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反渗透膜电镜照片
膜透过操作方式
反渗透基本原理
反渗透膜元件构造
集水管
膜
浓水
膜透过水
原水 流道网
原水
透过水 流道网
原水
膜元件的结构示意图
反渗透卷制图
反渗透膜袋
浓水网
淡水网
反渗透膜剥面图
膜元件端板
给水
产水流向 (透过膜后)
淡水网
反渗透膜
产水膜封口
浓水网
产水
浓水
产水中心管
反渗透组装图
给 水
V型圈
反渗透的基本原理 ——渗透压
纯水侧的水流入盐水侧, 浓水侧的液位上升,当上升 到一定高度后,水通过膜的 净流量等于零,此时该过程 达到平衡,与该液位高度对 应的压力称为渗透压 (Osmotic pressure), 该过程如左图所示:
反渗透的基本原理 ——渗透压
一般来说渗透压的大小,取决于溶液的种类、 浓度和温度,而与半透膜本身无关,通常可用下 式来计算渗透压: =CRT —渗透压,大气压 C—浓度差,摩尔/升 R—气体常数,等于0.08206升*大气压/摩尔*oK T—绝对温度 OK 上式是应用热力学公式推导出来的,因此只对稀溶液才是准 确的。C为水中离子浓度,若为非电解质则为分子的浓度。
浓度差
脱除溶液中的盐 类及低分子物
透 析
无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等
水、溶剂
压力差
脱除溶液中的盐 类及低分子物
反渗透和纳滤
蛋白质、各类酶、细菌、 病毒、乳胶、微粒子
溶剂、离子 和小分子压力差Biblioteka 脱除溶液中的胶 体、各类大分子
超 滤
悬浮物、细菌类、微粒子
水、溶剂 和溶解物
*氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上。
各项进水指标对 设备安全运行 的意义
余氯
醋酸纤维膜要求给水中含有残余氯,可防止细菌滋生,但含氯量过高会破坏膜,最大允许连续余氯的含量为1毫克/升。 复合膜抗氯性差,一般不允许余氯,采用加氯杀菌后,需加亚硫酸氢钠或经活性炭过滤消除余氯。 使用压力硫酸氢钠除余氯的反应如下: Na2S2O5+ H2O→NaHSO3 NaHSO3+HCLO→HCL+NaHSO4 理论上1.34公斤的Na2S2O5可以去除1公斤余氯,但在有溶解氧的情况下,对苦咸水去除1公斤余氯需投加3公斤Na2S2O5。Na2S2O5在干爽条件下储存,有效期为4-6个月,溶液的有效期与浓度变化有关。 溶液浓度(重量%) 2% 10% 20% 30% 最长有效期 3天 1星期 1月 6月 使用活性炭过滤清除余氯的反应如下:C+2CL2+2H2O→4HCL+CO2
反渗透脱盐机理 ——Donnan平衡模型
膜为固定负电荷型,据电中性原理及膜和溶液中离子化学位平衡,一般认为借助于排斥同离子的能力,荷电膜可用于脱盐,一般只有稀溶液,在压力下通过荷电膜时,有较明显的脱盐作用,随着浓度的增加,脱盐率迅速下降。二价同离子的脱除比单价同离子好,单价同离子的脱除比二价反离子的好。该理论以Donnan平衡为基础来说明荷电膜的脱盐,但Donnan平衡是平衡状态,而对于在压力下透过荷电膜的传质,还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
醋酸纤维素膜
从化学上讲,醋酸纤维素膜(Cellulose Acetate简称CA) 是一种羟基聚合物,它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸 纤维,再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。 作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高,脱盐性能 越好,但产水量越小。为了平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。 醋酸纤维是一种酯类,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。 醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外,还于PH值有 关。为增加膜的使用寿命,一般控制原水的PH在5-6之间。
复合膜
从结构来讲,复合膜 (Thin Film Composite简 TFC)是若干层薄皮的复 合体,此膜的最大特点是 抗压实性较高、透水率较 大和盐透率较小。
复合膜与醋酸纤维膜的性能比较
复合膜的化学稳定性较好,而醋酸纤维膜将会发生水解。 复合膜的生物稳定性好,复合膜不受生物侵袭,而醋酸纤维膜易受微生物的侵袭。 复合膜的输性能好。即Kw大而KS小。 复合膜在运行中不会被压紧,因此产水量不随使用时间改变;而醋酸纤维膜在运行中会被压紧,因而产水量下降。 复合膜的脱盐率不随时间而改变;而醋酸纤维膜由于会发生水解,脱盐率将会不断下降。 复合膜由于Kw大,其工作压力低,反渗透给水泵用电量是醋酸纤维膜给水泵用电量的一半。 醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为3年,而复合膜 的使用寿命大于三年。 复合膜的缺点为抗氯性较差,价格较贵。
涡卷式膜元件
涡卷式膜元件是美国UOP公司受美国内务部盐水局(OSW)委 托于1964年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采 用的膜为平面膜,为了使产品水在膜袋中流动,在信封状的半透膜 之内夹有产品水通道织物层。 RO系统运行时,原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜,此 时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩,剩余一部分原水沿与膜平行的 方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高,则其 在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度 不同,这种情况称为浓差极化。增大等不良后果,因此在涡卷式膜 元件中装有给水通道隔网,以增加给水—浓缩通道的紊乱程度,进 而减少浓差极化的发生。 涡卷式膜元件的主要规格参数有:外型尺寸、有效膜面积、产水 量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。
从以上两式可以看出,对膜来说Kw大Ks小则膜质量较好。相同面积和厚度的产水量与净驱动压力成正比,盐透过量只与膜两侧溶液浓度成正比,而与压力无关。
反渗透脱盐机理 ——溶解扩散模型
该模型假设膜是完美无缺的理想膜,高压侧浓溶液中各组分先溶于膜中,再以分子扩散方式通过膜,最后在低压侧进入稀溶液,任意组分(水或盐)的通量主要取决于化学位梯度,水和盐传质的推动力有两部分:浓度梯度和压力梯度。 该模型基本上可定量地描述水和盐透过膜的传递,但推导中的一些假设并不符合真实情况,另外传递过程中水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。
压力差
多孔膜、溶液的 微滤、脱微粒子
微 滤
被截留物质
透过物质
分离驱动力
膜的功能
膜的种类
主要膜分离过程
反渗透发展史
人类发现渗透现象至今已有200多年的历史,通常认为1748年Abbe Nollet发表的通过动物膜的试验为始点,之后,Vant Hoff建立了稀浓液的完整理论。J.W.Gibbs提供了认识渗透压及它与其他热力学性能关系的理论。 1953年,C.E.Reid建议美国内务部,把反渗透的研究纳入国家计划。 1956年,S.T.Yuster提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能性。 1960年,S.Loeb和S.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称乙酸纤维素反渗透膜。 1970年,美国Du Pont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器,与此同时Dow和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透器,UOP公司成功推出卷式反渗透元件。 1980年,Filmtec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜,80年代末高脱盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。90年代中,超低压高脱盐全芳香聚酰胺复合膜开发进入市场。
按膜元件结构种类概述
在反渗透技术刚起步时,主要采用管式和平 板式膜元件。但这两种膜元件初始投资高、膜的 填充密度低,因此常用于高污染给水处理。 卷式膜元件是把两层膜背对背粘结成膜袋, 之后将多个膜袋卷绕到多孔产水管上形成的。该 膜元件组成的系统投资低、耗电省,它是工业系 统中应用普遍的膜元件。其研制发展速度快,单 个膜元件的脱盐率高达99.7%。 中空纤维膜元件组成的反渗透系统有填充密 度高的特点,因而要求其对给水进行更严格的预 处理,以减少污堵的可能性。
RO技术交流
RO技术简介
按孔径分类的分离膜
不易透过气体
易透过气体
浓度差
气体、气体与 蒸汽分离
气体分离
液体、无机盐、乙醇溶液
蒸汽
压力差、浓度差
溶液中的低分子 及溶剂间的分离
渗透气化
无机、有机离子
离子
电位差
脱除溶液中的离子
电 渗 析
无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等
离子、低分 子物、酸、碱
反渗透脱盐机理 ——其他分离模型
除上述模型,许多学者还提出不小另外的模型,如脱盐中心模型,表面力-孔流模型,有机溶质脱盐机理等。
反渗透膜的种类
反渗透膜的种类多,分类方法也很多, 但大体上可按膜材料的化学组成和膜材料 的物理结构外型结构及来区分。 按膜材料的化学组成大致可分为: 醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜等 按膜材料的物理结构大致可分为: 非对称膜、复合膜等 按外型结构大致可分为: 管式、平板式、中空纤维式及涡管式
反渗透的基本原理 ——反渗透
当在膜的盐水侧施加 一个大于渗透压的压力 时,水的流向就会逆转, 此时盐水中的水将流入 纯水侧,这种现象叫反 渗透(Reverse Osmosis, 简称RO),该过程如左 图所示:
膜性能表示法
通常所说的膜性能是指膜的化学稳定 性和膜的分离透过特性。 膜的物化稳定性的主要指标有:膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH值范围以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性,有时尚需说明对某些物质,如水中游离氯或氧化性物质的最高允许浓度。 膜的分离透过性的主要指标是:脱盐率、产水率、流量衰减系数。
四种结构膜元件的特点比较
系统费用: 管式、平板式 >中空纤维式、涡卷式 设计灵活性: 涡卷式>中空纤维式>平板式>管 清洗方便性: 平板式>管式>涡卷式>中空纤维式 系统占地面积: 管式>平板式>涡卷式>中空纤维式 污堵可能性: 中空纤维式>涡卷式>平板式>管式 耗 能: 管式>平板式>中空纤维式>涡卷式
反渗透的基本原理 ——渗透
只透过溶剂而不透过溶质的膜称 为理想半透膜。当把溶剂和溶液(或两 种不同浓度的溶液)分置于此膜的两侧 时,溶剂将自发地穿过半透膜向溶液 (或从低浓度向高浓度溶液)侧流动, 这种自然现象叫做渗透(Osmosis),如 果上述过程中溶剂是纯水,溶质是盐 份,当用理想半透膜将它们分离开时, 纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐 水侧,此过程如左图所示:
浓水
产水
膜外壳
膜元件
反渗透装置图
机架
高压泵
浓水
产水
给水
膜外壳
反渗透一段进水
反渗透一段浓水进二段
反渗透浓水
反渗透产水
RO操作与维护
反渗透膜元件的进水条件
最高使用温度: 113F(45℃) 最大给水浊度: 4.0ppm 允许游离氯: <0.1ppm PH范围: 连续运行: 3-10 短时运行: 2-11 最大给水流量: 75GPM(17.0m3/h) 给水最大SDI值: 4.0 单个膜元件回收率:15%
反渗透脱盐机理 ——优先吸附-毛细空流动模型
溶液界面张力和溶质(活度)在界面的吸附Gibbs方程,预示了在界面处存在着急剧的浓度梯度,也就是说在膜的表面形成水分子薄层,在外力的作用下,优先通过反渗透膜。
反渗透脱盐机理 ——形成氢键模型
膜的表面很致密,其上有大量的活化点,键合一定数目的结合水,这种水已失去溶剂化能力,盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔合,使该活化点上其他结合水解缔下来,该解缔的结合水又与下面的活化点缔合,使该点原有的结合水解缔下来,此过程不断地从膜面向下层进行,就是以这种顺序型扩散,水分子从膜面进入膜内,最后从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴,以空穴型扩散,从膜面逐渐到产品水中的,但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。
膜性能表示法
Qw=Kw(ΔP+Δπ)A/T 式中:Qw—产水量 Kw—系数 ΔP—膜两侧的压差 Δπ—渗透压 A —膜面积 T —膜厚度 Kw与膜性质及水温有关, Kw越大,说明膜的透水 性能越好。
对于一张给定的膜,我们可以推导出产水量及盐透过量的计算公式:
Qs=Ks*ΔC*A/T 式中:Qs—盐透过量 Ks—系数 Δc—膜两侧盐浓度差 A —膜面积 T —膜厚度 Ks与膜性质、盐的种类及水温有关,Ks越大,说明膜的脱盐性能越好。
膜透过操作方式
反渗透基本原理
反渗透膜元件构造
集水管
膜
浓水
膜透过水
原水 流道网
原水
透过水 流道网
原水
膜元件的结构示意图
反渗透卷制图
反渗透膜袋
浓水网
淡水网
反渗透膜剥面图
膜元件端板
给水
产水流向 (透过膜后)
淡水网
反渗透膜
产水膜封口
浓水网
产水
浓水
产水中心管
反渗透组装图
给 水
V型圈
反渗透的基本原理 ——渗透压
纯水侧的水流入盐水侧, 浓水侧的液位上升,当上升 到一定高度后,水通过膜的 净流量等于零,此时该过程 达到平衡,与该液位高度对 应的压力称为渗透压 (Osmotic pressure), 该过程如左图所示:
反渗透的基本原理 ——渗透压
一般来说渗透压的大小,取决于溶液的种类、 浓度和温度,而与半透膜本身无关,通常可用下 式来计算渗透压: =CRT —渗透压,大气压 C—浓度差,摩尔/升 R—气体常数,等于0.08206升*大气压/摩尔*oK T—绝对温度 OK 上式是应用热力学公式推导出来的,因此只对稀溶液才是准 确的。C为水中离子浓度,若为非电解质则为分子的浓度。
浓度差
脱除溶液中的盐 类及低分子物
透 析
无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等
水、溶剂
压力差
脱除溶液中的盐 类及低分子物
反渗透和纳滤
蛋白质、各类酶、细菌、 病毒、乳胶、微粒子
溶剂、离子 和小分子压力差Biblioteka 脱除溶液中的胶 体、各类大分子
超 滤
悬浮物、细菌类、微粒子
水、溶剂 和溶解物
*氯的耐受力计算建立在无铁存在的基础上。
各项进水指标对 设备安全运行 的意义
余氯
醋酸纤维膜要求给水中含有残余氯,可防止细菌滋生,但含氯量过高会破坏膜,最大允许连续余氯的含量为1毫克/升。 复合膜抗氯性差,一般不允许余氯,采用加氯杀菌后,需加亚硫酸氢钠或经活性炭过滤消除余氯。 使用压力硫酸氢钠除余氯的反应如下: Na2S2O5+ H2O→NaHSO3 NaHSO3+HCLO→HCL+NaHSO4 理论上1.34公斤的Na2S2O5可以去除1公斤余氯,但在有溶解氧的情况下,对苦咸水去除1公斤余氯需投加3公斤Na2S2O5。Na2S2O5在干爽条件下储存,有效期为4-6个月,溶液的有效期与浓度变化有关。 溶液浓度(重量%) 2% 10% 20% 30% 最长有效期 3天 1星期 1月 6月 使用活性炭过滤清除余氯的反应如下:C+2CL2+2H2O→4HCL+CO2
反渗透脱盐机理 ——Donnan平衡模型
膜为固定负电荷型,据电中性原理及膜和溶液中离子化学位平衡,一般认为借助于排斥同离子的能力,荷电膜可用于脱盐,一般只有稀溶液,在压力下通过荷电膜时,有较明显的脱盐作用,随着浓度的增加,脱盐率迅速下降。二价同离子的脱除比单价同离子好,单价同离子的脱除比二价反离子的好。该理论以Donnan平衡为基础来说明荷电膜的脱盐,但Donnan平衡是平衡状态,而对于在压力下透过荷电膜的传质,还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
醋酸纤维素膜
从化学上讲,醋酸纤维素膜(Cellulose Acetate简称CA) 是一种羟基聚合物,它一般是用纤维素经酯化生成三醋酸 纤维,再经过二次水解成一、二、三醋酸纤维的混和物。 作为膜材料的醋酸纤维素中的乙酰基含量越高,脱盐性能 越好,但产水量越小。为了平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。 醋酸纤维是一种酯类,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。 醋酸纤维素膜的水解出和温度有关以外,还于PH值有 关。为增加膜的使用寿命,一般控制原水的PH在5-6之间。
复合膜
从结构来讲,复合膜 (Thin Film Composite简 TFC)是若干层薄皮的复 合体,此膜的最大特点是 抗压实性较高、透水率较 大和盐透率较小。
复合膜与醋酸纤维膜的性能比较
复合膜的化学稳定性较好,而醋酸纤维膜将会发生水解。 复合膜的生物稳定性好,复合膜不受生物侵袭,而醋酸纤维膜易受微生物的侵袭。 复合膜的输性能好。即Kw大而KS小。 复合膜在运行中不会被压紧,因此产水量不随使用时间改变;而醋酸纤维膜在运行中会被压紧,因而产水量下降。 复合膜的脱盐率不随时间而改变;而醋酸纤维膜由于会发生水解,脱盐率将会不断下降。 复合膜由于Kw大,其工作压力低,反渗透给水泵用电量是醋酸纤维膜给水泵用电量的一半。 醋酸纤维膜的使用寿命一般仅为3年,而复合膜 的使用寿命大于三年。 复合膜的缺点为抗氯性较差,价格较贵。
涡卷式膜元件
涡卷式膜元件是美国UOP公司受美国内务部盐水局(OSW)委 托于1964年首先开发出来的一种新型膜元件。涡卷式膜元件中所采 用的膜为平面膜,为了使产品水在膜袋中流动,在信封状的半透膜 之内夹有产品水通道织物层。 RO系统运行时,原水中一部分水盐与膜垂直的方向通过膜,此 时盐类和胶体物质将在膜表面浓缩,剩余一部分原水沿与膜平行的 方向将浓缩的物质带走。膜元件的水通量越大、回收率越高,则其 在膜表面浓缩程度越高。膜表面的物质浓度与主体水流中物质浓度 不同,这种情况称为浓差极化。增大等不良后果,因此在涡卷式膜 元件中装有给水通道隔网,以增加给水—浓缩通道的紊乱程度,进 而减少浓差极化的发生。 涡卷式膜元件的主要规格参数有:外型尺寸、有效膜面积、产水 量、脱盐率、操作及最高操作压力、最高使用温度和进水水质要求。
从以上两式可以看出,对膜来说Kw大Ks小则膜质量较好。相同面积和厚度的产水量与净驱动压力成正比,盐透过量只与膜两侧溶液浓度成正比,而与压力无关。
反渗透脱盐机理 ——溶解扩散模型
该模型假设膜是完美无缺的理想膜,高压侧浓溶液中各组分先溶于膜中,再以分子扩散方式通过膜,最后在低压侧进入稀溶液,任意组分(水或盐)的通量主要取决于化学位梯度,水和盐传质的推动力有两部分:浓度梯度和压力梯度。 该模型基本上可定量地描述水和盐透过膜的传递,但推导中的一些假设并不符合真实情况,另外传递过程中水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。
压力差
多孔膜、溶液的 微滤、脱微粒子
微 滤
被截留物质
透过物质
分离驱动力
膜的功能
膜的种类
主要膜分离过程
反渗透发展史
人类发现渗透现象至今已有200多年的历史,通常认为1748年Abbe Nollet发表的通过动物膜的试验为始点,之后,Vant Hoff建立了稀浓液的完整理论。J.W.Gibbs提供了认识渗透压及它与其他热力学性能关系的理论。 1953年,C.E.Reid建议美国内务部,把反渗透的研究纳入国家计划。 1956年,S.T.Yuster提出从膜表面撇出所吸附的纯水作为脱盐过程的可能性。 1960年,S.Loeb和S.Sourirajan制得了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称乙酸纤维素反渗透膜。 1970年,美国Du Pont公司推出由芳香族聚酰胺中空纤维制成的渗透器,与此同时Dow和东洋纺公司先后开发出三乙酸纤维素中空纤维反渗透器,UOP公司成功推出卷式反渗透元件。 1980年,Filmtec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜,80年代末高脱盐率的全芳香聚酰胺复合膜工业化。90年代中,超低压高脱盐全芳香聚酰胺复合膜开发进入市场。
按膜元件结构种类概述
在反渗透技术刚起步时,主要采用管式和平 板式膜元件。但这两种膜元件初始投资高、膜的 填充密度低,因此常用于高污染给水处理。 卷式膜元件是把两层膜背对背粘结成膜袋, 之后将多个膜袋卷绕到多孔产水管上形成的。该 膜元件组成的系统投资低、耗电省,它是工业系 统中应用普遍的膜元件。其研制发展速度快,单 个膜元件的脱盐率高达99.7%。 中空纤维膜元件组成的反渗透系统有填充密 度高的特点,因而要求其对给水进行更严格的预 处理,以减少污堵的可能性。
RO技术交流
RO技术简介
按孔径分类的分离膜
不易透过气体
易透过气体
浓度差
气体、气体与 蒸汽分离
气体分离
液体、无机盐、乙醇溶液
蒸汽
压力差、浓度差
溶液中的低分子 及溶剂间的分离
渗透气化
无机、有机离子
离子
电位差
脱除溶液中的离子
电 渗 析
无机盐、糖类、氨基 酸、BOD、COD等
离子、低分 子物、酸、碱
反渗透脱盐机理 ——其他分离模型
除上述模型,许多学者还提出不小另外的模型,如脱盐中心模型,表面力-孔流模型,有机溶质脱盐机理等。
反渗透膜的种类
反渗透膜的种类多,分类方法也很多, 但大体上可按膜材料的化学组成和膜材料 的物理结构外型结构及来区分。 按膜材料的化学组成大致可分为: 醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜等 按膜材料的物理结构大致可分为: 非对称膜、复合膜等 按外型结构大致可分为: 管式、平板式、中空纤维式及涡管式
反渗透的基本原理 ——反渗透
当在膜的盐水侧施加 一个大于渗透压的压力 时,水的流向就会逆转, 此时盐水中的水将流入 纯水侧,这种现象叫反 渗透(Reverse Osmosis, 简称RO),该过程如左 图所示:
膜性能表示法
通常所说的膜性能是指膜的化学稳定 性和膜的分离透过特性。 膜的物化稳定性的主要指标有:膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH值范围以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性,有时尚需说明对某些物质,如水中游离氯或氧化性物质的最高允许浓度。 膜的分离透过性的主要指标是:脱盐率、产水率、流量衰减系数。
四种结构膜元件的特点比较
系统费用: 管式、平板式 >中空纤维式、涡卷式 设计灵活性: 涡卷式>中空纤维式>平板式>管 清洗方便性: 平板式>管式>涡卷式>中空纤维式 系统占地面积: 管式>平板式>涡卷式>中空纤维式 污堵可能性: 中空纤维式>涡卷式>平板式>管式 耗 能: 管式>平板式>中空纤维式>涡卷式
反渗透的基本原理 ——渗透
只透过溶剂而不透过溶质的膜称 为理想半透膜。当把溶剂和溶液(或两 种不同浓度的溶液)分置于此膜的两侧 时,溶剂将自发地穿过半透膜向溶液 (或从低浓度向高浓度溶液)侧流动, 这种自然现象叫做渗透(Osmosis),如 果上述过程中溶剂是纯水,溶质是盐 份,当用理想半透膜将它们分离开时, 纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐 水侧,此过程如左图所示:
浓水
产水
膜外壳
膜元件
反渗透装置图
机架
高压泵
浓水
产水
给水
膜外壳
反渗透一段进水
反渗透一段浓水进二段
反渗透浓水
反渗透产水
RO操作与维护
反渗透膜元件的进水条件
最高使用温度: 113F(45℃) 最大给水浊度: 4.0ppm 允许游离氯: <0.1ppm PH范围: 连续运行: 3-10 短时运行: 2-11 最大给水流量: 75GPM(17.0m3/h) 给水最大SDI值: 4.0 单个膜元件回收率:15%
反渗透脱盐机理 ——优先吸附-毛细空流动模型
溶液界面张力和溶质(活度)在界面的吸附Gibbs方程,预示了在界面处存在着急剧的浓度梯度,也就是说在膜的表面形成水分子薄层,在外力的作用下,优先通过反渗透膜。
反渗透脱盐机理 ——形成氢键模型
膜的表面很致密,其上有大量的活化点,键合一定数目的结合水,这种水已失去溶剂化能力,盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔合,使该活化点上其他结合水解缔下来,该解缔的结合水又与下面的活化点缔合,使该点原有的结合水解缔下来,此过程不断地从膜面向下层进行,就是以这种顺序型扩散,水分子从膜面进入膜内,最后从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴,以空穴型扩散,从膜面逐渐到产品水中的,但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。
膜性能表示法
Qw=Kw(ΔP+Δπ)A/T 式中:Qw—产水量 Kw—系数 ΔP—膜两侧的压差 Δπ—渗透压 A —膜面积 T —膜厚度 Kw与膜性质及水温有关, Kw越大,说明膜的透水 性能越好。
对于一张给定的膜,我们可以推导出产水量及盐透过量的计算公式:
Qs=Ks*ΔC*A/T 式中:Qs—盐透过量 Ks—系数 Δc—膜两侧盐浓度差 A —膜面积 T —膜厚度 Ks与膜性质、盐的种类及水温有关,Ks越大,说明膜的脱盐性能越好。