膜岗位基础知识培训ppt课件

1、 膜污染和清洗膜污染和清洗过滤模式过滤模式我们使用的膜元件我们使用的膜元件影响反渗透的因素影响反渗透的因素反渗透的基本概念反渗透的基本概念 1、浸透：、浸透： 表述表述1：当把相同体：当把相同体积的稀溶液如淡积的稀溶液如淡水和浓液如海水和浓液如海水或盐水分别置水或盐水分别置于一容器的两侧，于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，向浓溶液侧流动，这种现象称之为渗这种现象称之为渗透。透。 表述表述2：渗透是指稀：渗透是指稀溶液中的溶剂溶液中的溶剂(水分水分子子)自发地透过半透自发地透过半透膜膜(反渗透膜

2、或纳滤反渗透膜或纳滤膜膜)进入浓溶液进入浓溶液(浓水浓水)侧的溶剂侧的溶剂(水分子水分子)流流动现象。动现象。 定义为某溶液在自然定义为某溶液在自然渗透的过程中，浓溶液侧渗透的过程中，浓溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面相应降低，直到两侧液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵销了溶形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移，溶液两侧剂分子的迁移，溶液两侧的液面不再变化变化，渗的液面不再变化变化，渗透过程达到平衡点，此时透过程达到平衡点，此时的液柱高差称为该浓溶液的液柱高差称为该浓溶液的渗透压。的渗透压。 3、反渗透：、反渗透： 在浓溶液侧，施在浓溶液侧，施加一个大于渗透压的压加一个

3、大于渗透压的压力，使浓溶液中的溶剂力，使浓溶液中的溶剂通过半透膜向稀溶液流通过半透膜向稀溶液流动，此种溶剂的流动方动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗反，这一过程称为反渗透。透。 4、反渗透原理：、反渗透原理： 即在进水即在进水(浓溶浓溶液液)侧施加操作压力以克侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水向就会逆转，进水(浓溶浓溶液液)中的水分子部分通过中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化膜成为稀溶液

4、侧的净化产水产水 允许溶剂分子允许溶剂分子透过而不允许溶质透过而不允许溶质分子透过的一种功分子透过的一种功能性的半透膜称为能性的半透膜称为反渗透膜。反渗透膜。 无纺布聚砜支撑层超薄分离层聚酯材料增强无纺布，约聚酯材料增强无纺布，约120m厚；厚；聚砜材料多孔中间支撑层，聚砜材料多孔中间支撑层，约约40m厚；厚；聚酰胺材料超薄分离层，聚酰胺材料超薄分离层，约约0.2m厚。厚。 超薄分离层是反渗超薄分离层是反渗透和纳滤过程中真正具透和纳滤过程中真正具有分离作用的功能层有分离作用的功能层 6、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、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实

5、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；膜元件密封胶产水隔网进水隔网进水浓水产水7、膜组件：、膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；膜组件；8、膜装置：、膜装置： 由膜组件、仪由膜组件、仪表、管道、阀门、表、管道、阀门、高压泵、保安滤高压泵、保安滤器、就地控制盘器、就地控制盘柜和机架组成的柜和机架组成的可独立运行的成可独立运行的成套单元膜设备称套单元膜设备称为膜装置，反渗为膜装置，反渗透过程通过该膜透过程通过该膜装置来实现装置来实现 9、膜系统：、膜系统： 针对特定水源条件和产水要求设计的，由针对特定水源条件和产水要求设计的

6、，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和预处理、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电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。称为系统。问题问题:我们的膜系统由哪些部分组成我们的膜系统由哪些部分组成? 浓差极化浓差极化 在反渗透过程中，由在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，于膜的选择渗透性，溶剂从高压侧透过膜，溶剂从高压侧透过膜，而溶质被膜截留，其而溶质被膜截留，其浓度在膜表面处升高，浓度在膜表面处升高，同时发生从膜表面向同时发生从膜表面向水体的回扩散。当这水体的回扩散。当这两种传质过程达到动两种传质过程达到动态平衡时，膜表面处态平衡时，膜表面处

7、的浓度的浓度C2高于主体溶高于主体溶液浓度液浓度C1，这种现象，这种现象叫浓差极化。叫浓差极化。 C2 /C1 称为浓差极化度。称为浓差极化度。 产水背压产水背压 如果产水管线在运行如果产水管线在运行和系统停机时带压，和系统停机时带压，膜元件就可能会遭遇膜元件就可能会遭遇静态的产水背压。为静态的产水背压。为了避免膜元件因背压了避免膜元件因背压产生膜片复合层的剥产生膜片复合层的剥离破坏，离破坏， 任何情况下，净背压任何情况下，净背压不得高于不得高于0.3bar(5psi)， 产水通量和脱除率是反渗透过程中的产水通量和脱除率是反渗透过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和关键参数，针对特定系统

8、条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、进水含盐量和进水含盐量和pH值影响。值影响。 产水通量产水通量 单位膜面积上单位膜面积上透过液的流率，通透过液的流率，通常以每小时每平方常以每小时每平方米升数米升数(L/m2h)或每或每天每平方英尺加仑天每平方英尺加仑数表示数表示 (gfd) 回收率回收率 指膜系统中指膜系统中给水转化成为产水给水转化成为产水或透过液的百分率或透过液的百分率 脱盐率脱盐率 通过反渗透膜从通过反渗透膜从系统进水中除去总可系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的

9、百溶性的杂质浓度的百分率分率 脱除率脱除率 通过反渗透膜从通过反渗透膜从系统进水中除去某种系统进水中除去某种特定杂质浓度的百分特定杂质浓度的百分率率 正如图正如图1所示，透过膜的水通量增加与进所示，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。度后脱盐率将不再增加。由于由于RO对进水中的溶解性盐类不可能绝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，对完美地截留，总有一定量的透过

10、量，随着压力的增加，因为膜透过水的速率随着压力的增加，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，水压力提高盐分的排除率有上限限制，正如图正如图1脱盐率曲线的平坦部分所示那样，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，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。某些盐分还会与水分子耦合一同透过膜。 图1.进水压力对通量和脱盐率的作用脱盐率产水通量压 力产水通量脱盐率 如图如图2所示，膜系统产水所示，膜系统

11、产水电导对进水温度的变化非电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，常敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性地增大，水通量几乎线性地增大，这主要归功于透过膜的水这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能分子的粘度下降、扩散能力增加。增加水温会导致力增加。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加，脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提的扩散速率会因温度的提高而加快所致。高而加快所致。 图2. 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)温 度产水通量(恒定压力)脱盐率(恒定通量) 渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函

12、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。图4表明，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，同时如图4所示，水通量降低，增加了透过膜的盐通量(降低了脱盐率)。脱盐率水通量原水浓度图4. 增加盐浓度对通量和脱盐率的影响水通量脱盐率通过对进水施加压力当通过对进水施加压力当浓溶液和稀溶液间的自浓溶液和稀溶液间的自然渗透流动方向被逆转然渗透流动方向被逆转时，实现反渗透过程。时，实现反渗透过程。如果回收率增加如果回收率增加(进水压进水压力恒定力恒定)，残留在原水中，残留在原水中的含盐量更高，自然渗的含盐量更高，自

13、然渗透压将不断增加直至与透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量降低过程，使渗透通量降低或甚至停止或甚至停止(参见图参见图5) 图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水通量脱盐率 膜脱盐率特膜脱盐率特性取决于性取决于pH值，值，水通量也会受到水通量也会受到影响，图影响，图6表明表明FILMTEC FT30膜在宽广的膜在宽广的pH范范围内水通量和脱围内水通量和脱盐率盐率 相当稳定。相当稳定。 图6. 进水pH对水通量和脱盐率的影响水脱盐率pH 值水通量脱盐率增 加

14、产水量透盐率有效压力有效压力 温度温度 进水含盐量进水含盐量 回收率回收率 表示增加；表示增加；表示降低。表示降低。 1#膜系统使用膜系统使用18支支BW30-365 FR膜元件膜元件 2#膜系统使用膜系统使用20支支HSRO-390FF 膜元件膜元件 陶氏陶氏FILMTEC膜元件膜元件 美国美国 原装进口膜元件原装进口膜元件产品种类 TW：自来水元件(TapWater) BW：苦咸水元件(BrackishWater) SW：海水膜元件 (SemiconductorGrade) RO：反渗透浓缩分离元件 (ReverseOsmosis) HSRO：热消毒元件HeatSanitizableRev

15、erseOsmosis) 膜元件有效面积或元件尺寸 - (4040) 320：320平方英尺365：365平方英尺 380：380平方英尺390：390平方英尺400：400平方英尺440：440平方英尺 BW 30 (LE) -365 (FR)产品特征 FR：抗污染元件 (FoulingResistant) FF：充满外壳卫生型元件(FullFit)膜元件直径 25：2.5英寸 40：4.0英寸 80 ： 8.0英寸膜元件长度 21：21英寸 40：40英寸 优点：优点： 膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；清洗周期更长；

16、 膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。 缺陷：缺陷： 给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；通量更大； 需要更大的冲洗流速来保证紊流和边界层效果；需要更大的冲洗流速来保证紊流和边界层效果； 以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。 陶氏陶氏FILMTECHSRO热消毒型反渗透膜热消毒型反渗透膜元件产水水质好，能经受热水的消毒处理。元件产水水质好，能经受热水的消毒处理。由先进的全自动生产线生产的由先进的全自动生产线生产的HSRO元件元件具

17、有膜工业界最高的有效膜面积，这一高具有膜工业界最高的有效膜面积，这一高膜面积允许系统设计成更低的运行通量或膜面积允许系统设计成更低的运行通量或者保持相同通量使用较少的膜元件以节省者保持相同通量使用较少的膜元件以节省系统成本。元件采用无外壳的系统成本。元件采用无外壳的full-fit的结构，的结构，消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死水区，适用于有特殊卫生要求的应用场合。水区，适用于有特殊卫生要求的应用场合。且所有的部件均符合且所有的部件均符合FDA的标准的标准 产品名称产品编号有效膜面积ft2 (m2)运行压力psi (bar)产 水 量gpd (m3/d)

18、稳定脱盐率Cl-HSRO-390-FF170701/92564390 (36)150 (10.3)9,000 (34)99.5HSRO-390-FF曾被命名为曾被命名为SG30-390-HS。单只元件的最小脱盐率。单只元件的最小脱盐率98.0%。产水量和脱盐率是基于测试条件：产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppm NaCl，压力为上表值，压力为上表值，25C，15%回收率。回收率。元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据。上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据

19、。膜的类型 聚酰胺复合膜最高运行温度45oC(113oF)最高热消毒温度(1.75bar，25psi) 85oC最高运行压力 600psi(41bar)最大压差 15psi(1.0bar)连续运行pH范围 211短时清洗pH范围(30分钟) 112最大给水污染指数 SDI 5最大给水浊度1NTU游离氯容忍量 0.1ppm渗透液膜错流过滤进水进水浓水浓水产水产水进水进水浓水浓水错流过滤错流过滤 首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出; ; 其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层; ; 因此，我们需

20、要保证单只膜元件回收率不超过因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%;15%;切向流速切向流速 浓水回流提高了系统回收率；浓水回流提高了系统回收率； 膜元件回收率仍然维持膜元件回收率仍然维持15%15%，符合设计要求；，符合设计要求； 浓差极化得到了有效控制；浓差极化得到了有效控制； 冲洗流速得到保证；冲洗流速得到保证； 浓水浓缩倍数是浓水浓缩倍数是(1-(1-系统回收率系统回收率) )的倒数。的倒数。进膜进膜=1=1产水产水=0.15=0.15浓水浓水=0.85=0.85回收率回收率=15%=15%提升系统回收率提升系统回收率排放排放=0.15=0.15回流回流=0.70=0.70进泵

21、进泵=1=1进水进水=0.3=0.3膜回收率膜回收率=15%=15%系统回收率系统回收率=50%=50% 由于水不断透过膜，使由于水不断透过膜，使膜表面盐水和进口盐水膜表面盐水和进口盐水间产生一个浓度差，阻间产生一个浓度差，阻碍盐分扩散。浓差极化碍盐分扩散。浓差极化使盐水渗透压加大，在使盐水渗透压加大，在操作压力不变的情况下，操作压力不变的情况下，有效推动力减少，从而有效推动力减少，从而造成透水速度和除盐率造成透水速度和除盐率下降，另外还可能引起下降，另外还可能引起某些微溶性盐在膜表面某些微溶性盐在膜表面析出结垢。析出结垢。 【污堵】定义为有机物和胶体在膜面上的沉积。 胶体和颗粒污堵可严重地影

22、响反渗透及纳滤元件的性能，如大幅度降低产水量，有时也会降低系统脱盐率，胶体和颗粒污染的初期症状是系统压差的增加。 反渗透进水中的淤泥和胶体的来源有相当大的差异，通常包括细菌、粘土、胶体硅和铁的腐蚀产物。图1. 淤积指数测量仪2.1bar15分钟后测量膜直径47mm孔径0.45m预处理产水开始500毫升所需时间t0最后500毫升所需时间t15稳压阀测量仪器测量仪器47 mm直径测试膜盒直径测试膜盒47 mm测试用膜片测试用膜片(孔径孔径0.45m)15bar(1070psi)压力表压力表调压针型阀调压针型阀图图1为为SDI测量装置测量装置测量步骤测量步骤将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧湿膜片，拧紧“O形密封圈，将膜盒垂直放置，形密封圈，将膜盒垂直放置，还应注意膜片有正反面的区别还应注意膜片有正反面的区别调节进水压力至调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始并立即计量开始过滤过滤500mL水样的时间水样的时间t0(通过连续不断的调节，通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变使进水压力始终保持不变)在进水压力为在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤下连续过滤15分钟分钟15分钟后继续记录过