂硬小于8mmol/L,可用国产阻垢剂；若浓水计算暂硬大于18mmol/L，可用进口阻垢剂；浓水暂硬大于8mmol/L，可考虑加酸与阻垢剂配合。第四节 纳滤4.1简介简介纳滤纳滤：最早被称为疏松反渗透，纳滤是一种特殊而又很有最早被称为疏松反渗透，纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，以压力差为推动力，介于反渗透和超前途的分离膜品种，以压力差为推动力

27、，介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。它因能截留物质的大小约为它因能截留物质的大小约为 1 1 纳米（纳米（0.001 0.001 微米）而得微米）而得名，它截留有机物的分子量大约为名，它截留有机物的分子量大约为 200 200400 400 左右，截留左右，截留溶解性盐的能力为溶解性盐的能力为 20 2098%98%之间，对单价阴离子盐溶液的之间，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液，如氯化钠及氯化钙的脱除脱除率低于高价阴离子盐溶液，如氯化钠及氯化钙的脱除率为率为 20 2080%80%，而硫酸镁及硫

28、酸钠的脱除率为，而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为 90 9098%98%。 纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除井水的硬度及放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以井水的硬度及放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以及分离药品中的有用物质等。及分离药品中的有用物质等。4.2 纳滤的基本原理纳滤与反渗透没有明显的界限。纳滤膜对溶解性纳滤与反渗透没有明显的界限。纳滤膜对溶解性盐或溶质不是完美的阻挡层，这些溶质透过纳滤盐或溶质不是完美的阻挡层，这些溶质透过纳滤膜的高低取决于盐份或溶质及纳滤膜的种类，透膜的高低取决于盐份或溶质及纳滤膜的种类，透过率越低，纳滤膜

29、两侧的渗透压就越高，也就越过率越低，纳滤膜两侧的渗透压就越高，也就越接近反渗透过程，相反，如果透过率越高，纳滤接近反渗透过程，相反，如果透过率越高，纳滤膜两侧的渗透压就越低，渗透压对纳滤过程的影膜两侧的渗透压就越低，渗透压对纳滤过程的影响就越小。响就越小。它有两个显著特征：一个是其截留分子量为2002 000，因而推测NF的表面分离层可能有1nm左右的微孔结构，即具有纳米级孔径；另一个是NF膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。受膜与离子间Donnan效应的影响，NF膜对不同价态的离子截留能力不同。 对于阴离子，截留率为NO3-C

30、l-OH-SO42-CO32- 对于阳离子，截留率为H+Na+Ca2+Mg2+4.34.3、纳滤膜材质、纳滤膜材质 纤维素类 聚酰胺类 聚砜类（聚砜、聚醚砜、磺化聚砜等） 聚酯类4.44.4、纳滤膜元件、纳滤膜元件同反渗透膜元件一样，纳滤膜元件主要有4种形式：卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备）中空纤维式（水的软化）板框式（处理粘度较大的料液）管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）4.5、纳滤的应用、纳滤的应用1、水处理方面的应用：纳滤膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度、农药、可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水的软化及脱盐

31、。2、在食品加工方面的应用：乳品加工，果汁浓缩，酵母生产，低聚糖的精制和分离等3、在染料工业中的应用：膜分离技术在染料脱盐、纯化、浓缩等方面的应用发展很快，对改善商品染料品质作用显著，并能降低能耗。可用于提高各类染料，如酸性染料、活性染料、直接染料等的纯度，制备性能更优良的液体染料和固体染料。4、在医药方面的应用：抗生素的生产，维生素B12的回收 ，多肽的浓缩与分离，中成药的生产；5、废水处理中的应用:造纸废水的处理，纺织工业废水的处理，电镀废水的处理，化学工业废水的处理等。第五节 反渗透和纳滤的过程 5.1常见概念常见概念根据反渗透和纳滤原理可知，渗透和反渗透及纳滤根据反渗透和纳滤原理可知，

32、渗透和反渗透及纳滤必须与具有允许溶剂必须与具有允许溶剂( (水分子水分子) )透过的半透膜透过的半透膜( (反渗反渗透透膜或纳滤膜膜或纳滤膜) )联系在一起才有意义，才会出现渗透联系在一起才有意义，才会出现渗透现现象和反渗透或纳滤操作。象和反渗透或纳滤操作。 反渗透膜反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜； 纳滤膜纳滤膜：允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜称为纳滤膜； 膜元件膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件；

33、 膜组件膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件 膜装置膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透和纳滤过程通过该膜装置来实现； 膜系统膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。脱盐率脱盐率： 通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率，或通过纳滤膜脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数。 透盐率透盐率： 脱盐率的相反值，它是进水中溶解性的 杂质成份透过膜的百分率。 渗透液渗透液： 经过膜系统产生的净

34、化产水。 稀溶液稀溶液： 净化后的水溶液，为反渗透或纳滤系统的产水。 浓溶液浓溶液： 未透过膜的那部分溶液，如反渗透或纳滤系统的浓缩水。5.2影响反渗透和纳滤膜性能的因素影响反渗透和纳滤膜性能的因素产水通量和脱除率是反渗透和纳滤过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、进水含盐量等影响。压力的影响透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系，增加进水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加。盐浓度的影响渗透压是水中所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

35、加，因此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力大小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）回收率的影响如果回收率增加（进水压力恒定），残留在原水中的含盐量更高，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作用，减慢 或停止反渗透过程，使渗透通量降低或甚至停止5.35.3、反渗透、纳滤结垢预测和防垢处理、反渗透、纳滤结垢预测和防垢处理1 1、预处理技术防治膜的污堵、预处理技术防治膜的污堵膜的污堵膜的污堵是一种复杂的现象，它涉及几个相互关是一种复杂的现象，它涉及几个相互关联，

36、但影响不同的因素。这些污堵物质有些是对联，但影响不同的因素。这些污堵物质有些是对反渗透组件内部产生影响的物质，有些是形成在反渗透组件内部产生影响的物质，有些是形成在膜的表面上的化学沉积物。膜的表面上的化学沉积物。反渗透系统长期成功运行取决于反渗透系统长期成功运行取决于三个因素三个因素：预处：预处理、系统设计和运行及维护。预处理的理、系统设计和运行及维护。预处理的目的目的是去是去除或减少反渗透进水中的污堵颗粒。下面讨论有除或减少反渗透进水中的污堵颗粒。下面讨论有关预处理技术的相关问题，适用于至少关预处理技术的相关问题，适用于至少95%95%的膜的膜的污染问题。的污染问题。图中两条锯齿形曲线表示污

37、堵和清洗的影响。对于其它的参数，如压降和盐透过量也可以得出类似曲线，因为它们也受污堵的影响。有预处理系统的反渗透系统，定期清洗能很大程度上恢复膜的产水量。预处理系统进水种类和进水浓度决定了预处理系统的复杂性。苦咸井水和海岸井的海水一般只需进行基本的预处理。再以苦咸井水为水源的系统中，为防止结垢，通常要在给水中加酸或六偏磷酸钠。然后经反渗透系统前的510m过滤器过滤，流程如下2、膜结垢的预测计算及防垢处理膜的结垢是由难溶盐类随着进水浓缩成浓水产生沉积而引起的。在反渗透工艺中，因进水中的盐类浓缩，就可能超过溶解度极限而产生沉淀，在苦咸水中，CaC03和CaS04是需进行预处理的最常见的盐类。在海水

38、中，通常只有CaC03需要处理。在海水和苦咸水中，通过计算肯定反渗透浓缩后不会超过溶解度极限的盐类是BaS04、SrS04、CaF2、Si02。如果难溶盐超过溶解度极限，就需要采取以下一种或几种方法进行处理：降低脱盐率；用离子交换软化去除Ca2+；用加酸除去碳酸根和重碳酸根（实际上不考虑除去S02-）；加阻垢剂。3、预防碳酸钙结垢LSI-饱和指数，以水的实际PH值减去其在碳酸钙处于平衡条件下理论计算的PH值之差来表示4、预防硫酸盐结垢5、预防磷酸盐结垢6、预防氟化盐结垢7、预防硅垢第六节 金属氧化物的污染及预处理在进水中已溶解的金属盐能够在反渗透系统中析在进水中已溶解的金属盐能够在反渗透系统中

39、析出，这些盐多是铁的氢氧化物，继之是铝的氢氧出，这些盐多是铁的氢氧化物，继之是铝的氢氧化物。猛氧化合物析出的可能，也是存在的。化物。猛氧化合物析出的可能，也是存在的。6.1铁的化合物铁的化合物反渗透器能够被铁氧化物污染，原因如下（1）在反渗透系统中亚铁离子的氧化（2）来自反渗透系统的铁的腐蚀物（3）来自于水源的铁腐蚀产物（4）铁胶体铁污染的预防铁污染的预防为了预防铁的污染，已经为反渗透器建立了下列指导原则：如果进水溶解氧浓度低于标准，铁的浓度达4mg/L这样是允许的；如果高的话，铁的浓度应该维持在低于0.5mg/L。PH值也必须考虑。如果亚铁离子浓度非常高，在氯、空气或高锰酸钾的作用下，亚铁离

40、子首先被氧化成铁离子，然后沉淀物被过滤器除去，阳离子交换树脂（软化剂）也能用来除去亚铁离子；然而，如果亚铁离子浓度大于1mg/L，软化剂将产生铁垢，绿砂过滤器将亚铁离子氧化成铁离子，并除去在一个运行阶段里过滤器中的沉积物，这些绿砂是用高锰酸钾定期再生，高锰酸钾不允许进入反渗透。 6.2、铝的化合物、铝的化合物铝垢是由氢氧化物的沉淀引起的，明矾凝聚是一种普通的铝垢是由氢氧化物的沉淀引起的，明矾凝聚是一种普通的工艺，它被用来净化大量的地表水。根据工艺，它被用来净化大量的地表水。根据PH值和操作方值和操作方式，在被处理的水中存在高浓度的铝离子。铝里是两性的式，在被处理的水中存在高浓度的铝离子。铝里是

41、两性的（铝能够充当酸或碱），并且大约在（铝能够充当酸或碱），并且大约在PH值值6.56.7范围内范围内具有最低的溶解度。因此，如果明矾在特别高或特别低的具有最低的溶解度。因此，如果明矾在特别高或特别低的PH值运行时，铝离子将进入反渗透的补给水系统，铝的值运行时，铝离子将进入反渗透的补给水系统，铝的氢氧化物的沉淀能够在二者之中任何一种情况发生。加酸氢氧化物的沉淀能够在二者之中任何一种情况发生。加酸调节调节PH值，用作预处理的明矾系统必须在值，用作预处理的明矾系统必须在PH6.66.7范围范围内操作，以获得铝的最小溶解度，应用这个原则不会产生内操作，以获得铝的最小溶解度，应用这个原则不会产生铝垢。

42、铝垢。 为了更好地去除色度，在低为了更好地去除色度，在低PH值（值（5.05.5）也使用明矾凝聚。砂过滤之后，用石灰调节给水也使用明矾凝聚。砂过滤之后，用石灰调节给水的的PH值到值到8.08.5，如果为了控制碳酸钙垢，酸，如果为了控制碳酸钙垢，酸化补给水，氢氧化铝可嫩沉淀。由于氢氧化铝的化补给水，氢氧化铝可嫩沉淀。由于氢氧化铝的沉淀是以胶体形式，胶体污染问题就需处理；如沉淀是以胶体形式，胶体污染问题就需处理；如果在适当的果在适当的PH值使用明矾凝聚，过滤器处理水的值使用明矾凝聚，过滤器处理水的铝浓度应该小于铝浓度应该小于0.1mg/L。氢氧化铝的组成和化。氢氧化铝的组成和化学性质是络合物，为了

43、确定除铝离子方面的效率学性质是络合物，为了确定除铝离子方面的效率应该做指导试验。应该做指导试验。 6.3金属氧化物的清洗 在检测出膜上存在金属氧化娶的沉淀之后，必须迅速除去它们。另外，为了确保延长膜的寿命，必须尽快查出问题的原因。下列化合物能够从反渗透器中除去金属氧化物：1%的硫代硫酸钠；2%柠檬酸+氨水，调PH值4.0；2%的柠檬酸+2%的EDTA钠+氨水调PH值4.0；1.0%的六偏磷酸钠。第七节 胶体的预处理胶体胶体粒子直径在1nm100nm之间，是带电荷的悬浮体。反渗透膜的胶体污堵是由于在反渗透器运行期间的反渗透处理过程中，胶体的凝聚和在膜上凝聚物质的沉积而造成的。7.1污泥密度指数污

44、泥密度指数胶体的含量是由SDI决定的。SDI是从水在207kPa工作压力下，通过0.45m微孔过滤器的堵塞速率得出的。7.2预防胶体及颗粒污染物概述7.3预防胶体及颗粒污染常用工艺第八节第八节 微孔过滤（保安）、杀菌和化学微孔过滤（保安）、杀菌和化学清洗清洗反渗透进水含有悬浮物或生物，或二者都含有。在水进入高压泵和渗透器以前，为避免堵塞反渗透系统，必须进行适当的处理8.1微孔过滤器和生物污染微孔过滤器和生物污染微孔过滤器：孔径0.2-1um的滤膜过滤器的统称。主要功能是去除紫外线杀菌后的细菌尸体以及藻类，由于微孔过滤器现在是污染源比较严重的地方，一般的现在纯水后端都不采用微孔过滤器了生物污染：

45、在反渗透器中生长的生物将影响系统的运行性能，并破坏某些类型的膜。因此必须考虑三个因素：膜的生物降解；膜的生物污堵；产品水的细菌含量。膜的生物降解 所有氧化剂对聚酰胺类复合膜都有损害作用，必须用还原剂予以脱除，其他化学品只要呈溶解状态，在pH211范围内，膜元件不会受到损伤膜的生物污堵 当补给水中含有足够的营养来维持反渗透器里面的有机物迅速生长时，生物就能长大。这种生长能够导致带膜上附着，影响反渗透器性能。杀菌消毒方法8.2化学清洗化学清洗概念：指从材料表面除去污垢的化学方法。当设备产水量降低或工作压力升高，应进行化学清洗。包括膜化学清洗清洗剂的种类、化学清洗条件和清洗效果的评价方法。化学清洗剂

46、包括酸、碱、表面活性剂、氧化剂、酶、螯合剂等，清洗效果可以用膜的通量恢复率和清洗液杂质含量评价。1、决定化学清洗的条件在额定压力下，产品流量比额定流量降低了10%15%为维持额定流量，经温度校正后的给水压力增加了10%15%在额定工况下，盐透过率增加10%15%进水和浓水排放之间的压差升高到初始值的1.5倍。2、化学清洗药品的选择见课本P208图3、药剂量的计算： 化学清洗药剂量= 药剂溶液百分比浓度添加的清水量（通常为化学药箱容积）如：配制2.0%的柠檬酸溶液，需要柠檬酸的量=2.0%20001=40（kg） 配置药剂用的清洗必须为无余氯的清水，最好采用纯水4、药剂的配置：A、取软化水或纯水对清洗水箱进行冲洗，直至水箱干净。 B、往清洗水箱注满软化水或纯水，如有条件，将水加热至30，按水量计算好药剂加入清洗水箱内进行溶解，如可以，采用泵循环搅拌或直接搅拌，直至药剂完全混合溶解。 C、检测药剂pH值，