反渗透基础知识

PROC10 LFC1 LFC1 PROC10
辽宁阜新金山煤矿热电
厂
12 960
LFC3-LD
安徽阜阳电厂
9 840
LFC3-LD
表 ESPA®系列膜元件的主要业绩
用户
Orange County，美国 Ulu Pandan，新加坡 内蒙古包头钢铁集团薄 板厂
浓缩倍数 1.05 1.11 1.18 1.25 1.33 1.43 1.54 1.67 1.82 2.00 2.22 2.50 2.86 3.33 4.00 5.00 6.67 10.00 20.00
串联膜 1
2
4
6
8
回收率 ≤18 ≤32 ≤50 ≤58 ≤68
以上数据是在没有浓水回流的状态下最大值。
Ø正常运行时对脱盐率的影响； Ø 清洗时不同pH值的清洗效果以及清洗时pH值的范围。
对第一点来说，正常运行时的pH值应该接近中性，即pH值7左右。这是由两个因素决定的：
Ø反渗透膜在pH值7.5 – 7.8时脱盐率最高：
Ø碳酸盐体系的平衡关系 ：
H2CO3
H+
+
H
C
O
3
2 H+ + CO32-
当pH值小于8时，水中的CO32-和HCO3-开始部分转化为CO2；当pH值小于4时，水中全部CO32-和HCO3-都转化为CO2。
Qp
K e Qfavg p
2Rec.
K pe 2Rec.
一级RO 系统β因子极限值为1.20 二级RO系统β因子最大可容忍到1.70
通常产水通量的增加会增加边界层的盐浓度，从而增加Cs；而给水流量的增加会增大膜表面流速，削减边界层的 厚度。因此 β 值与产水流量（Qp）成正比，与平均进水流量（Qfavg）成反比
12 ≤80
18 ≤90
图 反渗透膜元件串连长度与回收率的关系
CO2
HCO3-
CO32-
RO
图 透盐率随pH值的变化曲线
7、膜表面电荷与给水pH的影响
膜 表 面 电 荷
图 水溶液中的碳酸盐体系的平衡关系
(mV)
PH
8、进水隔网厚度的影响：
Ø 优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗周期短，易于清洗干净 Ø 缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的切向流速来保证紊流和降低边界层效应；以 上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。
7、脱盐率： Rej. 100% SP
8、回收率： Rec. Qp 100%
Qf
Rec. —— 回收率（Recovery），%；
Qp —— 产水流量；
Qf —— 进水流量。
9、浓差极化：当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓
度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。
Kp —— 比例常数，其值取决于反渗透系统的构成方式。平均进水流量采用进水量和浓缩液流量的算术 平均值，β 值可以进一步表达为膜元件透过液回收率的函数
10、错流过滤与全量过滤
Depth Filtration
2 Streams Feed
Membrane
Permeate
Feed
Membrane
Crossflow Filtration
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
进水量 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
浓水量 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
产水量 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
图 浓缩倍数与回收率关系
回收率 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95%
浓差极化效应如下：
l 膜表面上的渗透压比本体溶液中高，从而降低NDP；
l 降低水通量（Qw）； l 增加透盐量（Qs）； l 增加难溶盐的浓度，超过其溶度积并结垢。
l 胶体物质的扩散速度较盐分小数百至数千倍，因此加剧膜元件的胶体污染
浓差极化因子：膜表面盐浓度（Cs）与本体溶液盐浓度（Cb）的比值
Cs Cb
表 SWC®系列膜元件的主要业绩
用户
产水量，m3/d
膜元件型号
Skikda & Beni Saf，阿尔及利亚 300 000
SWC5
Fujairah，阿拉伯联合酋长国
Escombreras，西班牙
浙江华能玉环电厂
170 000 64 000 11 520
SWC3 SWC5 SWC5
浙江浙能乐清电厂
10 500
Kw 和 A 两个常数是与膜和温度相关的常数
NDP —— 净驱动力（Net Drive Pressure，缩写：NDP）。
膜的水通量与总驱动压力差成正比
4、盐在膜中的透过量：
Qs
ΔC Ks
S d
Qs B ΔC
Qs —— 膜的透盐量； Ks —— 膜的盐渗透系数；
ΔC —— 膜两侧盐浓度差； S —— 为膜面积； d —— 为膜厚度。
3 Streams
Permeate
Concentrate
二、影响膜性能的主要参数
1、操作压力的影响 ：
Ø 水通量的增加与压力成正比。
Ø 脱盐率同样和压力成正比，但是不同用途膜元件的脱盐率随压力的变化趋势是不同的。
原则上说，膜元件的分离层越致密，脱盐率随操作压力的正比变化越不显著，这时脱盐率基本保持一个定值（例如：海水化 反渗透膜元件SWC®系列），当膜元件的分离层比较疏松时，操作压力对于脱盐率的影响较大（例如：超低压大通量反渗透膜元 件ESPA®系列）。
产水量 ，m 3/d 脱盐 率，%
50. 0
99.8
99.8
45.0
40. 0
99.6
99.6
30. 0
40.0
99.4 20. 0
99.4
10. 0
产水量
99.2
35.0
Permeate Flow Rate
99.2
脱盐率
Rejec tion
0. 0
99.0
0.00
0.50
1.00
1.50
2. 00
R —— 气体常数，8.314（L KPa）/（mol K）；
T —— 热力学温度，K。
Qw
ΔP
Δπ Kw
S d
Qw —— 水的透过量；
Qw A NDP
ΔP —— 膜两侧压力差；
Δπ —— 膜两侧的渗透压差； S —— 膜面积；
Kw —— 膜的纯水渗透系数； d —— 膜分离层的厚度。
A —— 膜的水透过常数；
4、温度的影响
Ø温度对脱盐率和产水量的影响非常大。对全部类型的反渗透膜元件来说，当温度升高时，由于水的粘度降低，产水量也随之 增加。通常在相同的压力下，温度每上升或下降1 ℃，产水量可增大或降低3 – 4 %。 Ø另一方面温度对于脱盐率的影响根据膜材质的不同而表现的大相径庭。一般来讲温度增高脱盐率降低。这是由于当温度上升 时，盐的扩散速度就会增大。
图 操作压力对产水量和脱盐率的影响
图2.2 给水流量对产水量和脱盐率的影响
1 2 3 4
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反渗透膜元件知识介绍
1、反渗透脱盐的机理：
1) 毛细孔流理论认为水分子在膜表面形成纯水层，而膜上存在非常细小的孔，纯水可以通过 这些孔透过膜
2) 而溶解扩散理论认为水分子可以通过膜中的分子节点扩散到另一侧。
2、渗透压：
式中
3、产水量：
π cRT
π 棗 渗透压，KPa；
c —— 离子浓度，mol/L；
Cp
Qs Qw
6、透盐率：通常反渗透膜不会百分之百的截留水中的溶解性物质，因此各种盐分均具有一定的透过率
SP Cp 100% Cfm
SP Qs 100% Qw Cfm
SP
BΔC
A NDPCfm
100%
SP —— 透盐率（Salt Passage），%；Cp —— 透过液盐浓度； Cfm —— 料液的平均盐浓度。
压力损失，kPa
100 80 60 40 20
0
采用28 mil进水隔 网的CPA3膜元件
其他市售采用34mil 进水隔网的膜元件
采用专利34mil进 水隔网的PROC10
5
10
15
20
给水流量，m3/h
三、反渗透系统设计
1、美国海德能公司产品简介
RO膜元件类型
低压高脱盐
CPA2
超低压大通量
ESPA1
2、给水流量的影响：
Ø 给水流量对产水量和脱盐率同样存在影响，只是这种影响比较缓和，并不剧烈。随着给水流量的 增加，膜表面的流速也增大了，这使得压力随之上升，同时由于流速的升高减少了膜表面的浓差极 化，从而提高了脱盐率。
60. 0
100. 0
50.0
100. 0
产 水量 ，m 3/ d 脱盐 率，%
Ø在压力一定时，回收率提高，膜表面的浓差极化现象也更加严重，有效压力则相对减小，这导致产水量下降，脱盐率降低。 Ø反渗透系统在设计和调试时，选择回收率的确定与原水水质密切相关。 Ø回收率增高，溶解于溶液中的盐会更加接近饱和状态，有可能析出后在膜表面沉淀并结垢，会对膜性能带来很大的危害。 ：
6、pH值的影响：pH值对纳滤和反渗透膜元件的影响有两个方面：
3、给水含盐量的影响：
Ø在一定的压力下，当给水中的含盐量增高时产水量就会减少。这是因为给水的渗透压变高，有效压力随之降低的缘故。
Ø脱盐率受含盐量影响也非常大，对除海水淡化膜以外的反渗透膜来说，通常当含盐量增高时脱盐率会下降。当进水含盐量在非 常的一个范围时，随着含盐量的增加，脱盐率会稍许增加。海水淡化反渗透膜元件不同，由于海水淡化反渗透膜更加致密，在给 水含盐量高时，脱盐率会下降得非常缓慢。
B —— 膜的盐透过常数； ΔC —— 盐浓度差（盐的扩散驱动力）。
从式（膜3.的4）透和盐（量3与.5）膜可两以侧看的出浓，度对差于成一正个比已，知与的操平作膜压来力说无：关
① 膜的水通量与总驱动压力差成正比；
5、透过液②的膜盐的透浓盐度量与：膜反两渗侧透的膜浓的度盐差量成和正水比量，的与比操作压力无关。
Ø在测试范围内，随着给水流量的增加，产水量和脱盐率逐渐上升，并且均趋近于一个定值 ； Ø随着给水含盐量的升高，产水量不断下降，而在测试范围内，脱盐率先是逐渐升高，但经过一个峰值后，则显著下降； Ø在测试范围内，随着给水温度的升高，产水量升高，而脱盐率下降，均呈线性关系
5 、回收率的影响：回收率是指产水量和进水流量的比值。
2.50
操作 压力， MP a
30.0 0
50
100
150
给水流量，l/min
Biblioteka Baidu
99.0 200
（操作压力：1.55MPa；给水含盐量：1500 mg/L NaCl；温度：25 ℃；pH = 6.5 – 7.0）
（回收率：15%；给水含盐量：1 500 mg/L NaCl；温度：25 ℃；pH = 6.5 – 7.0）
SWC5
山东青岛黄岛电厂 II 期
10 000
SWC5
山东青岛黄岛电厂 I 期
3 000
SWC3+
表 LFC®系列和 PROCTM 系列膜元件的主要业绩
用户
产水量，m3/d
膜元件型号
山东滨州魏桥创业集团
Kranji，新加坡 Bedok，新加坡 河北唐山国丰钢铁
76 800 40 000 32 000 16 560
增强型低污染
PROC10
电中性低污染
LFC1
海水淡化
SWC3+
特殊用途正电荷膜 LFC2
CPA3 ESPA2
LFC3 SWC4+
CPA3-LD CPA4 ESPA2+ ESPA4
LFC3-LD SWC5
NF膜元件类型 超低压 ESNA 高耐氯脱色
ESNA1-LF ESNA1-LF2 HYDRACoRe-10/50/70
（操作压力：1.55MPa；回收率：15%；温度：25 ℃；pH = 6.5 – （7.操0）作压力：1.55MPa；回收率：15%；给水含盐量：1500 mg/L NaCl；pH = 6.5 – 7.0）
图 给水含盐量对产水量和脱盐率的影响
图 给水温度对产水量和脱盐率的影响
Ø随着操作压力的升高，产水量和脱盐率均上升。在测试范围内，产水量与操作压力成线性关系，而脱盐率随着压力的不断升 高，逐渐趋近一个定值；