反渗透水处理

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无机、有机离子
渗透气化 气体分离
溶液中的低分子及溶剂 间的分离
气体、气体与蒸汽分离
压力差、浓度 差
浓度差
蒸汽 易透过气体
液体、无机盐、乙 醇溶液
不易透过气体
反渗透膜概述
反渗透可以除去0.0001um的颗粒杂质,一般可除 去150~200的有机物,除盐率可高达95%以上,是 高含盐水采用的主要预脱盐手段之一,也是当今 世界公认的较先进的水处理技术,运行压力一般 为1.4~6.0MPa。
RO系统中水的回收率与浓缩系数的 关系
γ 10 20 30 40 50 60 70 75 80 85 90 95
CF 1.11 1.25 1.43 1.67 2.00 2.50 3.33 4.0 5.பைடு நூலகம் 6.67 10 20
从表中可以看出,随着回收率的升高,浓缩系数呈 指数形式增长。当回收率超过75%时,浓缩系数迅 速增加,从75%—95%,浓缩系数也从4.0迅速增 加到20,即回收率达到95%时,进水被浓缩了20 倍。同时,当回收率超过75%时,水质会迅速下降。
一般来说,一价离子透过率大于二价离子;二价 离子透过率大于三价离子;同价离子水合半径越 小,透过率越大,即K+〉Na+〉Ca2+〉Mg2+〉 Fe3+〉Al3+(透过率越来越小)。
反渗透膜对溶质的去除规律
分子量低于100的气体很容易通过膜,如 CO2和H2S的透过率几乎为100%。HCO3和F-的透过率随pH值升高而降低。
影响混凝效果的因素
混凝剂的用量。对于不同的水质,应选择混凝剂 加入的最佳用量,这需要通过烧杯试验来决定。 目前一些水厂开始采用流动电流混凝控制技术来 选择混凝剂的用量,其速度更快。
水中离子或杂质。水中离子量的多少和种类、浊 度高低,以及水中TOC(总有机碳)和DOC(溶 解有机碳)或色度的大小等对混凝剂的确定和混 凝效果也有直接的影响。
水力条件。混凝剂、助凝剂的加入地点,以及药 品加入后的混合效果,在加药点和澄清设备中形 成的水力条件等对混合效果均有影响。
常见混凝剂和助凝剂
常见的混凝剂有:硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)、 硫酸亚铁、氯化铁、聚合铁(PFS)等。
常见的助凝剂:用于调节pH值的石灰(CaO)或 纯碱(NaCO3);作为氧化剂的氯(Cl2)或漂白 粉(CaOCl2);作为絮凝物加固剂的水玻璃 (Na2O·χSiO2 ·yH2O);用作高分子吸附剂的聚 丙烯酰胺(PAM)等。
反渗透膜概述
复合膜由三层组成,超薄脱盐层(在最上 面)、中间多孔的聚砜内夹层、最下面的 聚酯支撑网层。
卷式膜
管式膜
中空纤维膜
主要膜的种类
膜的种类 微滤
膜的功能
多孔膜、溶液的微滤、 脱微粒子
分离驱动力 压力差
透过物质 水、溶剂和溶解物
被截留物质
悬浮物、细菌类、 微粒子
超滤
脱除溶液中的胶体、各 压力差 类大分子
醋酸纤维素膜(CA膜 )
在2.0~3.0MPa的运行压力作用下,会发生压密现 象,从而降低透水量。但这种现象主要发生在运 行的第一年,且是不可逆的。
给水压力和温度越高,压密速度越快,这种现象 类似于塑料和金属在压力下的“应变”。
当压力超过3.5MPa时,CA膜的压密十分严重, 因此,CA膜不适合在如此高压下运行。
反渗透膜对弱酸的去除率较低,且与分子 质量有关。柠檬酸、酒石酸、醋酸的分子 量依次降低,其去除率也依次减少。
醋酸纤维素膜(CA膜 )
易受微生物侵蚀而降解,从而使膜脱盐率 降低。
在酸性、碱性条件下易水解,还原成纤维 和醋酸。
随着水温升高,给水pH值低于或高于最佳 pH值(pH=5~6)时,水解速度加快。因而, 通常需加酸维持给水pH值在最佳范围内, 以延长CA膜的使用寿命。
沉淀与过滤
经过混凝剂混凝的原水需要进一步经过沉 淀、澄清和过滤。
沉淀和澄清就是利用凝聚沉降的原理,把 原水中微小的悬浮物和胶体杂质经过混凝 处理后(形成较大的 颗粒),从水中分离 出来。
过滤的目的就是进一步除去水中的悬浮物。 常见的过滤材料有磺化煤、石英砂、活性 炭等过滤材料。
氯化处理
氯酸根的形式存在,因而杀菌效果级差。
氯化处理
膜元件是醋酸纤维素(CA膜)材料时,反渗透进 水pH值一般控制在5—6之间。对于杀菌效果而言, 有明显的经济型,因为这个酸度下,有利于防止 膜的水解。
对于复合膜,因其pH值允许在3—10之间,当对 反渗透器进水进行预氯化处理时,pH值不宜过高。 在一些水处理系统中,为了达到良好的杀菌效果, 适当加酸降低pH值也是必要的。
因其颗粒很小,肉眼难以观察到,对光线具有散 射作用,在光束通过胶体溶液时,在光路上那个 看到发亮的光带。
胶体的成分较复杂主要是由铁、铝和硅氧化物形 成的无机矿物胶体;其次是水生植物腐烂和分解 而形成的有机物胶体;另外,水中溶解的某些高 分子物质(如腐蚀质)和生长的微生物(如病毒 和细菌),按它们的性质和粒径一般也属于胶体 范围。
反渗透水处理
武汉工程职业技术学院 吴志明
渗透
渗透:当纯水和盐水被理想半透膜隔开,理想半 透膜只允许水通过而阻止盐通过,此时膜纯水侧 的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧的现象。
由于水向盐水一侧的渗透,使得盐水的水位被抬 高,由此在膜的两边形成水位差,从而导致盐水 一侧的水压大于纯水一侧的水压,最终因水压的 原因,使得纯水不再向盐水一侧渗透。
氯气、次氯酸作为杀菌剂,广泛应用与水处理中。
在反渗透系统中,为了防止反渗透膜的微生物污 染,对反渗透进水要进行氯化处理。
Cl2 + H2O
HClO + HCl
当溶液的pH值为5—6.5时,水中90%以上的氯以
次氯酸形式存在,杀菌效果最好。 pH值>9时,
次氯酸只有0.2—1mol/L的杀菌效果,多数氯以次
由于渗透使得膜的两边对膜的压力产生差异,其 差值就被称为渗透压。
渗透原理示意图


纯水
盐水
纯水
盐水
反渗透
反渗透:在以上装置达到平衡后,若在膜的盐水 一侧施加压力,而且这个压力大于纯水的渗透压 力时,水的流向就会发生逆转,此时,盐水中的 水将流入纯水一侧。
反渗透的结果就是盐水中的水分子进入到纯水一 侧,实现了水的净化。
胶体的混凝沉淀
混凝沉淀主要是依照电中和作用和吸附架桥作用 的原理进行的。
电中和作用是指投加于水中的混凝剂,经水解后形 成带正电荷的胶粒,能和水中带负电荷的胶粒相互 吸引,使彼此的电荷中和而凝聚。
凝聚的颗粒称绒体或矾花,它们具有强大的吸附能 力,能吸附悬浮物质、部分细菌和溶解性物质。
绒体通过吸附,体积逐渐增大,易于下沉,下沉过程 中还可以进一步吸附上述物质。
反渗透和纳滤 脱除溶液中的盐类及低 压力差 分子物
透析
脱除溶液中的盐类及低 浓度差 分子物
电渗析
脱除溶液中的离子
电位差
溶剂、离子和小分子
水、溶剂
离子、低分子物、酸、 碱
离子
蛋白质、各类酶、 细菌、病毒、 乳胶、微粒子
无机盐、糖类、氨 基酸、BOD、 COD等
无机盐、糖类、氨 基酸、BOD、 COD等
Feed water 原水
Tricot 导布
Concentrate 浓缩液
Mesh spacer 导网
Reverse Osmosis membrane RO 膜
Permeate carrier 渗透液流向
RO膜排列构造图
Pressure Vessel 耐压膜壳
Element 膜元件
Connector 连接件
原水的预处理
原水中存在悬浮物、胶体等杂质,这些杂 质一旦与反渗透膜接触,尤其是在反渗透 系统内浓缩后接触时,会造成对膜的污染, 影响膜的性能。
常用的预处理方法有:混凝与沉淀处理、 水的过滤处理、水的氯化处理、水中铁的 去除等常规技术,以及微滤、超滤、叠片 过滤等技术。
胶体的性质
胶体是某些低分子的聚合体,半径小,比表面积 大,大多带负电荷,长期静置也难以下沉。
注意:反渗透膜中物理意义上的孔是不存在的, 甚至用高倍率的显微镜也无法找到,所以其工作 原理并不像有空膜的过滤或者超滤那样,它不属 于常规过滤。
卷式反渗透膜元件展开图
卷式反渗透膜解剖图
Product tube 集水管
Permeate 渗透液
Brine seal 密封件
Feed water 原水
CA膜平整且不带电,可忍受通常浓度的杀菌剂, 如残余氯。适用于市政水、地表水、高微生物含 量水。残余氯还可抑制和杀死微生物,保护膜。
复合膜
是一种新研制出来的膜,并于20世纪80年代得到 应用。
与CA膜相比,不易水解,可在pH2~11之间运行, 抗生物侵蚀能力强,且能抗膜的压密。
最大优点: 一、可在较低压力下运行(常规复合膜为1.6MPa, 超低压复合膜为1.0MPa,而CA膜为2.8MPa), 节约能源; 二、不易水解,透盐量能维持稳定,不像CA膜, 其透盐量随时间增长而增加。
水中铁的去除
反渗透系统对铁的含量有严格的限制,因其会在 系统中污染膜,还有可能在铁细菌存在时,形成 铁锈软泥。
除铁的方法有:混凝法、化学沉淀法、锰砂过滤 法等,前两种较为常用。
混凝法是用混凝剂混凝。 化学沉淀法是将Fe2+氧化成Fe3+, Fe3+在水中发
生水解反应,生成难溶的氢氧化铁沉淀而析出, 从而达到除去铁的目的。 4 Fe2+ +O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+
复合膜
复合膜的水通量(单位时间、单位膜面积的渗透 水量)比CA膜要大,使得其运行的压力小 (1.4MPa),系统更加节能。
复合膜对氧化剂如残余氯较敏感,要求给水中把 它除去,但微生物对膜的污染机会也增加了。
所以对于地表水、井水作为原水时,微生物的繁 殖使得选用复合膜受到限制,尤其是对于间断运 行的系统。
生可以水中将含生有水看各种作离盐子水,,经如过Ca反2+渗、透Mg处2+理、,HC就O将3-这等, 些离子处理了,再进入锅炉就不会造成危害了。
反渗透原理示意图

纯水
盐水
反渗透的简单流程图
给水
产品水
浓 水
反渗透膜交叉过滤原理
给水
浓水
渗透水
反渗透膜概述
反渗透膜需要有一定构型才那个用于水处理。 目前常用的构型:平板式、管式、卷式和中空纤维式等。
胶体的混凝沉淀
吸附架桥作用是指混凝剂溶解在水中以后,经水解 和缩聚形成绒型结构的高聚物。后者能强烈的吸 附胶体微粒。
随着吸附微粒的增多,高聚物会弯曲变形和成网, 从而起到架桥的作用,使微粒间的距离缩短而互相 粘结,逐渐形成粗大的絮聚体。絮聚体也能吸附部 分细菌和溶解性物质,最终因重力而下沉。
以上两种作用原理所引起的凝聚和絮聚,总称为混 凝。
影响混凝效果的因素
水温。水温低时,铝盐等无机盐类混凝剂的水解 降低,因为其水解属于吸热反应,且水温低时水 的黏度大,胶体的布朗运动强度减弱,不利于胶 体脱稳和絮凝物的成长。如用铁盐作混凝剂时, 水温的影响则不大。
pH值。对混凝剂的水解及其形成的难容盐溶解度、 凝聚效果等有直接影响。每一种混凝剂都有其最 佳混凝效果的pH值。
复合膜
CA膜在pH5~6之间运行,所以在运行时要调整酸 度。
复合膜可在pH2~11间运行,但并不等于可节约大 量的酸,因为对多数水质,都需要加酸才能防止 进水浓缩了四倍的浓水中的CaCO3垢在膜表面上 形成。
复合膜的价格较CA膜高,但因运行压力低,对电 价较高的地区,仍然可以通过使用常规复合膜或 超低压复合膜,以节省运行费用。
水处理中常用卷式和中空纤维式两种。 卷式构型,常用有醋酸纤维膜(简称CA膜)和复合膜,利
用这些膜制成膜元件,把膜元件放在压力容器中构成膜组 件。 CA膜上层是0.1~1.0um的致密薄层,即脱盐层,脱盐层下 面有一层稍厚(100~200um)的多孔支撑层,水很容易通 过致密层流向多孔层。致密层是半透膜层,能有效阻止盐 分的通过,起到脱盐作用。
Concentrate 浓缩液
Feed water 原水
Brine seal 密封件
Product tube 集水管
Permeate 渗透液
大型工业反渗透设备图
反渗透膜对溶质的去除规律
对无机物的去除率高于有机物,且只能较好地去 除分子量大于100的有机物。
对离子溶质的去除率高于非离子溶质,且非离子 溶质的直径越大(M越大),其去除率越高。
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