反渗透水处理

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 5.0 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。
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
膜
膜
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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+
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Leabharlann Baidu
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
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。
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
膜
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。
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
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。
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。