化学反渗透除盐工艺培训

3．压力 进水压力影响膜的产水通量和脱盐率，透过膜的水通量的增加和
进水压力的增加有直线的关系，增加进水压力也增加脱盐率，但因为 压力并不影响盐透过量，再盐透过量不变时产水量的增加稀释了通过 的盐分，使产水的盐浓度降低，脱盐率提高了。但两者的变化关系没 有线性关系，而且达到一定程度脱盐率将不再增加。
2．温度 膜电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量几
乎线性的增大，这主要归功于穿过膜的水分子的扩散能力更大，增加 水温会导致脱盐率降低即透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜的扩 散速度会因温度的提高而加快。温度每增加1℃，产水量增加2.7～3 ％，产水含盐量增加3％，进水压力下降0.03MPa。
二、影响RO 膜性能的因素
1．回收率 通过对进水施加压力当浓溶液(水)和稀溶液间的自然渗透流动方
向被逆转时，实现反渗透过程。如果回收率增加(进水压力恒定)，浓 水中的盐浓度增大，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同， 这将抵消进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量 减低或停止，即产水量下降。过高的回收率将产生高的盐透过率即脱 盐率下降，导致膜的污染或浓水中过量的溶解盐沉积，产生膜的结垢。
四、膜的性能
系统操作温度对反渗透膜的影响:
AG804OF
14000
渗 12000 透
10000
通 量 8000 G 6000 P 4000 D
2000
0 0
10
20
30
40 温度 ( ºC )
1. 反渗透膜运行温度: 5 - 40ºC. 若操作温度降低, 渗透通量也 将减少.若操作温度升高, 渗透通量也将增加. 2. 一般可粗略认为: 以25ºC为基准,操作温度上升/下降1 ºC, 相 应膜元件渗透通量上升/下降3%
4. 压密 压密是因为在操作时间内聚合物膜的蠕动所致。压密与膜的材料、
所受压力和温度有关，当压力和温度增加时蠕动的趋向加大。产水量 会因膜的压密随操作时间的增加而下降。
5．浓差极化 进水在原水流道内流动将会在膜表面形成边界层，当原水浓缩到
一定程度时将会造成边界层中的盐浓度高于主流体的盐浓度，这种现 象称为膜的浓差极化。它造成的后果：
各种反渗透膜适用的pH值的范围相差很大，脱盐率和水通量在一 定的pH范围内较为恒定，其最大脱盐率在pH8.5。
三、膜的种类及其结构特点
1．反渗透膜的类别 1）按膜本身的结构形态分类
①均质膜 为同一种材质、厚度均一的膜。为了增加强度以便耐压，膜的厚
度较厚，整个膜厚都起着屏障层的作用，因之透水性较差。 ②非对称膜
①醋酸纤维素膜
一般是用纤维素经酷化生成三醋酸纤维素(CTA)，再经过二次水 解成一、二、三醋酸纤维素的混合物。
醋酸纤维素膜的性能与其乙酰基含量有着密切的关系，作为膜材 质的醋酸纤维素中的乙酰基含量愈高，则脱盐性能愈好，但产水量愈 小。
为了均衡脱盐性能和透水性能，一般选择乙酰基含量为37.5～ 40.1％的醋酸纤维素。
（1）边界层中流体的渗透压高于主流体的渗透压，减少膜表面的有效 推动力，从而减少水的透过率。
（2）膜表面盐浓度的提高，增加了盐的透过率。 （3）增加了盐的过饱和度，导致在膜表面产生凝胶层或析出沉淀甚至
结垢，以至增加透过阻力，污染膜表面。保持与膜平行的高流速及在 膜表面处促进流体混合，使边界层厚度降低到最小，这样合宜的膜装 置设计是重要的。
FILMTEC的FT30 产品为以高交联芳香聚酸胺作为膜表皮的致 密脱盐层，高交联度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。
FILMTEC 开发的FT30 膜是一种典型的复合膜，其主要支持结 构是经压光机研光后的聚酯无纺织物，由于聚酯无纺织物非常不规则 且太疏松，不适合作为盐屏障层的底层，因而将微孔工程塑料聚砜浇 铸在非纺织物表面上。聚砜层表面的孔控制在大约150A。FT30 屏障 层采用高交联度的芳香聚酰胺，总厚度大约在2000A。
2、膜组件。膜元件安装在受压的压力容器外壳内形成膜组件。 3、回收率。指膜系统中给水转化为产水或透过液的百分率。回收率常
常希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 类的过饱和发生沉淀为它的极限值。
回收率=渗透液流量/进水流量×100％ 4、脱盐率 。通过膜从系统进水中去除固体浓度的百分率。
Zn+2Cl2-
Pure Water Layer
最为重要
K+Cl0.25F
S
S S
S
S
S
反渗透膜对有机物的作用:
1. 有机物的脱除率主要决定于有机分子的大小和形状; 2. 携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜.
以熔融纺丝液经过中空纤维的纺丝、热处理等工艺制成的很细很 细的非对称结构的中空纤维膜。
典型的中空纤维膜，如Dupont／Permasep B-9 型为外径85μm， 内径42μm 的中空膜，尽管丝很细，但内外径相比为1：2，如厚壁管 的结构，因此有很高的支撑强度，管外高压给水也不会使中空膜压扁。 由于丝很细，在同样的压力容器空间内可以容纳很多纤维，具有较高 的通流面积。
反渗透膜对无机盐的作用
1. 依靠荷点排斥性 一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜 会对各种离子产生荷电排斥性. 2. 依靠膜孔的筛选性
压力
溶液流动方向
Na+NO3-
纯水层 100F
Ni+2SO4-2
10 A
Al2+2(SO4-2)3
Na3+SO4-3
Na+Cl-
Ca+2Cl2-
(5)复合膜的脱盐率不随使用时间而改变，而醋酸纤维素膜由于不可避免 的水解，脱盐率会不断下降。
(6)复合膜由于Kw 大，其工作压力低，反渗透给水泵用电量与醋酸纤维 膜相比几乎减少一半。
(7)醋酸纤维膜的寿命一般仅三年，而复合膜有些已使用五年，性能仍完 好如初。
(8)复合膜的缺点是抗氯性较差，价格较贵。
6．给水的含盐量 渗透压是水所含盐分或有机物浓度和种类的函数。盐浓度增加，
渗透压也增加，因此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力主要 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)。 7．给水pH 值
2．芳香聚酰胺超薄复合膜与醋酸纤维素膜性能的对比
1)复合膜的化学稳定性好，醋酸纤维膜不可避免地会发生水解。
2)复合膜的生物稳定性好，复合膜不受微生物侵袭，而醋酸纤维膜易受 微生物侵袭。
3)复合膜的传输性能好，即Kw 大而Ks 小。
4)复合膜在运行中不会被压紧，因此产水量不随使用时间而改变，而醋 酸纤维膜在运行中会被压紧，因而产水量不断下降。
rh = ( 1 - 2)
1 =较稀溶液的位能 2 =较浓溶液的位能
液体升至此点, 达 到了渗透压平衡
rh = ( 2 - 1)
rh
渗透膜
浓溶液
稀溶液
- 反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经 过反渗透膜压迫流向较稀溶液.
- 由此可利用反渗透原理,达到分离溶液内成分的目 的.例如:将水和溶解物质的分离.
硫酸鈉
2.0% 5.0% 10.0%
氯化鈣
1.0% 3.5%
硫酸銅
2.0% 5.0% 10.0%
滲透壓力 有機鹽 濃度 滲透壓力
55 psi 125 psi 410 psi
SUCROSE MW 342
3.3% 6.4% 9.3% 24.0%
35 psi 73 psi 110 psi 350 psi
110 psi 304 psi 568 psi
为同一种材质，制做成致密的表皮层和多孔支持层。表皮层是一 层很薄的0.1～O.2μm 起盐分离的作用，因为阻力较小，膜的水通量 较均质膜有很大的提高(约增大十数倍)。非对称膜的出现是在发现膜 有脱盐作用大约七年之后，只有非对称膜。
③复合膜
为不同材质制成的几层膜的复合体，如图。表层为致密屏障表皮 (起阻止并分离盐分的作用)，厚约0．2μm，表皮过薄因而敷在强度 较高的度孔层上，多孔层厚约40μm，最底层为无纺织物支撑层，厚 约120μm，起支持整个膜的作用。由于表皮很薄，故得以有较高的 水通量(而且可能在较低压力下制水)；由于表皮和多孔层的材质的强 度好，具有高的抗压实性且不易破裂，盐透过量很低；复合膜的材质 理化性能好，因而有较好的膜特性指标，且使用寿命长。
由于醋酸纤维素是一种酯类，所以它会发生水解，水解的结果将 降低乙酰基的含量，使膜的性能受到损害，同时膜也更易受到生物的 侵袭。
醋酸纤维素的水解除和温度有关外，还和pH 有关，为使膜有较 长的使用寿命，在实际应用中应选择对醋酸纤维素水解速度最慢的 pH 范围。一般是控制原水的pH 值在5～6 之间。
②芳香聚酰胺膜
30.0% 35.0%
500 psi 645 psi
DEXTROSE 3.3%
62 psi
90 psi 308 psi
MW
9.3%
198
24.0%
30.0%
190 psi 605 psi 863 psi
57 psi
115 psi 231 psi
MW PPM =
分子量 10000 x 濃度百分比
1. 对于同一物质, 进水物质浓度 越高,渗透压越 高.
脱盐率(％)=(1－渗透液离子含量/进水离子含量)×100％ 在实际运行过程中，离子含量用电导率表示。
5、透盐率 脱盐率的相反值，它是指进水中溶解性的成分(污染物)透过膜的百
分率。 6、渗透液
经过膜系统产生的净化产品水。 7、SDI
SDI 值有时也称为污染指数，测定进水淤积(SDI 值)是判断反渗透 进水胶体污染可能性的最好的技术。它是设计RO 预处理系统之前应 该进行测定的重要指标。
外 来
P > ( 2 - 1)
压
力
反渗透膜
浓溶液
稀溶液
进水 Cfeed
模拟反渗透机
Cavg
高压泵
反渗透膜分离层
Cfeed Cperm Cconc Cavg
进水浓度 淡水浓度 浓水浓度 平均浓度
反渗透膜支撑层
浓水
Cconc
淡水
Cperm
进水水质与的渗透压力关系:
無機鹽
氯化鈉
濃度
0.5% 1.0% 3.5%
2. 对于同一浓度, 进水物质分子 量越小,渗透压 越高.
= MW OF SUCROSE
MW OF ORGANICS
B OF ORGANICS B OF SUCROSE
B = 渗透压力
系统操作压力对渗透通量的影响:
P eff = P op - rΠ P eff =有效压力 P op =操作压力 rΠ =渗透压
反渗透除盐系统培训
第一节 反渗透脱盐的基本原理
什么是反渗透? 我们首先介绍以下渗透过程 :
溶液会升高至此点, 以达到压力平衡
rh
渗透膜
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
浓溶液
稀溶液
正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液
由于渗透膜是只允许小分子(或小部分离子)通过.如果 渗透膜两边的小分子浓度不同,渗透膜两边将产生位能 差异.较稀溶液拥有较高位能( 1), 而较浓溶液拥有较 低位能( 2).水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直至 位能达到平衡.即
3）按膜的材质分类 制成不同结构、不同外形的膜材料，通用的有两大类，
即醋酸纤维素(Cellulose Acetate)膜，非醋酸纤维素膜 醋酸纤维素膜简称CA 膜及非醋酸纤维素膜，醋酸纤
维素膜是最早的非对称膜；
非醋酸纤维素膜，主要是芳香聚酞胺(AromaticPolyamide)膜，简称APA 膜，高交联芳香聚酰胺是当前 重要的复合膜材料。
Q perm,act =
Q perm,spec
P eff P spec
实际渗透通量, 有效压力 额定渗透通量, 额定压力
反渗透系统操作压力: 10-40 Bar 若操作压力降低, 渗透通量也将减少. 若操作压力升高, 渗透通量也将增加
第二节 反渗透膜
膜是反渗透的关键，理想的膜只允许溶液中的溶剂透 过，而不允许溶质透过。
良好的半透膜应具备以下特性： （1）透水率大，脱盐率高； （2）机械强度大； （3）耐酸、耐碱、耐微生物的侵袭； （4）使用寿命长； （5）制取方便，价格较低。
一、反渗透过程常用术语
1、膜元件。将反渗透于进水流道网格、产水收集流道、产水管和抗应 力器等用胶粘剂组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透过程的 最小单元称为膜元件。
复合膜出现于1977 年，称之为超薄复合膜(Thin Film Composite)，简称TFC，从应用非对称膜到TFC 问世，使反渗透水 处理的发展出现又一次飞跃。
2）按加工外形分类，分为平面膜和中空纤维膜两种。 ①平面膜
由平面膜作为中间原材料，可以加工为板式、管式或卷式反渗透膜 元件。
②中空纤维膜