膜系统 Microsoft Word 文档

1、2.2 反渗透膜的透过机理关于反渗透膜的透过机理，自20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不对称反渗透膜的透过机理和模型，现介绍如下：2.2.1 氢键理论3这个理论是由里德（Ried）等人提出的，并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上氧原子形成氢键，而原来的水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点，并形成新的氢键，如是通过这一连串氢键的形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活化层，由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能

2、畅通流出膜外。 2.2.2 优先吸附-毛细孔流理论4索里拉金等人提出了优先吸附毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面能选择性吸水，因此水被优先吸附在膜表面上，而对氯化钠排斥。在压力作用下，优先吸附的水通过膜，就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的毛细孔，根据这种理论，索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗透膜，奠定了实用反渗透膜的发展基础。2.2.3 溶液扩散理论3朗斯代尔（Lonsdale）和赖利（Riley）等人提出溶解扩

3、散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完整的膜”，溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向另一侧进行扩散，直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从（Fick）定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜表面，以化学位差为推动力（常用浓度差或压力差来表示），分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多，高压下水在膜内的移动速度就越快，因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。2.3有机物去除机理对于有机溶质的脱除机理最初认为纯属筛网

4、效应其脱除率主子量大小和形状有关。后来经过大量的研究，发现膜与有机溶质的电荷斥力对脱除率的影响有时不容忽视。近年来的研究证明，膜对有机溶质的脱除主要受两方面的影响：一是膜孔径的机械筛除作用；二是膜与有机物间排斥力的作用，这种排斥作用的大小与膜材料和有机物的物理化学特征参数有很大的关系。这些物理比学特征参数及其对分离度的影响(不考虑膜孔径的机械筛除作用)介绍如下5。  3 反渗透膜及膜装置类型3.1 反渗透膜类型    一般来说，反渗透膜应具备以下性能：    单位面积上透水量大，脱盐率高；机械强度好，多孔支撑层的压实作用小；

5、化学稳定性好，耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀；结构均匀，使用寿命长，性能衰降慢；    制膜容易，价格便宜，原料充足。    影响膜性能因素7： 回收率/转变率；压力；压密；浓差极化。4 反渗透膜的主要性能参数与运行工况条件4.1 反渗透的主要性能参数81) 透水率。是指单位时间透过单位膜面积的水量。主要取决于膜的材质和结构等因素,但一定的反渗透膜其透水率则取决于运行条件；a. 透水率随温度的升高而增加,随工作压力的增加成比例的上升;b. 透水率随进水浓度的增加而下降;c. 透水率随回收率的增加而下降。2) 回收率。即供水对渗透液的转换率,

6、直接影响除盐系统的成本。对于苦盐水的回收率大约为90 %;高苦盐水降为60 %65 %;工业海水系统回收率是35 %45 %。3) 膜通量。是表明通过膜表面的一个特定区域的水流速度。4.2 反渗透装置的运行工况条件8为了确保反渗透装置安全可靠运行,选择一定适宜的工况条件是非常必要的。反渗透装置的主要工况条件为进水pH值、进水温度与运行压力。1) 进水pH 值。对于醋酸纤维膜运行时,水以偏酸性为宜，pH值一般控制在47之间，在此范围外加速膜的水解与老化。目前认为pH值在56 之间最佳。膜的水解不仅会引起产水量的减少，而且会造成膜对盐去除能力的持续性降低，直至膜损坏为止。2) 进水温度对产水量有一

7、定的影响,温度增加1 ，膜的透水能力增加约2.7 %。反渗透膜的进水温度底限为58,此时的渗滤速率很慢。当温度从11升至25时，产水量提高50 %。但当温度高于30时,大多数膜变得不稳定，加速水解的速度。一般醋酸纤维膜运行与保管的最高温度为35，宜控制在2535之间。3) 运行压力。渗透压与原水中的含盐量成正比，与膜无关。提高运行压力后，膜被压密实，盐透过率会减少，水的透过率会增加，提高水的回收率。但当压力超过一定限度时会造成膜的老化，膜的变形加剧，透水能力下降。4.3 影响反渗透运行参数的主要因素9膜的水通量和脱盐率是反渗透过程中关键的运行参数，这两个参数将受到压力、温度、回收率、给水含盐量

8、、给水PH值因素的影响。（1）压力给水压力升高使膜的水通量增大，压力升高并不影响盐透过量。在盐透过量不变的情况下，水通量增大时产品水含盐量下降，脱盐率提高了。（2）温度温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。（3）回收率回收率对各段压降有很大的影响，在进水总流量保持一定的条件下，回收率增

9、加，由于流经反渗透高压侧的浓水流量减少，总压降降低，回收率减少，总压降增大，实际运行表明，回收率即使变化很小，如1%，也会使总压差产生0. 02MPa左右的变化。回收率对产品水电导率的影响取决于盐透过量和产品水量，一般说来，系统回收率增大，会增加浓水中的含盐量，并相应增加产品水的电导率。（4）进水含盐量对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差别，给水含盐量每增加l00ppm，进水压力需增加约0.007MPa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。（5）pH值各种膜组件都有一个允许的pH值范围，即使在允许范围内，pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗透膜

10、本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，另一方面pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的有机物，其截留率随pH值的降低而下降。5 反渗透的流程最终用途：首先的考虑是产品水的具体用途，它决定了为满足用户需要的水质和水量。对饮用水，通常要求满足公共卫生标准或世界卫生组织标准。对超纯电子工业用水，水电阻率需达18Mcm。然而产品的性能并不严格的要超过所需值，因为高于所需的产水量或产水水质将增加产品水的费用，产生明显的负面影响。后处理：在RO透过液使用前，通常需要对其作些后处理。至少，需要脱气以去除为控制结垢对进料水酸化而产生的CO2和进行pH调节，以防止下游

11、系统发生腐蚀。后处理的要求取决于应用，需按具体情况加以确定。对许多工业应用，后处理包括采用树脂除盐和紫外线消毒。对城市应用要附加pH调节、脱气及用氯消毒。膜：膜为系统的心脏，其性能可受与膜本身及其构型无关的一些因素的影响，例如预处理及系统的操作与维护，然而，需根据进料水的水质及最终用途仔细考虑选择膜材料及膜构型。操作与维护：操作与维护是成功的系统性能的关键。为了尽早的发现潜隐的问题，须收集系统性能数据并定期分析。若发生了问题，应该采用合宜的寻找故障的技术，并与膜制造商和/或系统设计者切磋商量合宜的消除问题的措施。对不能控制的结垢、污染或堵塞，则需经常清洗膜以保持膜的性能。在膜装置中，这些物质不

12、可逆的积累将导致流体分布不均和产生浓差极化，这将造成膜通量与盐截留率的减退，有时会使膜材料发生降解。这些导致了昂贵的膜单元的更换。已开发出的用于恢复因结垢或污染造成的不良的膜性能的技术，若能及早的识别出膜需清洗，则这些技术是非常有效的。清晰剂可用以从膜装置中将微粒、胶体、生物和有机物移出。通常的做法是将清洗液按正向流动，低压下通过膜装置进行循环，直至污染物被去除。很少推荐进行反洗。高压泵：高压泵提供膜生产所需产水流量及水质的压力。常用泵的类型是单级、高速离心泵；柱塞泵；多级离心泵。通常单级离心泵效率最低，柱塞泵效率最高。对于小系统采用高速离心泵，对于大系统采用多级离心泵为佳。预处理：预处理即垢

13、的控制，方法有pH值的调节、缓蚀剂软化、微生物控制、氯化/脱氯，对悬浮固体、胶体、金属氧化物、有机物等的去除。反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水）通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围。 反渗透，英文为Reverse Osmosis，是花费数亿美元并经过多年的精心研制而成的高科技水处理技术。这种薄膜分离技术，是依靠渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。渗透是一种物理现象。反渗透就是在有盐份的水中（如原水）施加比自然渗透压力更大的压力，使水由浓度高的一方渗透到浓度低的

14、一方，把原水肿的水分子压到膜的另一边变成纯净水，而原水中的细微杂质、胶体、有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质都统统截留下来并经污水出口排放掉。由于反渗透膜的孔径仅0.0001微米，一个细菌要缩小4000倍，过滤性病毒也要缩小200倍以上才能通过，所以其有效去除率高达96以上。 反渗透技术基础衡量反渗透膜性能的主要指标1、  脱盐率和透盐率脱盐率通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。透盐率进水中可溶性杂质透过膜的百分比。脱盐率=（1产水含盐量/进水含盐量）×100%透盐率=100%脱盐率 膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超

15、薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也超过了98%；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。2、  产水量（水通量）产水量（水通量）指反渗透系统的产能，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。渗透流率渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率，通常用加仑每平方英尺每天（GFD）表示。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。3、  回收率回收率指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。膜系统的回收率在设计时就已经确定，是基于预设的进水水质而定的。回收率=（产水流量/进水流量）×100%反渗透技术基础影响反渗透膜性能的因素1、  进水压力对反渗透膜的影响进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增