GE培训资料--反渗透技术介绍

Recovery
Recovery =
Permeate Flow Rate Qperm Feed Flow Rate = Qfeed
Average Concentration 平均浓度 反渗透膜进水侧溶液的平均浓度
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Cfeed + Cconc
Cavg =
2
技术术语
浓水的浓度 没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液的浓度
1 =较稀溶液的位能 2 =较浓溶液的位能
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
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.
Qperm
Recovery = Qfeed ;
Qfeed = Qconc + Qperm
Cconc==
Cfeed
(1 - RECOVERY)
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Cconc =
Cfeed
(1 - RECOVERY)
Cfeed =1 ppm
提 高 系 统 回 收 率 的 方 法
• 超滤膜的分类:
中空纤维式--外压式, 内压式 卷式 管式.
• 在作为RO系统的预处理时, 使用较多为外压式 中空纤维超滤膜.
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中 空 纤 维 超 滤 膜 系 统
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预处理一: 超滤法
•预处理二: 脱氯工艺基础
目的: 去除水中的余氯,以避免余氯对反渗透膜造成 不可恢复的损害. 氯和活性炭(C*)的反应:
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预处理一: 双介质过滤法
进水
无烟煤 锰绿石砂或石英砂
碎石铺在底层
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50-100% 反冲洗膨胀 空间
出水
预处理一: 超滤法
• 超滤膜过滤原理: 利用膜孔径 • 超滤膜应用目的:
用以代替多介质过滤器, 提高RO系统的进水水质. 去除细菌, 染料, 大分子有机物, 蛋白质, 悬浮物, 胶体物 质.
– 5微米保安过滤器:
过滤能力为每十英寸为5gpm. 压差达8psid时进行更换过滤芯.
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•预处理一: 过滤工艺基础
•1. 反渗透系统进水SDI范围:
反渗透系统进水SDI值: <5 反渗透最佳进水SDI值: <3
2. SDI值的计算方法:
SDI ＝100×（1-T0/T15）/15 T0 : 第一次测试所需时间 (min) T15 : 第二次测试所需时间 (min)
水的储存 和配送
• 臭氧消毒 • 热水消毒 • 化学消毒
•预处理一: 过滤工艺基础
目的:去除总悬浮物(TSS),降低RO设备进水SDI值. 典型过滤设备:
– 双/多介质过滤器:
去除总悬浮物(TSS)的能力达到20微米. 每星期反冲洗一次或压差达10 psid进行反冲洗.
– 微滤/超滤膜:
用以代替多介质过滤器,提高RO系统的进水水质.
颗粒物质（如沙子、水垢等）更容易堵塞膜。
•
流速的衰减被转换成1到100之间的数值，即SDI值。SDI值越
低，水对膜的污染阻塞趋势越小。从经济和效率综合考虑，大多
数反渗透厂家推荐反渗透进水SDI值不高于5。
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•预处理一: 过滤工艺基础
•SDI测量步骤:
1. 将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧“O” 形密封圈，将膜盒垂直放置，还应注意膜片有正反面的区别 2. 调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始过滤500mL水样 的时间t0(通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变) 3. 在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤15分钟 4. 15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t15，保留滤器上 的膜片以便作进一步的分析 5. 计算: SDI ＝100×（1-T0/T15）/15 实际证明: 降低 SDI15的一些预处理技术包括双/多介质过滤器(如石 英砂和无烟煤)，超滤和微滤。
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卷式反பைடு நூலகம்透膜元件
中心管 ATD
产水
浓水 纯水收集流道
膜片
进水流外道殼材料 膜外壳
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进水 进水流道 膜片
双层复合膜剖视图
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RO 膜表面放大8000倍后的图像
此 图 片 由 美 国 贝 尔 实 验 室 提 供
外 来
P > ( 2 - 1)
压
力
反渗透膜
浓溶液
稀溶液
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进水 Cfeed
模拟反渗透机
Cavg
高压泵
反渗透膜分离层
Cfeed
Cperm Cconc
Cavg
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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
技术术语
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方法一: 增加浓水回流
最小流量= 300gph
进水
泵
1.0 m3/h
淡水 0.15 m3/h
浓水 0.85 m3/h
回收率: 15 %
最小流量= 300gph
进水 0.3 m3/h
泵 回流 1.0 m3/h
浓水 0.15 m3/h
淡水 0.15 m3/h 回收率: 50 %
1.预处理系统
井水
自来水
悬浮物去除
氯去除
地表水
• 双/多介质过滤器 • UF
2.后处理系统
• 活性炭过滤器 • 化学品
防止膜元 件结垢
• 软化器 • 阻垢剂
预处理 产水
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初级离子 去除
• 单级RO • 阴阳离子交换床 • 蒸馏
精处理
• RO • 混床离子 • EDI • UF
•预处理二: 活性炭过滤法
水通过活性炭过滤器的过程类似双介质过滤器. 桶体可采用: FRP, 碳钢衬胶, 不锈钢. 活性炭应进行周期性杀菌, 一般采用蒸气或热水. 活性炭所能去除物质:
– 颜色和气味 – 三氯甲烷(THM) – 低分子量有机物
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预处理二: 活性炭过滤法
Total Dissolved Solid (TDS) 总溶解固体
TDS
指有机和无机盐溶解在水中得出的浓度 (单位: ppm 或 mg/l)
Feed 进水 Cfeed 在高压泵作用下,进入反渗透系统的溶液;
Permeate 淡水
Cperm
溶液透过反渗透膜后; 收集而成的溶液, 一般指净化水
Concentrate 浓水
B = 渗透压力
系统操作压力对渗透通量的影响:
P eff = P op - rB P eff =有效压力 P op =操作压力 rB =渗透压
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
100F
S
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100 MW
1000 MW
50 MW
S S
最为重要
0.25F
S S
反 渗 透 膜 对 正 离 子 的 脱 盐 率
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反 渗 透 膜 对 负 离 子 的 脱 盐 率
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反 渗 透 膜 对 其 他 物 质 的 脱 除 率
C* + HOCl ---> CO + H+ + ClC* + 2Cl2 + 2H2O ---> 4HCl + CO2
氯和亚硫酸氢钠的反应:
Na2S2O5 + H2O <---> 2Na+ + 2HSO3Na+ + HSO3-+2H++Cl-+OCl---> Na++SO4-2+3H + 2Cl-
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方法二: 增加反渗透膜数量
提
-为了增加系统回收率, 可增加系统中反渗透膜的数量和段数, 以增加淡
高
水产量.
系
备注: 回收率增加, 淡水水质将下降
统
回收率减少, 淡水水质将提高
回
收
率
进水
浓水
的
方
法
淡水
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影响淡水产量的因素:
- 反渗透膜数量 - 反渗透膜特性 - 系统操作压力 - 系统运行温度 - 进水水质
物量平衡原理 0 假设在理想状态下: Cperm
进水
浓水
淡水
Qfeed • Cfeed = Qconc • Cconc + Qperm • Cperm
流
浓
量
度
Qfeed • Cfeed = Qconc • Cconc + Qperm • 0
Qfeed • Cfeed = Qconc • Cconc Cconc / Cfeed = Qfeed / Qconc
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进水水质与的渗透压力关系:
1. 对于同一物质, 进水物质浓度 越高,渗透压越 高.
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
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B OF ORGANICS B OF SUCROSE
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系统操作温度对反渗透膜的影响:
AG804OF
渗 透 通 量
G P D
温度 ( ºC )
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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%
Cconc
没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液, 其中含有大量的无机盐和有机物
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技术术语
Rejection 脱盐率 Rejection 溶液中溶质不透过反渗透膜的比例
Passage 透过率
PASS
溶液中溶质透过反渗透膜的比例
Recovery 回收率 淡水與入水之比例
Zn+2Cl2-
Pure Water Layer
最为重要
K+Cl0.25F
S
S S
S
路漫漫其修远兮,
S
S
吾将上下而求索
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.
压力
溶液流动方向
500 MW
750 MW
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SDI
•
污染指数（Silting Density Index, 简称SDI）值，也称之为FI
（Fouling Index）值，是水质指标的重要参数之一。它代表了水
中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。通过测
定SDI值，可以选定相应的水净化技术或设备。根据ASTM方法
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-
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反渗透预处理系统
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•
什么物质影响水质?
水质主要被以下三种物质影响,因此需要了解并懂 得他们:
• 总悬浮物质:
砂,胶体,三价铁等.
• 总溶解固形物:
钠离子,氯离子,钙离子,两价铁等.
• 生物污染:
细菌,热原体,藻类等.
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4189-95，这种方法在行业内是公认的。
•
在反渗透水处理过程中，SDI值是测定反渗透系统进水的重
要标志之一；是检验预处理系统出水是否达到反渗透进水要求的
主要手段。它的大小对反渗透系统运行寿命至关重要。
•
SDI值是测量通过47mm直径，0.45um孔径膜的流速衰减。之
所以选择0.45um孔径的膜，是因为在这个孔径下，胶体物质比硬
GE培训资料--反渗透技 术介绍
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月7日星期二
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
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
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
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 rh = ( 1 - 2)