反渗透的原理及其应用[教学校园]

1、反渗透的原理及其应用 目 录 CONTENTS 0105工作原理 1 0608反渗透的基本原理 2 0912分离机理 3 1315影响反渗透性能的因素 4 1620膜分离技术特点 5 2125膜的分类 6 2632膜分离技术的应用 7 反渗透工作原理 反渗透：当在浓溶液 上加压力，且该压力 大于于渗透压时，浓 溶液中的水就会通过 半透膜流向稀溶液， 使得浓溶液的浓度更 大，这一过程是渗透 的相反的程。 渗透：水从稀溶液 一侧通过半透膜向 浓溶液一侧自发流 动的过程。 纯 水 盐溶 液 半透 膜 渗透 压 (b) 渗透 平衡 纯 水 盐溶 液 半透 膜 (a) 渗透 纯 水 盐溶 液 半透 膜

2、外加压力 (c) 反渗 透 反渗透的简单流程图 给水 产品水 q V ,f ,c f q V ,b ,c b 浓水 q V ,p ,c p 反渗透的基本原理 进水压力对通量和脱盐率的作用 脱盐率 产水通量 进水温度对通量和脱盐率的作用 产水通量(恒定压力) 脱盐率(恒定通量) 脱盐率 水通量 回收率 增加盐浓度对通量和脱盐率的影响增加回收率对通量和脱盐率的影响 脱盐率 水通量 压力温度 原水浓度 增加产水量透盐率 有效压力 温度 回收率 进水含盐量 水通量 脱盐率 pH 值 反渗透原理 1、反渗透装置重要指标水的回收率 Y (以表示)： Y= q V,p 100% q V,f q V ,f 给

3、水流量， m3/ h q V ,p 产水流量， m3/ h 2、反渗透装置重要指标水的脱盐率 SR (以表示)： SR= c f c p 100% c f SR= c fA c p 100% c fA c f ，c p 分别为给水和产水的浓度，mol/ L 或 c fA 平均给水浓度，mol/ L RO原理简介 给水 产水 浓水 75回收率 100 m3/ h 75 m3/ h 25 m3/ h 90 脱盐率 100 mg/l 钙离子 10mg/l 钙离子 360 mg/l 钙离子 反渗透分离机理 氢键理论 Reid）等人提出的 ，基于一些离子和分子能够通过膜的 氢键的结合而发生联系，从而通过

4、这些联系发生线形排列 型的扩散来进行传递 优先吸附毛细孔流理论 索里拉金等人提出了优先吸附毛细孔流理论 溶解-扩散理论 Lonsdale和Riley 氢键理论 膜的表面层 O H 2 COC O CHHO CH O H 2C H 2 CO CO O H O H OC O H 2 CCH 2 H 2 C C H OC C O C CH O OH O H 2 COC O CHHO CH O H 2C H 2 CO CO O H O H OC O H 2 CCH 2 H 2 C C H OC C O C CH O OH O H 2 COC O CHHO CH O H 2C H 2 CO CO O H

5、 O H OC O H 2 CCH 2 H 2 C C H OC C O C CH O OH O H 2 COC O CHHO CH O H 2C H 2 CO CO O H O H OC O H 2 CCH 2 H 2 C C H OC C O C CH O OH O O O O O HH O HH O HH O HH O HH O HH O HH H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O 膜的表面层 杂质等离子 优先吸附毛细孔流理论 NaCl 膜元件 H2O H2O H2OH2OH2OH2OH2OH2O H2O H2OH2OH2O 膜元件 H2O H2

6、O H2O NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl H2O NaCl H2O H2O H2O NaCl NaCl H2O H2O H2O NaCl NaCl NaCl H2O H2O H2O NaCl NaCl NaCl H2O H2O NaCl NaClNaClNaClH2OH2OH2O NaClNaClNaClH2OH2OH2O NaCl H2O纯水界面 主体溶液 压力 反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两 部分。部分。 预处理可以用物理化学法，也可以用化预处理可以用物理化学法，也可以用化 学法。学法。 所采取的预处理方法与原水的物理、化所采取的预

7、处理方法与原水的物理、化 学性质及生物学特性有关，还与膜装置学性质及生物学特性有关，还与膜装置 的结构有关。的结构有关。 预处理预处理 l l）调整和控制）调整和控制pHpH值及进水温度，根据反渗透膜允许使值及进水温度，根据反渗透膜允许使 用的温度和用的温度和pHpH值范围。值范围。 2 2）去除水中）去除水中0.30.31m1m以上的悬浮固体及胶体以上的悬浮固体及胶体，用混凝用混凝 沉淀和精密过滤相结合工艺沉淀和精密过滤相结合工艺, ,用用5 5 25 m 25 m过滤介质，过滤介质， 去除水中悬浮固体。去除水中悬浮固体。 3 3）去除可溶性、胶体状和悬浮性有机物，采用氯或次）去除可溶性、胶

8、体状和悬浮性有机物，采用氯或次 氯酸钠氧化可有效地也可根据有机物的种类采用活性氯酸钠氧化可有效地也可根据有机物的种类采用活性 炭去除。炭去除。 4)4)要控制水的回收率要控制水的回收率（为防止在膜表面形成硬垢）为防止在膜表面形成硬垢）； 或将进水或将进水pHpH值调整在值调整在5 56 6，以控制水中碳酸钙及磷酸，以控制水中碳酸钙及磷酸 钙的形成；亦可采用石灰法去除水中的钙盐；可借助钙的形成；亦可采用石灰法去除水中的钙盐；可借助 投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。 5) 5) 细菌、藻类、微生物易使膜表面产生软垢，用消细菌、藻类、微生物易使膜表面产生软垢，用消 毒法抑

9、制其生长。毒法抑制其生长。 6) 6)超滤也可作为反渗透的预处理法以去除水中的油、超滤也可作为反渗透的预处理法以去除水中的油、 胶体、微生物等物质。胶体、微生物等物质。 预处理预处理 常见的预处理方法的选择 1. 化学氧化 功能：利用强氧化剂分解水中有机污染物的一种化学处理方法。 常用氧化剂：氯气、次氯酸钠、二氧化氯、高锰酸钾 2.药剂软化 目的：使水中所含的硬度在药剂作用下形成难溶性化合物而被去除的 方法。 常用氧化剂：磷酸三钠、磷酸氢二钠、石灰、纯碱 3. 介质过滤 目的：颗粒物质的去除。 常用介质：石英砂、石榴石或无烟煤等 4.混凝-絮凝 目的:降低颗粒悬浮物和胶体 常用混絮凝药剂:三氯

10、化铁和硫酸亚铁 常见的预处理方法的选择 5.活性炭吸附 目的：去除水中有机物、胶体、微生物、余氯、 嗅味等 常用活性炭类型 ：粉状及粒状活性炭，作为反渗透预处理粒状活 性炭比较常用 6.微滤或超滤 目的：去除水中的悬浮物质及一部分溶解有机物质 常用的超滤膜材料：聚偏氯乙烯、聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙 烯晴、纤维素类等 7.保安过滤 目的: 为了防止预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入 反渗透系统，保护高压 泵和反渗透膜 常用滤芯类型 ：烧结滤管、熔喷式纤维滤芯和蜂房滤芯等 膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图 进进 水水 口口 耐压耐压 容器容器 连连 接接 器器 膜膜 组组 件件 密密

11、 封封 圈圈 端端 盖盖 透透 过过 液液 浓浓 缩缩 液液 工工 业业 应应 用用 的的 反反 渗渗 透透 装装 置置 高压泵 进水 浓水 产水 保安过滤器 单支膜元件 浓水循环 高压泵 进水 浓水 产水 保安过滤器 6支膜元件 6支膜元件 6支膜元件 高压泵 6支膜元 件 进水 浓水 产水 保安过滤器 6支膜元 件 6支膜元 件 6支膜元 件 6支膜元 件 6支膜元 件 二级浓水回一级 进水 高压泵 保安过滤器 RO1 一级产水 二级产水 RO2 按孔径分类的分离膜 主要膜分离过程 膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质 微 滤 多孔膜、溶液的 微滤、脱微粒子 压力差水、溶剂、溶解物

12、悬浮物、细菌类、微粒子 超 滤 脱除溶液中的胶体、各 类大分子 压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子 反渗透 和纳滤 脱除溶液中的盐类及低 分子物 压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等 透 析 脱除溶液中的盐类及低 分子物 浓度差 离子、低分子物、酸、 碱 无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸 电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子 渗透气化 溶液中的低分子及溶剂 间的分离 压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液 气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体 卷式膜结构 中心管 產品水 濃水 ATD 進水方向 流道 膜片 膜片 流道

13、 外殼材料 收集通道 原水 原水 流道网 原水 透过水 流道网 膜 膜透过水 集水管 浓水 膜分离技术特点（一） 膜分离是一个高效的分离行为； 90%的乙醇水溶液、N2和H2的分离,与 萃取等的对比。 能耗非常低； 相比传统分离： 蒸馏、蒸发、等 多数分离过程的工作温度在室温； 在医药工业、生物技术、食品加工等 方面 膜分离技术特点（二） 规模和处理能力可在很大范围内变化，而其效率、 设备单价、运行费等变化不大； 设备体积小、占地较少等； 可以方便的插入现行生产工业，不必进行较大改 变。 膜分离设备本身没有运动的部件，很少需要维护， 可靠度很高； 3 3、膜清洗工艺、膜清洗工艺 物理法物理法

14、化学法化学法 水力清洗水力清洗 水气混合清洗水气混合清洗 逆流清洗逆流清洗 海棉球清洗海棉球清洗 主要采用减压后高速的水力冲洗主要采用减压后高速的水力冲洗 借助气液与膜面发生剪切作用借助气液与膜面发生剪切作用 卷式或中空纤维式组件。将反向压力施加于卷式或中空纤维式组件。将反向压力施加于 支撑层，引起膜透过液的反向流动，以松动支撑层，引起膜透过液的反向流动，以松动 和去除膜进料侧活化层表面污染物和去除膜进料侧活化层表面污染物 内压管式组件。依靠水力冲击使直径内压管式组件。依靠水力冲击使直径 稍大于管径的海棉球流经膜面，以去稍大于管径的海棉球流经膜面，以去 除膜表面的污染物，除膜表面的污染物， 氢

15、氧化铁：氢氧化铁：1%2%的柠檬酸铵水溶液的柠檬酸铵水溶液 无机沉垢：柠檬酸钠水溶液用盐酸将无机沉垢：柠檬酸钠水溶液用盐酸将pH值调至值调至45 胶体污染体系：胶体污染体系：高浓度盐水高浓度盐水 蛋白质、多糖类及胶体污染物：加酶洗剂蛋白质、多糖类及胶体污染物：加酶洗剂 n在化学清洗中，必须考虑到以下两点在化学清洗中，必须考虑到以下两点: : n (1) (1)清洗剂必须对污染物有很好的溶解或分解能力清洗剂必须对污染物有很好的溶解或分解能力; ; n (2) (2)清洗剂必须不污染和不损伤膜面。清洗剂必须不污染和不损伤膜面。 膜清洗膜清洗 为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？ 1.工业节水十五规划。北京高井电厂关于循环排污水回用问题证 实了超滤作为反渗透预处理的必要性和可行性； 2.电厂环保的要求。山西古交电厂是我国第一个30万千瓦以上机组