反渗透(RO)课件

1、反渗透(反渗透)，1。区域办事处的发展，2。反渗透原理及相关概念，3。反渗透的分离机理，4。反渗透膜的性能要求和指标，5。反渗透膜的脱盐和分离特性，6。集中极化的危害及对策。区域办事处的发展。1953年，佛罗里达大学的里德教授明确提出了反渗透技术的概念。同年，在他的建议下，反渗透被纳入美国国家计划。1960年L-S相转化法制造的第一种相转化膜是反渗透膜。目前，反渗透技术已经成为海水和苦咸水淡化中最经济的技术。反渗透的原理和相关概念，半透膜的定义：选择性膜渗透的定义，溶液中的一种或多种成分可以通过，但其他成分不能通过：溶剂通过半透膜自发流入另一种溶液或稀溶液流入浓溶液。渗透平衡：渗透发生后，单位

2、时间内从纯溶剂侧通过半透膜进入溶液侧的溶剂分子数大于从溶液侧通过半透膜进入溶剂侧的溶剂分子数，从而降低溶液浓度。当两个方向通过半透膜的溶剂分子数量相等时，就达到了渗透平衡。渗透压的定义：如果在溶液侧施加一个压力，这个压力可以阻止纯溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，这个压力叫做渗透压。渗透压是溶液的一种特性，与膜无关。一、反渗透示意图，反渗透所需的条件和特性，反渗透过程必须具备两个条件：1、必须有高选择性和高渗透性的选择性半透膜(一般指渗透率)，2、操作压力必须高于溶液渗透压。反渗透是一种高效节能技术。其特点如下：1 .反渗透工艺可在常温下进行，无相变，能耗低。可用于热敏物质的分离和浓缩；(

3、2)反渗透能有效去除盐和有机小分子杂质，具有反渗透的特点；(3)反渗透脱盐率高，水回收率高；(4)膜分离装置简单，易于操作，便于实验自动化；5.反渗透分离过程应在高压下进行，因此应配备高压泵和耐高压管道。6.反渗透分离装置对进水指标要求高，原水需要预处理。7.膜污染在分离过程中容易发生。为了延长膜的使用寿命，提高分离效率，需要定期清洗膜。反渗透过程可分为三类：高压反渗透(5.6 10.5兆帕)、低压反渗透(1.0 4.2兆帕)、纳滤(0.3 1.0兆帕)。反渗透膜微孔的孔径约为0.5纳米，而无机盐离子的直径仅为0.1 0.3纳米，水合离子的直径为0.3 0.6纳米，略小于孔径。因此，反渗透的分

4、离现象不能用分子筛原理来解释。反渗透、溶解和扩散理论的分离机理(朗斯代尔和赖利)该模型假定膜是一种完美和理想的无孔膜。高压侧浓缩液中的组分先溶解在膜中，然后通过分子扩散穿过厚度为的膜，最后进入低压侧稀溶液。溶质和溶剂在扩散中遵循费克定律。该模型基本上可以定量描述水和盐在膜中的迁移，但推导中的一些假设与实际情况不符。此外，在转移过程中没有考虑水、盐和膜之间的相互作用。在优先吸附-毛细管流模型中，优先吸附组分在膜表面形成吸附层，膜上弱吸附组分的浓度急剧下降，在外压作用下，优先吸附组分穿过膜的毛细管并穿透膜，3。舍伍德提出的扩散-孔隙流动理论介于溶解扩散理论和优先吸附-毛细流动理论之间。该理论假设膜

5、表面存在孔隙，溶质和溶剂在孔隙和溶解扩散的共同作用下渗透膜。膜的渗透性不仅取决于孔流，还取决于膜表面溶质和溶剂的扩散系数。通过孔的溶液量与透过膜的水的量之比越小；溶剂对膜中溶质的扩散系数越大，膜的选择性越好！4，氢键理论(Reid)该模型认为，膜的表面层非常致密，上面有大量的活化点，并且键与固定数量的结合水结合。这种水已经失去了溶解能量，盐水中的盐不能溶解在其中。进料液体中的水分子可以在压力下与膜上的活化点形成氢键，从而在活化点与其他结合水结合，并进一步与膜内的活化点结合，从而在这些点与原始结合水结合。该过程从膜表面到内部连续进行。按照这种扩散顺序，水分子从膜表面进入膜，最后从底层释放出来，成

6、为产物水。然而，盐以孔的形式通过聚合物链之间的孔从膜表面逐渐扩散到产物水中。自由体积理论(亚苏达安田)认为膜的自由体积包括聚合物的自由体积和水的自由体积。聚合物的自由体积指的是在没有水膨胀的情况下，由不规则聚合物线性基团的积累形成的膜中没有被聚合物占据的空间。水的自由体积是指在遇水膨胀膜中纯水所占的空间。该理论假设水可以在整个膜的自由体积中迁移，而盐只能在自由体积的水中迁移，从而使膜选择性渗透。反渗透过程中的浓度分布，稳定条件下的反渗透过程，一些典型溶液在25时的渗透压数据，浓差极化浓差极化在反渗透过程中，大部分溶质被截留和积累在膜表面，因此从料液主体到膜表面建立了一个具有溶质浓度梯度的边界层

7、，膜表面的溶质浓度高于料液主体，这称为浓差极化。浓度极化测量-浓度极化比，浓度极化比越大，浓度极化越严重。(2)反渗透膜，(1)反渗透膜的性能要求和指标，(1)膜的化学稳定性，(2)膜的耐热性和机械强度，(3)膜的物理和化学指标，(4)膜的分离和渗透特性，(2)膜操作条件和膜表面浓差极化的影响因素，(1)膜的水通量和脱盐率，(2)膜表面浓差极化，(3)膜的材料和结构特性，(1)膜的化学稳定性，膜的化学稳定性主要指膜的抗氧化性和耐水解性。膜材料均为高分子化合物，水溶液中含有次氯酸钠、溶解氧、过氧化氢、六价铬等氧化剂，会导致膜氧化，影响膜的性能和使用寿命。因此，如果分离含氧化剂的水溶液，应尽可能避

8、免含有极低键能的氧-氧键或氮-氮键的膜，以提高膜的抗氧化性。例如，当氧化剂含量高时，芳香族聚酰胺膜由于某些氮-氮键而容易破裂，因此其抗氧化性不如醋酸纤维素膜。膜的水解和氧化同时发生。当用于制备膜的聚合物化合物包含- CONH -(酰胺基)，- COOR(酯基)，-cn等时。在酸或碱的作用下，水解反应容易发生，膜被破坏。聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚和其他材料具有优异的耐水解性，但是由于它们缺乏亲水基团，它们(2)膜的耐热性和机械强度，适用于膜材料容许压力的酸碱度范围，抵抗氧化物质如O2和Cl2的能力，抵抗微生物的能力，抵抗细菌侵蚀的能力，抵抗胶体颗粒和有机物的能力，以及抵抗微生物污染的能力，

9、(3)膜的物理和化学指标， 膜的分离特性指标包括脱盐率(或盐透过率)、产水量(或回收率)、水通量和流量衰减系数(或膜通量保持系数)等。 (4)膜分离和渗透特性指数。脱盐率是指给水中未透过膜的总溶解固体(TDS)的百分比。脱盐率=(1-产品水中的总溶解固体/给水中的总溶解固体)100% 产水率(渗透流率/回收率)指渗透流的比率，也可表示为回收率，即产水流量与给水流量的比率。产水率=(产品水流量/给水流量)100%，水通量(通量)，也称为水渗透率，是指膜单位面积的产品水流量，这是设计和操作中需要控制的重要指标，取决于膜和原水的性质、工作压力和温度。(4)通量衰减系数是指反渗透装置运行期间水通量衰减

10、的程度，即运行一年后水通量与初始运行水通量下降的比值。膜通量保持系数是指运行一段时间后水通量与初始水通量的比率。盐程盐程=(1-脱盐率)100%。最大给水流量、最大压降和最小浓水流量设定最大给水流量，以保护容器中的第一反渗透元件，从而使给水和浓水之间的压降不会太大。否则，高压降可能使膜组件变形并损坏膜元件。设定最小浓水流速，以确保容器端部的膜元件具有足够的横向流速，从而减少胶体在膜表面上的沉积，并减少浓水极化对膜表面的影响。浓差极化容易产生盐浓度，因为横向流速低，盐在膜表面的反向扩散速率低，导致不溶性盐沉淀的机会增加，更多的盐会渗透到膜表面，导致产水量和脱盐率降低。1)电解质比非电解质更容易分

11、离。对于电解质来说，高电荷分离是好的，例如，去除率的顺序是Al3 Mg2 NaPO43- SO42- Cl-，反渗透膜的脱盐和分离特性，2)无机离子的去除率受离子水合离子的数量和半径的影响。水合离子的半径越大(通常，离子的半径越小，水合离子的半径越大)，就越容易被去除。例如，某些阳离子的去除率顺序为Mg2 Ca2 Li na k，而阴离子的去除率顺序为f- C1- br- NO3-。(3)对于非电解质，分子越大，越容易去除。4)气体容易透过膜：例如，氨、氯、碳酸气、硫化氢和氧气的去除率很低。氨的可分离性差，但当调节酸碱度成为铵离子时，可分离性变得更好。5)硼酸、有机酸等弱酸去除率低。在有机化合

12、物中，去除率的顺序为柠檬酸酒石酸乙酸，乙醛乙醇胺酸。反渗透膜对正离子的脱盐率、反渗透膜对负离子的脱盐率、反渗透膜对其他物质的去除率、影响膜操作条件和膜表面浓差极化的因素、(1)膜水通量和脱盐率、(2)膜表面浓差极化、(1)膜水通量和脱盐率、膜水通量和脱盐率是反渗透过程中的关键操作参数，它们将受到压力、温度、回收率、给水含盐量、给水酸碱度等因素的影响。压力给水压力的增加增加了水的流量由于浓水和盐的浓度增加，盐的浓度高，在给水压力恒定的情况下，渗透压增加，水通过膜的压力降低。给水酸碱度和水通量的脱盐率在一定的酸碱度范围内相对恒定，最大脱盐率的酸碱度一般为8.5左右。浓差极化的危害，由于界面层中的高浓度，渗透压将相应地增加，导致在原始操作条件下产水量的下降。随着界面层中盐浓度的增加，膜两侧的盐浓度差增加，导致产物水的盐渗透增加。随着界面层浓度的增加，容易结垢的物质增加了沉淀的趋势，导致膜污染。浓差极化也是膜表面胶体污染的一个重要原因(胶体扩散速度远低于盐)。降低浓差极化的有效途径是提高溶质a的传质系数，提高料液速度，减小边界层厚度；(b)提高操作温度，增加溶质扩散，降低溶液粘度，使边界层变薄；(c)采用脉冲流方式或设置湍流促进剂来提高料液的湍流度；消除浓差极化的措施，严格控制膜水通量；严格控制回收率；该系统严格按照膜制造商的设计指南运行。制造商对回收率的要求考虑了膜表面清洗的