反渗透系统培训

反渗透水处理系统 培训教材
蔚志强
2016年3月16日
培训主要内容
反渗透水处理工艺流程
多介质过滤器知识介绍
反渗透知识介绍 加药系统知识介绍 反渗透系统系统操作步骤
多介质过滤器
多介质过滤器是水处理系统的重要预处理装置，它的 作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体，有机物 等杂质，以及经加药后形成的矾花，从而保证其出水的浊 度≤1NTU。
反渗透的专业术语
• 回收率－指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的
进水水质而定的，设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望 最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉 淀为它的极限值。(我厂回收率保持在78%左右) • 脱盐率－通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率，或通过纳滤膜 脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数。(我厂脱盐率保持在98%以上) • 透盐率－脱盐率的相反值，它是进水中溶解性的杂质成份透过膜的百分率。 • 渗透液－经过膜系统产生的净化产水。 • 流 量－流量是指进入膜元件的进水流率，常以每小时立方米数(m3/h)或每分钟加仑数 表示(gpm)。浓水 流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的“进水”流量。这部 分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组份，常以每小时立方米数(m3/h)或每分钟加仑 数表示(gpm)。 • 通 量－单位膜面积上透过液的流率，通常以每小时每平方米升数(L/m2h)或每天每平 方英尺加仑数表示 (gfd)。 • 稀溶液－净化后的水溶液，为反渗透或纳滤系统的产水。 • 浓溶液－未透过膜的那部分溶液，如反渗透或纳滤系统的浓缩水。 • 污堵 －有机物和胶体在膜面上的沉积。 • 结垢－部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀，例如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、 硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。 • 朗格利尔指数(LSI) （对于海水可根据斯蒂夫和大卫饱和指数(S&DSI)），在饱和pHs的 条件下，水中CaCO3处于溶解与沉淀之间的平衡状态。
反渗透知识介绍
•渗透
我们知道渗透是指稀溶液中的溶剂（水分子）自发地透过半透膜 进入浓溶液（浓水）侧的溶剂（水分子）流动现象． •渗透压 定义为某溶液在自然渗透的过程中，浓溶液侧液面不断升高，稀 溶液侧液面相应降低、直到两侧形成的水柱压力抵消了溶剂分子 的迁移，溶液两侧的液面不再变化变化，渗透过程达到平衡点， 此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压 •反渗透原理 即在进水（浓溶液）侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于 自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水分广自然渗透的流 动方向就会逆转，进水（浓济液）中的水分子部分通过膜成为稀 济液侧的净化产水（清参见下图） •反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能 性半透膜
渗透和反渗透原理
压力
浓溶液
稀溶液
浓溶液
稀溶液
渗透
反渗透
水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧以平 施加超过渗透压的压力反向水分子的 衡溶液的离子强度，在平衡点，浓溶液和 流动方向。因而定义为反渗透 稀溶液间的高度差对应两侧间的渗透压差
反渗透的专业术语
• 膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和
温度和压力对反渗透的影响
压力 透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系， 增加进水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变化关系 没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加 。由于RO膜对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地 截留，总有一定量的透过量，随着压力的增加，因为膜 透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加 得到迅速地克服。但是，通过增加进水压力提高盐分的 排除率有上限限制，正如图1脱盐率曲线的平坦部分所 示那样，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，某些盐 分还会与水分子耦合一同透过膜
抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程 的最小单元称为膜元件； • 膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件； • 膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机 架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透和纳滤过程通过该膜 装置来实现； • 膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、 水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。 • 待处理的进水经过高压泵被连续升压泵入膜装置内，在膜元件内进水被分成浓度 低的或更纯的产水，称为透过液和浓度高的浓水。浓水调节阀控制成为产水和浓 水的比例即装置回收率。 • 膜的压密：即使在正常运行条件下，反渗透也会在压力的长期作用下，随着运行 时间的延长孔隙率缓慢减少，水通量缓慢下降，这种现象叫膜的压密。其结果会 造成产水量或系统的出力下降，压密化是膜性能的不可逆衰减，事实上，复合膜 比醋酸纤维素膜更耐压密化，但是频繁的水锤作用也会引起膜的压密化，必须避 免。
8‖BW30-365反渗透元件运行极限值
•膜的类型…………………………………………… 聚酰胺复合膜 •最高运行压力………………………………… 600psi (41Bar)(2MPA) •最高运行温度……………………………………… 45ºC(22±5º C) •最大给水浊度…………………………………………………1NTU •游离氯容忍量…………………………………………… < 0.1ppm •连续运行pH范围…………………………………………… 2－11(6_7) •短时清洗pH范围(30分钟)………………………………… 1－12 •最大给水流量………………………………………70gpm(16m3/h) •最大给水SDI………………………………………………… SDI 5
增加回收率对通量和脱盐率的影响
脱盐率
水通量
回收率
Hale Waihona Puke Baidu
反渗透系统的常见专业名词
C0 F0
RO
C1 F1
C2 F2
• • • • • • • • • • • •
C0：反渗透系统进水含盐量，ppm； C1：反渗透系统淡水含盐量，ppm； C2：反渗透系统浓水含盐量，ppm； F0：反渗透系统进水流量，m3/h； F1：反渗透系统淡水流量，m3/h； F2：反渗透系统浓水流量，m3/h。 系统回收率：系统的产品水量占系统总进水量的比例。 回收率Recovery = F1 / F0 100% 系统透盐率：产品水的含盐量占系统给水含盐量的比例。 透盐率 Passage = C1 / C0 100% 系统脱盐率：反映膜系统对盐分的脱除能力。 脱盐率 Rejection = (C0- C1 )/C0 100%
进水压力对通量和脱盐率的作用
脱盐率
产水通量
压
力
温度 膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感，随 着水温的增加，水通量几乎线性地增大，这主要 归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能力增 加。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加， 这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的 提高而加快所致。 温度越高，产水量越高，反之亦然，在较高的温 度条件下运行时，应调低运行压力，使产水量保 持不变，反之亦然。
膜组件的解剖图
进水
浓水
进水隔网
产水隔网 产水隔网 粘结剂 产品水
反渗透工艺过程示意图
浓水 给水
反渗透膜
反渗透产品水
膜组件排列～回收率关系
进 水
浓 水
产 水
第一段
第二段
回收率
回收率70%左右
膜元件的性能参数
• 操作压力：由于膜元件机械强度的限制，一般规定了最高操作压力，普通膜元 件的操作压力一般为4Mpa • 进水流量：限制最高进水流量的目的是保护压力容器始端的第一根膜元件的“
特性: * 能够有效地去除原水中的胶体、悬浮物及有机物等 。 * 具有独特的均匀布水方式，使过滤达到最大效果。 * 反洗装置带空气擦洗，能力强、时间短、水耗低。 * 采用较低的运行流速，以适应将来水质变坏的可能 性。 * 单台过滤器的运行周期较长。 结构形式： 设备由本体、底部配气装置、进水装置、外配管及 仪表取样装置等组成。进水装置为上进水、下出水， 底部出水装置为多孔板加水帽结构；设备的本体外部 配管配带阀门并设有压力取样接口，便于现场安装和 装置正常运行。
进水温度对通量和脱盐率的作用
脱盐率(恒定通量 )
产水通量 (恒定压力)
温 度
盐浓度和PH值对反渗透的影响
盐浓度
渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种 类的函数，盐浓度增加，渗透压也增加， 因此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱 动压力大小主要取决于进水中的含盐量。 如果压力保持恒定，含盐量越高，通量就 越低，渗透压的增加抵销了进水推动力， 水通量降低，增加了透过膜的盐通量(降 低了脱盐率)。
浓差极化及其危害
•浓差极化是指在分离过程中,料液中的溶剂在压力驱动下透过膜,溶质(离
子或不同分子量的溶质)被截留,于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面 区域浓度越来越搞.在浓度剃度作用下,溶质由膜面向本体溶液扩散,形成 边界层,使流体阻力与局部渗透压增加,从而导致溶剂透过流量下降.当溶 剂向膜面流动(对流)时引起溶质向膜面流动速度与浓度剃度使溶质向本 体溶液扩散速度达到平衡时,在膜面附近存在一个稳定的浓度剃度区,这 一区域称为浓差极化边界层,这一现象称为浓差极化. •浓差极化的危害 一截留率下降 由于膜表面处溶质浓度增高，实测的截留率会低于真实或本征截留率。 当溶质为盐等低分子量物质时通常如此。（RO,NF） 一截留率升高 对于大分子溶质混合物，尤其会出现这种情况，此时浓差极化对选择性 有显著影响。被完全截留的高分子量溶质会形成一种次级膜或动态膜， 从而使得小分子量溶质的截留率提高。(UF,MF) 一 通量降低 通量正比于推动力，其比例常数可看成是所有阻力之和的倒数。浓差极 化严重时(微滤／超滤)，通量衰减可能相当明显(应该指出的是：污染是 导致通量衰减的主要因素，这将在后面讨论)。而对于另。—些几乎不发 生浓差极化的过程如气体分离，随时间变化，通量基本不变。 •最小浓水流量：生产实际中是保持足够的浓水流量而减轻浓差极化的， 该浓水流量的最低限值称最小浓水流量。
进水－浓水”压力降不超过0.07Mpa（10psi）。过高的进水流量可能会使膜元 件中出水端凸出和隔水网变形。8寸膜通常的进水流量不超过17m3/h。 • 浓水流量：浓水量太小，浓水侧的膜表面水流速度太慢，一方面容易形成浓差 极化，另一方面水流携带盐能力下降，膜元件污染速度加剧。 8寸膜通常的浓 水流量不小于2.7m3/h。 • 进水浊度：目的是防止颗粒划伤高压泵和膜，堵塞膜孔和水流通道，卷式膜的 进水浊度要求是小于1NTU。 • 进水SDI：SDI称为淤塞指数、污染指数，它表示微量固体颗粒的水质指标。反 渗透要求进水SDI＜3,极限值是5 • 进水余氯：限制进水余氯是为了防止膜被氧化分解。要求进水余氯为0，极限 值为0.1mg/l • 单支膜的浓水和淡水的比例。浓水流量下降，会导致浓差极化、膜污染和结垢 。一般不低于5:1 • 单支膜的压力损失：膜元件的压力损失与进水流量成正比，因此该指标实际是 限制进水流量。 • 膜元件的允许透水量，不同的水质来源允许的透水量不同，膜元件的尺寸不同 允许的透水量也不同，通常8寸膜，对地表水是20~28m3/d，地下水34~40m3/d 的允许透水量
增加盐浓度对通量和脱盐率的影响 脱盐率
水通量
原水浓度
pH值 膜脱盐率特性取决于pH值，水通量也会 受到影响，反渗透膜在宽广的pH范围内 水通量和脱盐率 相当稳定。反渗透膜在 很宽的pH范围内所具有的稳定性允许我 们采用更强烈、更快和更有效的化学清洗 程序。
进水pH对水通量和脱盐率的影响 脱盐率
水通量
pH 值
回收率对反渗透的影响
通过对进水施加压力当浓溶液和稀溶液间的自然渗透流动方向被逆 转时，实现反渗透过程。如果回收率增加(进水压力恒定)，残留在原 水中的含盐量更高，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同 ，这将抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗透 通量降低或甚至停止 RO系统最大可能回收率并不一定取决于渗透压的限制，往往取决于 原水中的含盐量和它们在膜面上要发生沉淀的倾向，最常见的微溶 盐类是碳酸钙、硫酸钙和硅，应该采用原水化学处理方法阻止盐类 因膜的浓缩过程引发的结垢。