反渗透膜分离制高纯水实验

1、、实验目的：(1)熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程;(2)掌握反渗透膜分离原理及操作技能；(3)了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数(4)掌握利用电导法确定盐浓度的方法。二、实验原理工业化应用的膜分离包括微滤(Microfiltration , MF)、超滤(Ultrafiltration, UF)、纳滤(Nanofiltration, NF)、反渗透(RO)、渗透汽化(Pervaporation, PV)和气体分反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10?小分子物质，反渗透膜能截留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含

2、有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理如图1图2反渗透与渗透现象如图(a)所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。如图 所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为指定温度下溶液的渗透压N。如图（c）所示，当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压N，可迫使渗透反向，实现反渗透过程。此时，在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高，超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧， 使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。通常，

3、膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。膜的物化稳定性的主要指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐 率、产水流量和流量衰减指数。根据膜分离原理，温度、操作压力、给水水质、给水 流量等因素将影响膜的分离性能。三、实验内容反渗透膜是实现反渗透的过程的关键，要求具有较好的分离透过性和物化稳定性。反渗透膜的分离透过性可用以下几个参数来描述：1溶质分离率（脱盐率）RR = （1円 X100式中，错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。2溶剂透过速率（水通量）Jw式中，错误！未找到引用源(

4、b)错误！未找到引用源。错误！未找到引用源3.水的回收率Y式中，错误！未找到引用源。/h错误！未找到引用源。/h错误！未找到引用源。/h4.浓缩倍数CF卩QM1-Y本实验主要实验内容是：a）测定不同进料流速对膜分离效率的影响，即在同一操作压力下，改变总进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值；b）计算水通量，作出J-B曲线；c）计算出脱盐率和回收率；d）分析操作条件变化对反渗透效果的影响。四、实验装置与设备4.1实验流程本装置采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，以城市自来水为原料，制备超纯水供实验室特殊分析使用，出水水质可自动检测，装置操作简单，稳定性好，具有 很高的实用价

5、值K = X100 =QFQPQp + QM图3纯水制备流程理想的反渗透膜应耐化学和微生物侵蚀，使之在运行过程中膜的分离性能和机械性能保持稳定。因此，反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，还应包括预处理 过程，就是通过一些物化手段去除原水中的悬浮物和胶体等杂质，使其满足反渗透膜处理的进水要求，保护反渗透膜的正常使用。同时，经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可超过95%但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率、TOC旨标一般还达不到高纯水要求，工业上通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进一步得到净化。最后，采用紫外杀菌，可降低水中的TOC本实验以自来水为原水，设计了预处理（活性炭

6、、精滤）、反渗透脱盐、混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元， 研究了自来水深度处理的反渗透净水工艺。流程示意图如图所示。图4反渗透膜分离制高纯水装置流程图自来水活性炭吸附微米精滤-紫外线杀菌-净水离子父换- -fc-超纯水4所示。装置流程图如图4t-住idnT反渗透脱盐浓缩水4.2主要设备1）自来水预过滤器：10英寸活性炭预过滤和5 m精过滤；2）原料储槽：容积50升，材质ABS工程塑料；3） Y预过滤器：材质工程塑料，进口；4）增压泵：型号FLUID-O-TECH 1533,进口；5）压力控制器：型号Fannio FNC-K20；6）反渗透膜组件：2521型低压反渗透膜，纯水通量40-45L/

7、H，脱盐率为8%7）膜壳：2521型不锈钢膜壳；8）电导仪：型号RM-220，在线检测纯水电阻仪；9）流量计：规格10100L/H和17L/M，面板式有机玻璃转子流量计；10）紫外杀菌器：在线流过式杀菌器；11）核级混合树脂床，约3公斤；12）管道及阀门：UPVC管阀；13）不锈钢电控柜及不锈钢支架。五、实验操作步骤1.关闭系统排空阀，打开净水出口阀、超纯水出口阀 ；2.接通自来水与预过滤系统，过滤水进入储槽；3.接通电源，打开总电源开关；4.打开泵回路阀 、浓水旁路阀 ，将浓水流量阀 调至最大；5.储槽中有一定水位高度后开启输液泵，取储槽中水样，测定其电导率6.水正常循环后（注意排气），逐步

8、关闭泵回路阀 和浓水旁路阀 ，调节压力 阀，使系统压力（膜进口压力）控制在1.0-1.5Mpa内某一值；7.若制备超纯水，切换阀到混合树脂床，纯水可单独收集，打开浓水出口阀 ,浓水直接排放，调节一定的自来水进水流速，保持储槽内水位基本不变；8.稳定2030分钟后出口水质基本稳定，记录出口纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率；9.适当打开泵回路阀 ，改变总进料速度，重复第68操作步骤，比较3个不同流量下超纯水的水质变化；10.停车时，先打开压力调节阀 、旁路阀及泵回路阀，使系统压力小于0.2 Mpa，再关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。六、实验数据处理a)数据记录温度：25C

9、;膜面积:1 m2;操作压力 _自来水123平均电导率(ns/ cm)372375373373.3温度：25C；操作压力0.25MPa;浓缩液流量：4.9L/min;透过液流量：78L/h;实验组数123平均净水电导率(ns/cm)28.128.228.228.17纯水电导率(ns/cm)8.107.938.058.03实验组数123平均净水电导率(ms/cm)29.129.329.229.2纯水电导率(ms/cm)9.339.499.349.39温度：25C；操作压力0.375MPa;浓缩液流量：4.3L/min;透过液流量：94L/h;实验组数123平均净水电导率(ms/cm)30.630

10、.631.030.73纯水电导率(ms/cm)10.9711.0510.9811b)数据处理根据大量实测数据经统计分析整理得出不同水型总含盐量(导率(卩s/cm和水温(t)c)之间存在下列关系式：C = (I 5736e CMUoizsiot07ian-u价型水：错误！未找到引用源不均齐价型天然水：C = 4381e( (10001Mtll_0-03zesCC)(mg/L)与电I-I价型水:对于不清楚水的离子组成，暂不能确定其水型时，可作如下考虑，当常温下电导率小于1200ms/cm时，可按重碳酸盐型水处理，电导率大于1500ms/cm时，可按I-I价型重碳酸盐型水:错误!未找到引用源水处理，

11、其余则按不均齐价型水处理实验举例:RO系统进水压力为0.6MPa时，浓水压力0.5MPa，浓水流量13.5L/min，纯水3.2 L/min，水温29.2C。1)进水电导548ms/cm;2)纯水电导10.3ms/cm;NF系统操作压力为0.6MPa时，浓水压力0.47MPa，浓水流量11L/min，产水6L/min，水温29.2C。1)进水电导536ms/ cm;2)产水电导124ms/ cm;根据以上原则，不确定水中离子具体组成，且电导率小于纯水盐浓度f = 0.9382a厲皿“略产 7 陶伽)严聘皿=4.0127mg/L浄水盐浓度C = OJ&382M= 15.5S13mS/L进

12、水盐浓度C = a的8力他八期缈丁08晦二254.48a2mg/L1200 m/cm可按重碳酸盐型水处理:错误！未找到引用源纯水回收率F_ 透过液舷Qp_ X100%透过液流量Qm +浓缩液流量QM7878+4.9 X 60X 100% = 20.97%纯水脱盐率透过液浓度=1-进水盐犠度15.581325+4BS2X 100% = 98.42净水脱盐率透过疲報度=1-进水盐浓度15.581325+4BS2X 100% = 93.88实验组数123透过液流量QP（L/h）788394浓缩液流量QM（L/min）4.94.84.3纯水回收率Y0.20970.22370.2670操作压力（MPa）

13、0.250.300.375进水电导率（ms/cm）373.3373.3373.3进水盐浓度（mg/L）254.4882254.4882254.4882净水电导率（ms/cm）28.1729.230.73盐浓度（mg/L）15.581316.198017.1174脱盐率0.93880.93640.9327纯水电导率 （ms/ cm）8.039.3911盐浓度（mg/L）4.01274.75215.6386脱盐率0.98420.98130.9778七、结果及讨论根据实验数据分析，在不同的操作压力下，反渗透效果不同；随着操作压力的增 大，纯水回收率增大，纯水和净水的盐浓度也随之增大，脱盐率下降，反渗

14、透效果随 之降低。实验误差分析：由于实验装置存在较为严重的系统误差，认为读取流量计读数不 准，造成误差。1）分析超纯水水质随回收率变化的原因?纯水电导率随着回收率的增大而增大，原因：膜的截留能力有限，膜有损耗，所 以操作压力增大，导致更多的水喝水中的杂质透过膜，回收率增大，同时纯水盐浓度 增大。2）结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点？在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高，超过纯水的化学位， 水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化； 经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可超过95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率一般还达不到高纯水要求，通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进 一步得到净化。本实验脱盐率在98%以上。设备操作简单，稳定性好，脱盐率高。3）反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征？如果与处理不当或不够，会发生结垢和污染现象。反渗透膜组件结垢和污染不单是产水水质恶化、产水率下降、系统压降增大、能耗增加，透过液的回收率降低，制得高纯水电导率升高；压力变化离子浓度相应变化。如不及时清洗还会对摸造成不可逆的损伤，缩短膜寿命，严重时必须提前更换膜元件。4）常规的树脂再生，是如何实现的？常规的树脂再生，可从碱液开