反渗透膜技术ppt课件
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.1
反渗透净水器讲座
饮用水水质以及反渗透膜净水 器
同济大学环境科学与工程学院 董秉直 2015年9月
.2
.3
.4
水中的各种杂质尺寸与膜的关系
大小 0.0001μm 0.001μm 0.01μm
1Å
1nm
颗粒和溶质
金属离子
杀虫剂 有机物 三卤甲烷
0.1μm 胶体
病毒
1μm 粘土 细菌
10μm
100μm 0.1mm
0.5um
FE-S膜E面M形P态ho的to图gr像aph of R（OSMEeMm图b像ra）ne (UHR-FE-SEM) x 50,000
• 脱盐层非常薄(大约200纳米)
产水
基Ba层se Fabric 材No料n-：w聚ov酯en无纺Po布lyester 100um
• 脱盐层涂敷在聚砜材质的支撑层上(厚约45微米)
英文缩写
CA CTA PAN PS PVDF PES PEK
. 11
亲疏水性
亲水 亲水 疏水 疏水 疏水 疏水 疏水
. 12
恒流过滤和恒压过滤
恒压过滤：过滤过程保持压力不变，由 于膜阻力的增加，导致通量的持续下降。 该过滤模式仅用于试验研究。
恒流过滤：过滤过程保持通量不变，由于 膜阻力的增加，驱动压力需相应增加，以 克服阻力，保持通量的稳定，导致膜压差 的持续增加。
触角越大，膜表面越疏水。
水滴 θ < 120°
膜材料 • PES • PVDF • PE • PTFE •
接触角 • 82 • 90 • 96 • 118 •
M-
M-
0
1
膜表面亲水性
水滴
θ > 120°
M3
M5
膜表面疏水性
主要有机膜材质
材质
醋酸纤维素 三醋酸纤维素
聚丙烯腈 聚砜
聚偏氟乙烯 聚醚砜 聚芳醚酮
装有膜元件的压力容器的组合俗称排列。段指的是浓水经过了几次压力容器 过滤，级指的是产水经过了多少次过滤分离。
产水
进水
产水
二级浓水
一级浓水
SWRO（一级）
BWRO（二级）
进水 进水 进水
. 18
反渗透系统
产水 浓水
1段系统 低回收率SWRO（＜45％）
产水 浓水 产水
浓水
2段系统 BWRO（＜80％） 高回收率SWRO（＜60％） 二级高回收率系统（＜90％）
膜水厂采用恒流过滤运行模式，家用净水器采用恒压过滤运行模式。
. 13
终端过滤和错流过滤
Cross Flow Filtration 错流过滤
Dead End Filtration 终端过滤
Permeate/渗透
Flux/通量 Cake thickness/饼厚度
Permeate/渗透
Cake thickness/饼厚度 Flux/通量
.6
= 摩尔数 = 气体常数 = 温度 = 体积
渗透压 (bar) 1.6 1.2 0.7 1.3 26.2
离子越小，则渗透压越大。
渗透 Osmosis
反渗透
均衡
渗透压
.7
反渗透
实用压力
P >
2
< 2
Po = = (2 -)
P >
稀溶液
浓溶液
半透膜
水: 能透过
渗透是自发现象，水可透过半透膜向浓溶液， 盐: 不能透过
反渗透和纳滤家用净水器采用错流过滤运行模式，而活性炭＋微滤或超滤家 用净水器采用终端过滤运行模式。
. 14
反渗透运行模式
采用错流运行模式，将累积在膜表面的离子等
带走，降低渗透压。
Permeate/渗透
驱动压力
Permeate/渗透
反渗透将小分子物质以及离子截留，它们聚集在膜表面，产生渗透压。如果 采用终端过滤运行模式，越来越多的离子产生很高的渗透压，使运行无法运 行。
一价离子 二价离子
RO 膜元件脱除 一价离子脱除率 : > 99% 二价离子脱除率 : > 99.8% 完全脱除 高分子物质、颗粒、胶体等
渗透压
Van’t Voff 方程
= nRT
n R
v
T
V
典型含盐溶液渗透压
溶解物质形成渗透压
NaCl NaHCO3 MgSO4 葡萄糖 海水
浓度 (mg/L) 2,000 2,000 2,000 1源自文库,000 35,000
压力在0.3-1MPa； 超滤（Ultrafiltration, UF）：孔径大小在0.01-0.1μm，操作压力
在0.02-0.2MPa； 微滤（Microfiltration, MF）：孔径大小在0. 1-10μm，操作压力
在0.02-0.2MPa。
. 10
表征膜表面的亲疏水性－接触角
接触角是表征膜的亲水或疏水的重要参数。接触角越小，膜越表现出亲水，而接
悬浮物 隐孢子虫
藻类, 泥
膜元件
软化 废水回用
高脱盐
NF RO
RO 预处理 细菌 / 颗粒 去除
MF UF
应用
.5
膜截留各种杂质的效果
MF / UF
RO
一价离子
颗粒/胶体
二价离子 高分子物质
MF / UF 膜元件脱除 颗粒 / 胶体 MF / UF 膜元件不能脱除 溶解性离子
高分子物质 颗粒/胶体
膜组件
出水 进水
浓水
出水
板框式
进水
膜组件 卷式
中空纤维 板框式 管式
浓水
出水
管式
过滤面积（m2/m3） 700-2000 1000-2000 200-500 100-300
. 15
中空纤维 卷式
膜结构
进水
. 16
超Ul薄tra膜- 层（脱盐层）
Crosslinked
0.2um
0.3um
疏Su松pp支o撑rtin层g Layer P材o料ly：su聚lfo砜ne 45um 45um
• 聚砜支撑层依附在聚酯无纺布材质的基层上(厚约100微米)
膜在结构上分为致密层和支撑层。致密层位于膜的顶层，主要起到分离作用，也称为“皮 层”；支撑层只起机械支撑作用，而没有分离作用。膜的过滤阻力与膜的厚度成反比关系。 因此，为了具有更好的分离功能以及较大的通量，膜应具有不对称的结构。
. 17
反渗透系统的级与 段
膜 YM3 YM10 YM30 YM100
截留分子量(Da) 3000 10000 30000
100000
膜孔径(nm) 3 5 8 14
.9
按照截留分子量分类
反渗透：截留分子量在100-200Da；操作压力在1-10MPa； 纳滤（Nanofiltration,NF）：截留分子量在200-2000Da，操作
使右边的液面上升，它们的液面差即为渗透压。
.8
截留分子量－表征膜孔径
用一种已知分子量的物质（通常是蛋白质类的高分子物质，如聚乙二醇） 来测定超滤膜的孔径，当90%的测定物质被膜所截留，则该物质的分子量 为膜的截留分子量。截留分子量的单位是道尔顿（Daltons, 1Da=1.65×1024g）。
d = 0.09(MW )0.44
反渗透净水器讲座
饮用水水质以及反渗透膜净水 器
同济大学环境科学与工程学院 董秉直 2015年9月
.2
.3
.4
水中的各种杂质尺寸与膜的关系
大小 0.0001μm 0.001μm 0.01μm
1Å
1nm
颗粒和溶质
金属离子
杀虫剂 有机物 三卤甲烷
0.1μm 胶体
病毒
1μm 粘土 细菌
10μm
100μm 0.1mm
0.5um
FE-S膜E面M形P态ho的to图gr像aph of R（OSMEeMm图b像ra）ne (UHR-FE-SEM) x 50,000
• 脱盐层非常薄(大约200纳米)
产水
基Ba层se Fabric 材No料n-：w聚ov酯en无纺Po布lyester 100um
• 脱盐层涂敷在聚砜材质的支撑层上(厚约45微米)
英文缩写
CA CTA PAN PS PVDF PES PEK
. 11
亲疏水性
亲水 亲水 疏水 疏水 疏水 疏水 疏水
. 12
恒流过滤和恒压过滤
恒压过滤：过滤过程保持压力不变，由 于膜阻力的增加，导致通量的持续下降。 该过滤模式仅用于试验研究。
恒流过滤：过滤过程保持通量不变，由于 膜阻力的增加，驱动压力需相应增加，以 克服阻力，保持通量的稳定，导致膜压差 的持续增加。
触角越大，膜表面越疏水。
水滴 θ < 120°
膜材料 • PES • PVDF • PE • PTFE •
接触角 • 82 • 90 • 96 • 118 •
M-
M-
0
1
膜表面亲水性
水滴
θ > 120°
M3
M5
膜表面疏水性
主要有机膜材质
材质
醋酸纤维素 三醋酸纤维素
聚丙烯腈 聚砜
聚偏氟乙烯 聚醚砜 聚芳醚酮
装有膜元件的压力容器的组合俗称排列。段指的是浓水经过了几次压力容器 过滤，级指的是产水经过了多少次过滤分离。
产水
进水
产水
二级浓水
一级浓水
SWRO（一级）
BWRO（二级）
进水 进水 进水
. 18
反渗透系统
产水 浓水
1段系统 低回收率SWRO（＜45％）
产水 浓水 产水
浓水
2段系统 BWRO（＜80％） 高回收率SWRO（＜60％） 二级高回收率系统（＜90％）
膜水厂采用恒流过滤运行模式，家用净水器采用恒压过滤运行模式。
. 13
终端过滤和错流过滤
Cross Flow Filtration 错流过滤
Dead End Filtration 终端过滤
Permeate/渗透
Flux/通量 Cake thickness/饼厚度
Permeate/渗透
Cake thickness/饼厚度 Flux/通量
.6
= 摩尔数 = 气体常数 = 温度 = 体积
渗透压 (bar) 1.6 1.2 0.7 1.3 26.2
离子越小，则渗透压越大。
渗透 Osmosis
反渗透
均衡
渗透压
.7
反渗透
实用压力
P >
2
< 2
Po = = (2 -)
P >
稀溶液
浓溶液
半透膜
水: 能透过
渗透是自发现象，水可透过半透膜向浓溶液， 盐: 不能透过
反渗透和纳滤家用净水器采用错流过滤运行模式，而活性炭＋微滤或超滤家 用净水器采用终端过滤运行模式。
. 14
反渗透运行模式
采用错流运行模式，将累积在膜表面的离子等
带走，降低渗透压。
Permeate/渗透
驱动压力
Permeate/渗透
反渗透将小分子物质以及离子截留，它们聚集在膜表面，产生渗透压。如果 采用终端过滤运行模式，越来越多的离子产生很高的渗透压，使运行无法运 行。
一价离子 二价离子
RO 膜元件脱除 一价离子脱除率 : > 99% 二价离子脱除率 : > 99.8% 完全脱除 高分子物质、颗粒、胶体等
渗透压
Van’t Voff 方程
= nRT
n R
v
T
V
典型含盐溶液渗透压
溶解物质形成渗透压
NaCl NaHCO3 MgSO4 葡萄糖 海水
浓度 (mg/L) 2,000 2,000 2,000 1源自文库,000 35,000
压力在0.3-1MPa； 超滤（Ultrafiltration, UF）：孔径大小在0.01-0.1μm，操作压力
在0.02-0.2MPa； 微滤（Microfiltration, MF）：孔径大小在0. 1-10μm，操作压力
在0.02-0.2MPa。
. 10
表征膜表面的亲疏水性－接触角
接触角是表征膜的亲水或疏水的重要参数。接触角越小，膜越表现出亲水，而接
悬浮物 隐孢子虫
藻类, 泥
膜元件
软化 废水回用
高脱盐
NF RO
RO 预处理 细菌 / 颗粒 去除
MF UF
应用
.5
膜截留各种杂质的效果
MF / UF
RO
一价离子
颗粒/胶体
二价离子 高分子物质
MF / UF 膜元件脱除 颗粒 / 胶体 MF / UF 膜元件不能脱除 溶解性离子
高分子物质 颗粒/胶体
膜组件
出水 进水
浓水
出水
板框式
进水
膜组件 卷式
中空纤维 板框式 管式
浓水
出水
管式
过滤面积（m2/m3） 700-2000 1000-2000 200-500 100-300
. 15
中空纤维 卷式
膜结构
进水
. 16
超Ul薄tra膜- 层（脱盐层）
Crosslinked
0.2um
0.3um
疏Su松pp支o撑rtin层g Layer P材o料ly：su聚lfo砜ne 45um 45um
• 聚砜支撑层依附在聚酯无纺布材质的基层上(厚约100微米)
膜在结构上分为致密层和支撑层。致密层位于膜的顶层，主要起到分离作用，也称为“皮 层”；支撑层只起机械支撑作用，而没有分离作用。膜的过滤阻力与膜的厚度成反比关系。 因此，为了具有更好的分离功能以及较大的通量，膜应具有不对称的结构。
. 17
反渗透系统的级与 段
膜 YM3 YM10 YM30 YM100
截留分子量(Da) 3000 10000 30000
100000
膜孔径(nm) 3 5 8 14
.9
按照截留分子量分类
反渗透：截留分子量在100-200Da；操作压力在1-10MPa； 纳滤（Nanofiltration,NF）：截留分子量在200-2000Da，操作
使右边的液面上升，它们的液面差即为渗透压。
.8
截留分子量－表征膜孔径
用一种已知分子量的物质（通常是蛋白质类的高分子物质，如聚乙二醇） 来测定超滤膜的孔径，当90%的测定物质被膜所截留，则该物质的分子量 为膜的截留分子量。截留分子量的单位是道尔顿（Daltons, 1Da=1.65×1024g）。
d = 0.09(MW )0.44