反渗透膜研究进展及海水淡化应用最新版

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
经过近30年的研究开发,我国在反渗透膜技术领域取得了重大 突破,在常规反渗透膜复合材料、膜及膜组件制作、反渗透复合 膜的应用等方面均取得了较好的成就。
由蓝星股份有限公司、日本东丽公司广泛合作。 近两年来北京时代沃顿有限公司迅速成长为国内最大的反渗透
膜生产商,生产的各类反渗透膜打破国际品牌的垄断,膜组件 在国内市场的销售额大幅增大。
膜材料简介
膜材料简介
膜材料简介
平板膜(相分离膜 、界面聚合膜、溶 液涂覆膜以及等离 子体聚合膜、动力 形成膜等)。
膜材料简介
界面聚合膜
全世界70-80%的反渗透膜是用界面聚合法生产出来的。 界面聚合是利用两种反应活性很高的单体在不相容溶剂的
界面处发生聚合反应,从而在多孔支撑体上形成一层超薄 的致密功能层。
在高分子中引入酯基、氰基、磺酸基、羧基、磷酸基等离 子性基因和增加官能团数等,或通过共混、接枝、共聚等 方式来达到将同一种高分子材料改性为多种功能材料,从 而拓展膜材料范围的目的。
膜材料简介
膜主要有纤维素系膜、非纤维素(芳香-杂环化合 物)系膜、复合膜。
对复合膜的开发极大地丰富了膜分离科学研究与 开发的内容。正是由于复合膜的出现,不仅使大 量的单体、聚合物成为制膜材料,而且由于交联 组成可以不相溶,从而可以分别选材制备超薄皮 层和微孔支撑体,使其各自特定的功能最优化, 制备出性能最卓越的反渗透膜。
进入21 世纪以来,我国的海水淡化技术发展很快,目前运行的 反渗透海水淡化装置近40套,淡化产量为5×105m3/d。
三、反渗透膜材料性能
反渗透膜性能
一般来说,分离溶液中分子量低于500的低分子物质, 应该采用反渗透膜;分离溶液中分子量大于500的大分子或 极细的胶体粒子可以选择超滤膜,而分离溶液中的直径0.1 ~10m的粒子应该选微孔膜。
反渗透技术基本原理
如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种 不同浓度的水溶液隔开,水会自然地透过半透膜渗透从低浓 度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移,这一现象称渗透(图a )。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度 溶液中水的化学位之差,表现为水的渗透压。
反渗透技术基本原理
随着水的渗透,高浓度水溶液一侧的液面升高, 压力增大。当液面升高至H时,渗透达到平衡,两侧 的压力差就称为渗透压(图b)。渗透过程达到平衡 后,渗透通量为零。
发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海 水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑 问,经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄 膜非常精密,海水经由海鸥吸入体内后加压, 将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水,而残留 的有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。 由此,引出反渗透法的基本理论架构。
反渗透技术基本原理
影响反渗透水处理系统性能的因素
影响反渗透水处理系统性能的因素
pH值的影响
不同种类的膜元件适用的pH值范围差别较大,如醋酸纤维膜在pH 值4~8的范围内产水通量和脱盐率趋于稳定,在pH值低于4或高于 8的区间内,受影响较大。目前工业水处理使用的膜材料绝大多数 为复合材料,适应的pH值范围较宽(连续运行情况下pH值可以控 制在3~10的范围),在此范围内的膜通量和脱盐率相对稳定,如 图所示。
国外反渗透膜研究进展
1975 年,美国推出海水脱盐用聚酰胺中空纤维反渗透器。 1997 年,日本采用卷式反渗透膜在冲绳建成日产水量为 4×104 m3的海水淡化厂。
2005 年,日本采用中空纤维反渗透膜在福冈建成日产水量 达5 ×104m3的海水淡化厂。
2006 年,美国宣布已成功开发出含有纳米复合材料的新 型反渗透膜,此膜可以应用于海水淡化和废水回收,并有 望降低成本。
以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是 十分严格、明确的,它们之间可能存在一定的相互重叠。反 渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜 的分离过程,它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微 粒的三级膜分离过程。
影响反渗透水处理系统性能的因素
针对特定的系统条件,水通量和脱盐率是反渗透 膜的特性,而影响反渗透本体的水通量和脱盐率 因素较多,主要包括压力、温度、回收率、进水 含盐量和pH值等影响因素。
反渗透技术基本原理
如果在高浓度水溶液一侧加压,使高浓度水溶液 侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压,则高浓度 水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧, 这一过程就称为反渗透(图c))。
二、反渗透技术的发展史
国外反渗透膜研究进展
从18世纪中叶开始,人们就开始用动物器官中的膜进行科学实验 19世纪中期,人工合成膜开始进入人们的视线中。 作为专利记载的脱盐方式,“反渗透”名词的出现则始于1931年。 1959年,美国佛罗里达大学的Reid和Breton在试验中发现了醋酸纤
反渗透海水淡化(SWRO)技术自20世纪70年代进入海 水淡化市场后,发展十分迅速。经过40多年的不懈 努力,反渗透技术己经取得了令人瞩目的进展。目 前反渗透膜(RO膜)与组件的生产己经相当成熟,膜 的脱盐率达到99.8%,脱硼率达到95%,水通量大大 增加,抗污染和抗氧化能力也不断提高。
海水淡化的应用
反渗透系统回收率的提高,会使膜元件进水沿水流方向的含 盐量更高,从而导致膜渗透压增大,这将抵消反渗透进水压 力的推动作用,从而使降低了产水通量。膜元件进水含盐量 的增大,使淡水中的含盐量随之增加,从而降低了脱盐率。
在系统设计中,反渗透系统最大回收率并不取决于取决于渗 透压的限制,往往取决于原水中的盐分的成分和含量大小, 因为随着回收率的提高,微溶盐类如碳酸钙、硫酸钙和硅等 在浓缩过程中会发生结垢现象。
膜材料简介
新膜和材料的开发主要针对以下关键问题①对盐 的高截留率和对水的高渗透通量。 ②低的操作运行压力。 ③膜性能的长效型,包括耐压密性、耐酸性、耐 氧化性、耐温性、乃微生物性及耐污染性等。
膜组件主要有4种类型:板框式、管式、卷式、中 空纤维式,其中又以卷式和中空纤维式使用最为 广泛。
中空纤维膜
反渗透技术之原理是在高于溶液渗透压的 作用下,依据其他物质不能透过半透膜而 将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜 的膜孔径非常小,因此能够有效地去除水 中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等 (去除率高达97%-98%)。
反渗透技术基本原理
反渗透技术(RO,Reverse Osmosis)是利用压力差为动 力的膜分离过滤技术,其孔径小至纳米级(1纳米=10-9米 ) ,在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无 机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法 透过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格 区分开来。
性和选择性都大为提高。
膜材料简介
反渗透膜的结构:膜元件结构示意图
膜材料简介
反渗透膜的结构:膜元件结构示意图
四、反渗透膜技术的应用领域
反渗透膜技术应用领域
反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术 的发展,反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等 领域。反渗透过程主要是从水溶液中分离出水,分 离过程无相变化,不消耗化学药品,这些基本特征 决定了它以下的应用范围。
影响反渗透水处理系统性能的因素
压力的影响
反渗透进水压力直接影响反渗透膜的膜通量和脱盐率。如图 所示,膜通量的增加与反渗透进水压力呈直线关系;脱盐率 与进水压力成线性关系,但压力达到一定值后,脱盐率变化 曲线趋于平缓,脱盐率不再增加 。
影响反渗透水处理系统性能的因素
温度影响
如图所示,脱盐率随反渗透进水温度的升高而降低。而产水通量 则几乎呈线性地增大。主要是因为,温度升高,水分子的粘度下 降,扩散能力强,因而产水通量升高;随着温度的提高,盐分透 过反渗透膜的速度也会加快,因而脱盐率会降低。原水温度是反 渗透系统设计的一个重要参考指标。
反渗透技术及海水淡化应用
小组成员:
汇报提纲
第一部分 反渗透技术基本原理 第二部分 反渗透技术的发展史 第三部分 反渗透膜材料性能 第四部分 反渗透膜技术的应用领域 第五部分 反渗透技术海水淡化的应用
一、反渗透技术基本原理
反渗透技术基本原理
海鸥喝水的启示 1950年美国科学家DR.S.Sourirajan无意
反渗透膜技术应用领域
以渗透液为产品,制取各种品质的水,如海水、 苦咸水的淡化制取生活用水,硬水软化制备锅炉 用水,高纯水的制备。
反渗透膜技术应用领域
以浓缩液为产品,在医药、食品工业中用以浓缩药液,如 抗生素、维生素、激素和氨基酸等溶液的浓缩,果汁、咖 啡浸液的浓缩。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩比较, 反渗透法脱水浓缩比较经济,而且产品的香味和营养不受 影响。
根据美国独立研究机构Lux Research的推算 ,2008-2020年,世界淡化水供应总量将增长 3倍。“十二·五”时期,世界海水淡化科技 发展呈现新趋势。膜法和蒸馏法在未来较长 时间内仍将是海水淡化的两个主流工艺。截 至2010年底,己建成的海水淡化装机容量中 ,反渗透法所占比例最高,为60%,蒸馏法所 占比例次之,为34.8%,其他合计约占5%。反 渗透最大海水淡化单机规模达到日产 2.5×104 m³,工程规模达到日产35×104 m³ 。
影响反渗透水处理系统性能的因素
含盐量的影响
水中盐浓度是影响膜渗透压的重要指标,随着进水含盐量的 增加,膜渗透压也增大。图示,在反渗透进水压力不变的情 况下,进水含盐量增加,因渗透压的增加抵销了部分进水推 动力,因而通量变低,同时脱盐率也变低。
影响反渗透水处理系统性能的因素
回收率的影响
影响反渗透水处理系统性能的因素
增加 有效压力⇑
温度⇑ 回收率⇑ 进水含盐量⇑
产水量 ⇑ ⇑ ⇓ ⇓
透盐率 ⇓ ⇑ ⇑ ⇑
膜材料简介
主要的膜材料:醋酸纤维素酯、三醋酸纤维素酯、醋酸纤 维素丙酸酯、纤维素、芳香共聚多酰胺、芳香聚酰胺酰肼 、芳香聚酰肼、聚哌嗪酰胺、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑、 聚苯并咪唑酮、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜对苯二甲酰胺 、聚酰亚胺、尼龙66、聚甲基丙烯酸乙酯。
日东于2009 年已开发出一种“反渗透膜滤芯”的新型水 处理设备,增大了水处理膜面积,滤水量提高了约10 % ,并且降低了成本。
国内反渗透膜研究进展
1958 年以前,我国膜工业完全空白。我国反渗透膜技术的研究 始于上世纪80年代后期。
2008 年我国大陆膜市值约60亿元,其中国产反渗透膜市场占有 率达到10%。但在关键功能材料和高性能反渗透复合膜等研究方 面与国外相比还存在较大差距。
wenku.baidu.com
反渗透膜技术应用领域
渗透液和浓缩液都作为产 品,处理印染、食品、造 纸等工业的污水,使渗透 液返回系统,循环使用, 浓缩液用于回收或利用其 中的有用物质。
反渗透膜技术应用领域 工业应用的反渗透装置
五、反渗透技术海水淡化的应用
海水淡化的应用
在全球总储水量中,淡水仅占0.5%,而海水占97.0% ,海水淡化为解决淡水资源提供了一条非常理想的 路径。反渗透膜法淡化海水因为无相变、能耗低等 特点己经成为海水淡化的主流技术,是目前海水淡 化和苦咸水脱盐最经济的技术之一。
普遍采用的制膜方法是将支撑体(通常是超滤膜) 用含有 活泼单体(多元胺)的水溶液浸湿,然后除去多余水相单体 ;再将此膜浸入另一个含有活泼单体(多元酰氯)的有机溶 剂中;多元胺和多元酰氯发生反应后在支撑膜表面形成致 密的功能层。由于含单体的两相互不相容,反应仅在界面 处发生,因此生成的功能层很薄,从而致使复合膜的渗透
维素膜具有脱盐的功能。 1962年Loeb和Surirajan所进行的各向异性醋酸纤维膜的研究使反
渗透过程实用化取得突破性进展,揭开了反渗透膜工业化应用的序 幕。 1975年,流体公司(Fluid Systems)第一张商业化界面聚合复合 膜正式诞生,这是反渗透发展史上的一座里程碑。 1981年Cadotte在Filmtec公司开发出了由苯二胺和三甲磺酰氯反应 来制作全芳族界面聚合复合膜的方法,该膜替代了原有的醋酸纤维 素膜,成为新的工业化标准。
相关文档
最新文档