电厂化学课件3

电厂化学课件3 1.反渗透装置
1）定义：
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。

因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。

根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。

若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。

2）作用：
反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。

也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。

由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。

现已大规模应用于海水和苦咸水(见卤水)淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。

此外，反渗透技术应用于预除盐处理也取得较好的效果，能够使离子交换树脂的负荷减轻松90%以上，树脂的再生剂用量也可减少90%。

因此，不仅节约费用，而且还有利于环境保护。

反渗透技术还可用于除于水中的微粒、有机物质、胶体物，对减轻离子交换树脂的污染，延长使用寿命都有着良好的作用。

3）发展：
国外已有日产水量10万吨级的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力为日产水量6000吨。

国内已建和在建的反渗透海水淡化装置日产水量350-1000吨，国外单段反渗透海水淡化的水利用率最高达45%，国内多为35%，另外国内渔船上装载的反渗透海水淡化膜多用直径为2.5英寸的小型膜元件。

目前国内批量生产海水淡化装置的公司不超过10家，在河北建设的日产水量18000吨的"亚海水"脱盐装置是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。

今后
国内海水淡化膜的应用将进入一个新时期，不久的将来，我国
也会建设日产水万吨级的海水淡化装置。

此外国内已开始商业
生产海水淡化反渗透膜元件。

主要困难是研制价格便宜、稳定、长期受压无损的反渗透膜。

中国从21世纪初开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国
家的大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产业化重点
发展专项计划，由国家海洋局下的杭州水处理研究开发中心的
子公司--杭州北斗星膜制品有限公司承担并研发成功。

目前反
渗透膜市场95%为进口膜，国产膜只占据了5%左右的市场，中
国的反渗透技术还有很长的路要走。

4）材质与特点：
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0.5~10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结
构有关。

有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并
不好。

有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的
透过速度相对较快。

因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗
透量或脱盐率。

反渗透膜应具有以下特征:(1)在高流速下应具有高效脱盐率;(2)具有较高机械强度和使用寿命;(3)能在较低操作压力下
发挥功能;(4)能耐受化学或生化作用的影响;(5)受pH值、温度
等因素影响较小;(6)制膜原料来源容易，加工简便，成本低廉。

反渗透膜的结构，有非对称膜和均相膜两类。

当前使用的膜
材料主要为醋酸纤维素和芳香聚酰胺类。

其组件有中空纤维式、卷式、板框式和管式。

5）选择反渗透RO膜需要考虑哪些性能指标。

通常分为三个:脱盐率、产水量、回收率。

回收率≥75%，脱盐率≥98%，
通量≥17.5L/m2.h；
一、RO反渗透膜的脱盐率和透盐率
RO反渗透膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐
率的高低取决于反渗透RO膜元件表面超薄脱盐层的致密度，
脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。

反渗透膜对不同
物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及
复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如:钠离子、
钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也可超过了98%(反渗透膜使
用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低)对分子
量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于
100的有机物脱除率较低。

反渗透膜的脱盐率和透盐率计算方法:
RO膜的盐透过率=RO膜产水浓度/进水浓度×100%
RO膜的脱盐率=(1–RO膜的产水含盐量/进水含盐量)×100% RO膜的透盐率=100%–脱盐率
二、RO反渗透膜的产水量和渗透流率
RO膜的产水量--指反渗透系统的产水能力，即单位时间内
透过RO膜的水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。

RO膜的渗透流率--也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。

指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每
天(GFD)表示。

过高的渗透流率将导致垂直于RO膜表面的水
流速加快，加剧膜污染。

三、RO反渗透膜的回收率
RO膜的回收率--指反渗透膜系统中给水转化成为产水或透
过液的百分比。

依据反渗透系统中预处理的进水水质及用水要
求而定的。

RO膜系统的回收率在设计时就已经确定。

(1)RO膜的回收率=(RO膜的产水流量/进水流量)×100%
(2)反渗透(纳滤)膜组件的回收率、盐透过率、脱盐率计算公
式如下:
反渗透膜组件的回收率= RO膜组件产水量/进水量×100%
反渗透膜组件的盐分透过率=RO膜组件产水浓度/进水浓度
×100%
6）影响因素
1、进水压力对反渗透膜的影响
进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几
乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，
提高脱盐率。

当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，
加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。

2、进水温度对反渗透膜的影响
反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就
增加2.5%-3.0%;(以25℃为标准)
3、进水PH值对反渗透膜的影响
进水PH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大影响。

PH值在7.5-8.5之间，脱盐率达到最高。

4、进水盐浓度对反渗透膜的影响
渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。

7）保养与存放
随着净水设备在水处理行业的广泛应用，反渗透膜也渐渐的被人重视。

反渗透膜的成本是消费者最关心的问题之一，良好
的保养，有助于延长反渗透膜的使用寿命。

设备试机完后，我们两种方法保护反渗透膜。

设备试机运行两天(15~24h)，然后采用2%的甲醛溶液保养;或运行2~6h后，用1%的NaHSO3的水溶液进行保养反渗透膜(应排尽设备管路
中的空气，保证设备不漏，关闭所有的进出口阀)。

两种方法均
可得到满意的效果，第一种方法成本高些，在闲置时间长时使用，第二种保养反渗透膜的方法在闲置时间较短时使用。

反渗透膜保存条件
反渗透膜元件的保管条件
(1)新膜(使用前)
①膜元件必须一直保持在湿润状态。

即使是在为了确认同一包装的数量而需暂时打开时，也必须是在不捅破塑料袋的状态下，此状态应保存到使用时为止。

②在超过10℃的氛围中保存时也要避免直射阳光，选择通
风良好的场所。

这时，保存温度勿超过35℃。

③如果发生冻结就会发生物理破损，所以要采取保温措施，勿使之冻结。

(2)通水后膜元件
①膜元件必须一直保持在阴暗的场所，保存温度勿超过35℃，并要避免直射阳光。

②温度为0℃以下时有冻结的可能，要采取防冻结措施。

③复合系列膜元件要用含有存用药品(重亚硫酸钠，
500~1000mg/L，pH值3~6)的纯水或反渗透过滤水进行浸泡。

④无论在何种情况下进行保存时，都不能使膜处于干燥状态。

⑤保存液的浓度及pH值都要保持在上述范围，需定期检查。

如果可能发生偏离上述范围时，要再次调制保存液。

8）清洗
在许多情况下，系统冲洗只是简单地通过增加表面流速冲洗膜表面的沾污物、沉积物。

对固体颗粒物质沾在膜上，结合不紧密时，冲洗效果较好，冲冼应每天进行或运行一段
时间后进行（注意：冲冼时进水压力不应大于0.4MPa。

否
则会损坏反渗透膜，保用期失效。

），当冲洗无效时，应进行药剂清洗。

系统清洗非常重要，因膜表面沉积物降低产水流量，影响产水质量，沉积物还可能对膜产生永久性化学损伤，缩短膜的使用寿命，当发现产水流量和脱盐率下降或压差增加时，则表明系统需要清洗，正常情况每组反渗透运行约四个月清洗一次，清洗为手动操作。

清洗压力一般为
0.3MPa，每次清洗一般约需2～4小时。

RO运行中当出现以
下情况也必须进行化学清洗。

●进水压力、中段压力、浓水压力在运行条件不
变的情况下，此三个压力间的压差比初始压差上升15～
20％。

●在运行条件不变的情况下产水量下降5～20％。

●产水量不变的情况下脱盐率下降。

配药
清洗RO 膜的清洗液配方表
注释:
W：重量百分比 TSP：磷酸三钠
V：体积百分比 HCl：盐酸
CaCO3：碳酸钙 H3PO4：磷酸
CaSO4：硫酸钙 CITRIC ACID：柠檬酸
NaOH：氢氧化钠 NH2SO3H：氨基磺酸
Na-EDTA：乙二胺四乙酸钠Na2S2O4：连二亚硫酸钠
Na-DDS：十二烷基硫酸钠NH4F-HF：氟化氢铵
STP：三聚磷酸钠
清洗步骤
打开对应机组的清洗进水阀、产水，浓水回水阀，关闭对应机组的其它阀门。

1）低流量清洗: 启动泵用调节阀控制流量，以低流量（参考表1约一半的流量）注入预热过的清洗液，并用低压排除设备余水，用仅够补偿从进水到浓缩出水的压降的
压力进行清洗。

此压力应低到基本不产生渗透为宜，低压可使浓缩物在膜上再沉积减至最少，过程需要防止清洗液被稀释。

2）反复循环清洗: 排除了设备余水后，清洗液将以浓缩液的流态和透过液的形态两种形式存在。

反复循环这两种液体至清洗液水箱并保持温度稳定。

3）浸泡：关泵，浸泡清洗单元。

一般情况下，浸泡时间为1小时已足够；但对于较污浊的，延长浸泡时间是有益的，通常浸泡10～15小时。

在较长时间的浸泡期间，若RO 清洗液温度下降，需用较慢的循环流量(约10％的额定清洗流量)注入温度较高(≤30℃)的清洗液，保持恒定的浸泡温度。

4）大流量清洗：大流量清洗。

以步序表给出的流量用30～60分钟注入清洗液。

高流量冲掉膜表面清洗剥落的污垢，如果单元污染严重，用高出表150％的流量清洗，但高流量会引起压降，最大允许压降是每个清洗单元20psi。

5）冲掉清洗液：可用滤后水冲掉清洗液，具有腐蚀性的除外(如：滞流的海水会腐蚀不锈钢管)为防沉淀，最低的冲洗温度为20℃。

2.树脂除盐设备
1）流程阳床无顶压的逆流再生工艺流程
排气→小反洗→大反洗(只用于运行十个周期后，每次大反
洗前小反洗一次，以松动压脂层)→放水→预喷射→进酸→置换→排气→小正洗→大正洗
2）原理运行时：阳树脂 (H-R) + (M+) --> ：(M-R) + (H+) 再生过程为其逆过程。

换反应十分有利。

5)阳离子交换器的酸性出水可以中和水中的碱度(HCO3-)，生成的H2CO3，可通过脱碳器除去。

所以阳离子交换器在前能够减轻阴离子交换器的负荷。

4）混床是指水通过装有氢型阳离子交换树脂和装有氢氧型阴离子交换树脂的系统。

氢型阳离子交换树脂用于除去水中的阳离子;氢氧型阴离子交换树脂用于除去水中的阴离子。

通过混床可将水中的种矿物盐基本除去。

为了获取较好的除盐效果，混床内装载强酸阳离子交换树脂和强碱阴离子交换树脂。

混床
也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床混床是混合离子
交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备。

所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装
置中，对流体中的离子进行交换、脱除。

由于阳树脂的比重比
阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。

一般阳、阴
树脂装填的比例为1:2，也有装填比例为1:1.5的，可按不同树
脂酌情考虑选择。

混床也分为体内同步再生式混床和体外再生
式混床。

同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因
此所需附属设备少，操作简便。

混床处理工艺的设备包括混合离子交换器和体外再生设备。

其中体外再生设备主要包括树脂分离器、阴(阳)树脂再生器、树脂贮存塔、混杂树脂塔和酸碱再生设备。

国内混床处理工艺主
要特点体现在树脂分离再生工艺上。

树脂的分离再生工艺有三种。

混床设备外壳采用优质304不锈钢或碳钢衬胶制造，内装强
型或弱型阴阳离子交换树脂和大孔吸附树脂，成为阴，阳床或
有机物清扫器。

5）设备优点
1、出水水质优良，出水pH值接近中性。

2、出水水质稳定，短时间运行条件变化(如进水水质或组分、运行流速等)对混床出水水质影响不大。

3、间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需
的时间比较短。

4、回收率达到100%
6）运行
本系统有两种进水方式:软化(软化器处理水)进水和初脱盐(反渗透处理水)进水，分别由各自的控制阀控制进水。

运行时，开初脱盐进水控制阀、进水阀、产水阀，其他阀们均应关闭
反洗
关闭进水阀、产水阀;打开反洗进水阀、反洗排放阀，以
10m/h反洗15min。

然后，关闭反洗进水阀、反洗排放阀。

静置，沉降5~10min。

开排气阀、中排阀，部分排水至树脂层表面上10cm左右，关闭排气阀、中排阀。

再生
开进水阀、加酸泵、进酸阀、中排阀，以5m/s、200L/h对阳树脂进行再生，用反渗透产水对阴树脂进行清洗，维持柱内液面在树脂层表面上10cm。

对阳树脂再生30min后，关进水阀、加酸泵、进酸阀，开反洗进水阀、加碱泵、进碱阀，以
5m/s、200L/h对阴树脂进行再生，用反渗透产水对阳树脂进行清洗，维持柱内液面在树脂层表面上10cm，再生30min。

置换、混脂、冲洗
关加碱泵、进碱阀，开进水阀，上下同时进水对树脂进行置换、清洗。

30min后，关进水阀、反洗进水阀、中排阀，开反洗排放阀、进气阀、排气阀，以压力0.1~0.15MPa，气量
2~3m3/(m2·min)，混合树脂0.5~5min。

关反洗排放阀、进气阀，沉降1~2min。

开进水阀、正洗排放阀，调节排气阀，灌水至柱内无空气后，关排气阀，对树脂冲洗。

当电导率达到要求时，开产水阀，关正洗排放阀，开始制水。

7）再生操作
1，阳床直径：3000mm，截面积： 7.0m2
树脂层高；1600mm, 阳树脂Amberlite IR120H
装填量：11300L( 452包)
1.1准备工作：
1.1.1 , 树脂床彻底反洗，确认检查设备完好。

1.1.2，在树脂床中放入约1/4床的除盐水。

1.1.3, 可人工装或水流抽射，不可用泥浆泵装树脂。

1.2 , 新阳树脂启动程序：
1.2.1, 加入阳树脂完毕，反洗10-20min树脂使树脂层水平，流
速80-100m3/h,观察阳树脂层高度位置。

1.2.2, 初次再生
●阳树脂无需再生；
2，阴床直径：3000mm，截面积： 7.0m2
树脂层高；2500mm(OH) , 阴树脂Amberlite IRA402Cl
装填量：15000L(600包); 装填高度: 2145mm
2.1准备工作：
2.1.1, 树脂床彻底反洗，确认检查设备完好。

2.1.2在树脂床中放入约1/4床的除盐水。

2.1.3, 可人工装或水流抽射，不可用泥浆泵装树脂。

2.2 , 新阴树脂启动程序：
2.2.1, 加入阴树脂完毕，反洗10-20min树脂使树脂层水平，流
速50-70m3/h,观察阴树脂层高度位置。

2.2.2初次再生
●准备工作, 再生碱用量250kg/m3树脂（100%含量）, 约需：
30%NaOH: 12.5m3.
●逆流再生，再生碱浓度4%。

再生流速30m3/h, 由下向上流过树
脂层，约180分钟通完。

●置换，以相同流速置换约60分钟至PH<8.0或出水电导接近
100us/cm; 再生结束(运行时80m3/h流速注满水，在提高到运行流速）
正常逆流再生方案
1 阳床：
1.1 准备工作, 再生酸用量 65kg/m3树脂（100%含量）,再生浓度4-5%, 约 30%盐酸
2.4m
3.
1.2，逆流再生，再生流速30m3/h, 由下向上流过树脂层，约 30分钟通完。

1.3，置换，以相同流速置换约40分钟至PH>6或进出水电导接近100us/cm，再生结束.(运行时80m3/h流速注满水，在提高到运行流速）
2,阴床:
2.1, 准备工作, 再生碱用量 65kg/m3树脂（100%含量）,
3.2m3/30%/ NaOH/床，再生碱浓度4%。

2.2，逆流再生，再生流速30m3/h, 由下向上流过树脂层，约50分钟通完。

2. 3，置换，以相同流速置换约60-70分钟至PH<8，或出水电导接近100us/cm，再生结束.(运行时80m3/h流速注满水，在提高到运行流速）
混床现场运行
混床
直径：3000mm，截面积: 7.0m2
阳树脂1200H ：层高: 500mm, 3500L（140包）,
阴树脂4200Cl: 层高： 1000mm（OH）. 6000L（240 包）
1,准备工作：
1.1 原树脂床彻底反洗干净，确认检查设备完好。

1.2 在树脂床中放入约1/2床的除盐水。

1.3 先装阳树脂，可人工装或水流抽射，不可用泥浆泵装树脂。

2, 新树脂启动程序：
2.1，加入阳树脂完毕，反洗树脂使树脂层水平,反洗流速70m3/h,
时间约10分钟。

观察阳树脂层与中排高度。

2.2，开始加入阴树脂，并使树脂层水平。

注意：加入阴树脂后绝对禁止反洗床层，以免造成混合，
3，初次再生：
同步倍量再生：
3.1, 再生阴树脂，新树脂第一次再生必须使用倍量再生, 1800Kg NaOH/床（100%）， 30%NaOH: 6. m3, 再生碱浓度4%(质量体积比) , 再生流速25m3/h, 时间约 110min.
3.2, 再生阳树脂，：无需再生；
3.3，开始同步慢洗，时间60min, 流速 25m3/h; (再生流速), 洗至出水电导<10us/cm或 PH: 7.5-8.0
3.4，静止床层底部排水至水面高于阴树脂界面15cm处，通压缩空气,气量：900-1200m3/h, 压力： 0.7-1Kg/cm2, 混脂8-10分钟（可水气共混），混床备用。

（混床投运时注满水流速<100m3/h）
正常使用再生程序：
4.1 ，对失效混床反洗分层 ,反洗流速80-110m3/h，树脂层到达上视镜保持20min.（如分层不好，通4-5%NaOH 10min，浸泡1hr, 再次反洗分层。

）停止反洗观察分离效果。

4.2, 同步再生:
阳树脂再生，30%HCL量1.2m3/次，再升酸浓度4-5% 再生流速25m3/h, 时间 25min; 阴树脂再生. 30% NaOH 量1.8m3/次再生碱浓度4% , 再生流速25m3/h, 时间 40Min.
4.3，同步慢洗: 时间6 0-70min, 流速2 5m3/h；洗至中排出水电导率<10us/cm，ph: 8.0
4.4，静止床层底部排水至水面高于阴树脂界面15cm处，通压缩空气流量：900-1200m3/h, 压力0.7-1.0Kg/cm2混脂10-15分钟，混脂过程开进气门时，开反洗进水80m3/h约3分钟。

混脂结束静止床层10分钟，运行进水阀至床层充满水流速<100m3/h，混床即可投入运行。

注：置换过程一定彻底，必须达到电导和PH标准。

喷射器，又名:引射器、射流真空泵、射流真空喷射器、喷射泵、水喷射器、真空喷射器，是利用流体来传递能量和质量的真空获得装置，采用有一定压力的水流通过对称均布成一定侧斜度的喷嘴喷出，聚合在一个焦点上。

由于喷射水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空。