反渗透膜技术课件

1、反渗透膜技术主讲人： 马思达 王东兴第1页，共40页。反渗透现象发现 1950年美国科学家DR.S.Sourirajan无意间发现海鸥在海上飞行时，从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑问，因为陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水的。解剖后发现海鸥体内有一薄膜，海鸥将海水吸入体内后加压，使水分子透过薄膜转化为淡水，而含有杂质和高浓缩盐分的浓缩海水则吐出嘴外。美国政府投入巨额资金研究反渗透膜，用于太空飞船使用，后逐渐转化为民用。第2页，共40页。一、概念反渗透(Revers Osmosis简称RO)技术，是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子

2、物质的选择透过性，以膜两侧压差为推动力，而实现的对溶剂与溶质分离的过程。反渗透膜(reverse osmosis membrane)是反渗透过程所用的半透膜，只能透过水分子而不能透过盐分子。第3页，共40页。反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.510nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。第4页，共40页。二、原理第5页，共40页。压力（要大于渗透压力）大分子供水水反渗透反渗透膜 盐二、原理错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜面流动，与死端过滤不同的

3、是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。第6页，共40页。 反渗透技术属于压力驱动型膜分离技术，操作压力一般为1-10MPa截留组分为0.1-1 nm的离子或小分子物质。随着膜技术的不断发展和迫于能源危机的要求，人们进行了超低压反渗透膜的开发，现已可在小于1MPa的压力下进行部分脱盐。 反渗透膜的传质机理，有代表性的主要有溶解扩散理论、优先吸附毛细孔流理论、氢键理论、道南(Donnan)平衡模型等。二、原理第7页，共40页。典型的反渗透膜1）乙酸纤维膜(缩写为CA) 它是目前研究得最多的反渗透或超滤膜材料，制得的膜具有透水率高，有中等耐氯性，具有很

4、好的成膜性能及膜较牢固等特点。2）复合膜 被人们誉为第三代膜，通过选择单体，控制工艺条件和交联度等，来获得高脱除率和高通量的脱盐超薄层，其pH值应用范围宽，化学稳定性好，耐生物降解，以及可满足特定的要求等。 三、反渗透膜第8页，共40页。复合膜与CA膜详细对比第9页，共40页。醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层，孔径（810）1010m过渡层，孔径2001010m多孔层，孔径（10004000）1010m1%第10页，共40页。陶氏FILMTEC复合膜膜片复合结构图第11页，共40页。显微镜下渗透膜的照片第12页，共40页。膜的性能决定着反渗透淡化器的性能，衡量一种膜有无实用价值，要看膜是否具

5、备下列条件高的截留率和高的透水率；强抗微生物侵蚀性能；好的柔韧性和足够的机械强度；抗污染性能好，使用寿命长，适用pH范围广；运行操作压力低；制备简单，便于工业化生产；耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度下应用。三、反渗透膜第13页，共40页。 反渗透膜技术应用领域海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备。近年来，反渗透技术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应用更体现了其优越性。在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物质等。化工、冶金、制药中，某些产品的制备、提纯、分离。四、应用第14页，共40页

6、。高增长低增长透析微滤超滤反渗透电渗析控制释放气体分离渗透汽化双极膜液膜膜反应器闸膜活化传递各种膜分离技术的发展和趋势第15页，共40页。主要设备 反渗透操作的基本设备包括预处理过滤器、高压泵、膜组件。其中膜组件是反渗透操作的主体设备。膜组件（单元）板式管式螺旋卷式中空纤维式五、设备第16页，共40页。第17页，共40页。第18页，共40页。第19页，共40页。第20页，共40页。第21页，共40页。第22页，共40页。五、设备第23页，共40页。上述各种形式的反渗透组件各有特长。但从单位体积的产水量来看，螺旋卷式和中空纤维式反渗透器是产水量最高的，工业上的大型实用装置基本上都是采用这两种反渗

7、透器。在反渗透市场中，卷式组件的销售量约占74%，中空纤维约占26%，管式和板框式相对较少。然而，应当指出的是，从装置的膜面清洗角度来说，管式装置仍有它独有的特点。 五、设备第24页，共40页。反渗透流程包括预处理和膜分离两部分。预处理方法有物理法(如沉淀、过滤、吸附等)、化学法(如氧化、还原、pH调节等)和光化学法。常见流程有一级、一级多段、多级、循环等几种形式。 六、操作流程第25页，共40页。透过液的回收率不高，在工业中很少采用 一级一段连续式六、操作流程第26页，共40页。部分浓缩液返回进料液贮槽与原有的进料液混合后，再次通过组件分离。因浓缩液中溶质含量较原料液高，所以透过液的质量有所

8、下降 。六、操作流程一级一段循环式第27页，共40页。水的回收率提高，浓缩液的量减少，但浓缩液中溶质的含量增大。 这种方式得到的浓缩液由于经过多段流动，压力损失较大，生产率下降，为此需增设高压泵。一级多段连续式六、操作流程第28页，共40页。第二段的透过水质较第一段差，这种方法可得到较高浓度的浓缩液。 一级多段循环式六、操作流程第29页，共40页。对膜的选择更广泛每一级膜两侧的浓差减小，操作压差可以降低，对设备的要求降低；但各级多需要泵将料液提高到较高的压力，能耗增加。 多级多段配置六、操作流程第30页，共40页。东丽海水淡化反渗透膜及应用七、举例第31页，共40页。常规海水淡化工艺流程图第3

9、2页，共40页。东丽两段法海水淡化系统工艺流程 (BCS:BrineConversion System)第33页，共40页。第34页，共40页。一段法与两段法制水成本比较回收率：40%操作压力：6.5MPa回收率：60%操作压力：6.5/8.4MPa第35页，共40页。两段法反渗透海水淡化系统的优势第36页，共40页。八、现状及展望国际上RO膜供应商主要有陶氏化学、美国海德能、美国通用电气、日本东丽、韩国世韩等等，这些公司占有的市场份额较大。 在我国，反渗透膜的应用领域主要在苦咸水淡化、水溶液脱水浓缩和废水再利用等方面，是继美、法、日、以色列等国之后研究和开发海水淡化先进技术的国家之一 。中国90%的RO膜依赖进口，国内最大生厂商是北京沃顿公司，另外还有长沙的威灵顿，杭州的北斗星，深圳的惠灵顿 。 第37页，共40页。解决水危机海水淡化已经成为21世纪的朝阳产业目前，反渗透已成为海水和苦咸水淡化最经济的技术。据统计，反渗透技术自1969年进入淡水化市场后，到1995年已占当年世界淡水化市场的88。八、现状及展望第38页，共40页。各种分离过程海水淡化所需能量分离过程必要动力（kWh/m2）必要热量（kcal/m3）理论值（