反渗透的原理及其应用

关于反渗透的原理及其应用反渗透工作原理

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外加压力(c)反渗透第2页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透的简单流程图给水产品水qV,f,cfqV,b,cb浓水qV,p,cp第3页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透的基本原理渗透压的计算：渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度而与半透膜本身无关。计算公式如下（仅适用于稀溶液）：

π＝CRTπ—渗透压（kg/cm2）

C—离子浓度（摩尔/升）

R—气体常数（等于0.082升·大气压/摩尔·°k）

T—绝对温度（°k）

如计算3％NaCL（近于海水）在25℃时的渗透压：

C=（30/58.5）×2＝1.026摩尔/升

π＝CRT＝1.026×0.082×（273＋25）＝24.4（kg/cm2）第4页,共37页，2024年2月25日，星期天

影响反渗透性能的因素产水通量和脱盐率是反渗透过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱盐率主要受压力、温度、回收率、进水含盐量和pH值的影响。基本关系式

1、产水率：QW＝KW×A×（△P－△π）/dQW—产品水流量KW—温度校正系数（取决于膜的类型和温度）A—膜表面积△P—膜两侧的压力△π—膜两侧的渗透压d—膜厚度

2、盐通量：QS＝KS×A×△C/dQS—盐通量KS—盐透过系数（取决于膜的类型和温度）A—膜表面积△C—膜两侧的浓度剃度△π—膜两侧的渗透压

第5页,共37页，2024年2月25日，星期天

影响反渗透性能的因素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第6页,共37页，2024年2月25日，星期天

影响反渗透性能的因素水通量脱盐率pH值第7页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透原理1、反渗透装置重要指标水的回收率Y(以％表示)：qV,f

给水流量，m3/hqV,p

产水流量，m3/h2、反渗透装置重要指标水的脱盐率SR(以％表示)：cf

，cp

分别为给水和产水的浓度，mol/L或cfA

平均给水浓度，mol/L第8页,共37页，2024年2月25日，星期天RO原理简介给水产水浓水75％回收率100m3/h75m3/h25m3/h90％脱盐率100mg/l钙离子10mg/l钙离子360mg/l钙离子第9页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透－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

第10页,共37页，2024年2月25日，星期天氢键理论膜的表面层膜的表面层杂质等离子第11页,共37页，2024年2月25日，星期天优先吸附—毛细孔流理论膜元件膜元件纯水界面{主体溶液压力第12页,共37页，2024年2月25日，星期天5．反渗透工艺流程反渗透工艺一般包括预处理和膜分离两部分。预处理可以用物理化学法，也可以用化学法。所采取的预处理方法与原水的物理、化学性质及生物学特性有关，还与膜装置的结构有关。第13页,共37页，2024年2月25日，星期天预处理l）调整和控制pH值及进水温度，根据反渗透膜允许使用的温度和pH值范围。

2）去除水中0.3～1µm以上的悬浮固体及胶体，用混凝沉淀和精密过滤相结合工艺,用5～25µm过滤介质，去除水中悬浮固体。

3）去除可溶性、胶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炭去除。第14页,共37页，2024年2月25日，星期天4)要控制水的回收率（为防止在膜表面形成硬垢）；或将进水pH值调整在5～6，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；可借助投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。

5)细菌、藻类、微生物易使膜表面产生软垢，用消毒法抑制其生长。

6)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。预处理第15页,共37页，2024年2月25日，星期天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:三氯化铁和硫酸亚铁第16页,共37页，2024年2月25日，星期天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第17页,共37页，2024年2月25日，星期天第18页,共37页，2024年2月25日，星期天膜组件的组装示意图进水口耐压容器连接器膜组件密封圈端盖透过液浓缩液第19页,共37页，2024年2月25日，星期天工业应用的反渗透装置第20页,共37页，2024年2月25日，星期天1、单组件系统

反渗透系统设计及系统配置1、单段系统

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支膜元件第21页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透系统运行方式：1、多段式排列系统

反渗透系统设计及系统配置1、多级系统

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第22页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透系统设计及系统配置反渗透系统的设计步骤：1、考虑进水水源、水质，进水和产水流量以及所需的产水水质。2、选择系统排列和级数。3、膜元件的选择。4、膜平均通量的确定。5、计算所需的元件数量。6、计算所需的压力容器数。7、段数的确定

8、确定排列比

9、分析和优化膜系统

10、运用反渗透计算软件进行系统模拟运算第23页,共37页，2024年2月25日，星期天按孔径分类的分离膜第24页,共37页，2024年2月25日，星期天主要膜分离过程

第25页,共37页，2024年2月25日，星期天第26页,共37页，2024年2月25日，星期天第27页,共37页，2024年2月25日，星期天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外殼材料收集通道第28页,共37页，2024年2月25日，星期天反渗透膜的分类和结构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第29页,共37页，2024年2月25日，星期天膜分离技术特点（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、食品加工等方面第30页,共37页，2024年2月25日，星期天膜分离技术特点（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；第31页,共37页，2024年2月25日，星期天

3、膜清洗工艺物理法化学法水力清洗水气混合清洗逆流清洗海棉球清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稍大于管径的海棉球流经膜面，以去除膜表面的污染物，氢氧化铁：1%～2%的柠檬酸铵水溶液无机沉垢：柠檬酸钠水溶液用盐酸将pH值调至4～5胶体污染体