1簡介

反滲透系統

  反滲透系統

反滲透的基本工作原理是:運用特製的高壓水泵,將原水加至6—20公斤壓力,使原水在壓力的作用下滲透過孔徑只有0.0001微米的反滲透膜。化學離子和細菌、真菌、病毒體不能通過,隨廢水排出,只允許體積小於0.0001微米的水分子和溶劑通過。
反滲透系統由反滲透膜(RO)、高壓泵及為保護反滲透膜而設置的保安過濾器組成。保安過濾器內裝有過濾孔徑為5μm的濾芯。這些濾芯會過濾掉任何尺寸大於5μm的顆粒。對下游RO膜起到保護作用,否則RO膜表面極易結垢。較常用的滲透膜類別為聚醯胺膜,膜型式為卷式複合膜,該種型式的膜的除鹽率可達99.5%。
由於RO膜易受水中PH值、余氯及水溫的影響,故RO膜運行前對進水水質有嚴格要求:
PH 值:3~10
余氯值:<0.1mg/L
SDI15值:<5.0
水 溫:<45 ℃
以上任一指標超出範圍,均有可能使滲透膜產生變形,從而影響出水水質和縮短膜的使用壽命。並且膜的種類不同對進水水質要求也有所不同。在調試前可以根據RO膜廠家提供的說明進行確認。

2反滲透系統參數定義

回收率:指膜系統中給水轉化為產水或透過液的百分率。膜系統的設計是基於預設的進水水質而定的,設置在濃水管道上有濃水閥可以調節並設定回收率。回收率常常希望最大化以便獲得最大的產水量,但是應該以膜秕內不會因鹽類等雜質的過飽和發生沉澱為它的限度值。
脫鹽率:通過反滲透膜從系統進水中除去總可有溶性雜質濃度的百分率,或通過納濾膜脫除特定組份如二價離子或有機物的百分數。
透鹽率:脫鹽率的相反值,它是進水中溶解性雜質成分透過膜的百分率。
滲透液:經過膜系統產生的凈化產水。
流量:流量是指進入膜元件的進水流率,常以每小時立方米(m³/h)或每分鐘加侖表示(gpm)。濃水流量是指離開膜元件系統的未透過膜的那部分的「進水」流量。這部分濃水含有原水水源帶入的可溶性的組份,常以每小時立方米(m³/h)或每分鐘加侖表示(gpm)。
通量:以單位膜面積透過液的流率,通常以每小時每平方米升(l/㎡h)或每天每平方英尺加侖表示(gpm)。
稀溶液:凈化后的水溶液,為反滲透或納濾系統的產水
濃溶液:未透過膜的那部分溶液,如反滲透或納濾系統的濃縮水。

3預處理系統

預處理系統的設置,目的在於改善供水條件,使之達到反滲透系統的進水要求,從而保護反滲透主機,並延長膜的使用壽命。在水處理系統中。常常需要針對不同的水質進行預處理設計,最常見的是多介質過濾器(濾除直徑大於10um的懸浮顆粒)+活性碳(去除水中的異味、余氯、重金屬離子、有機致癌物等)+阻垢劑加藥裝置(或軟化裝置)(大大減少系統中鈣、鎂等結垢物質形成垢)+精密過濾器(過濾精度為5um,進一步脫除水中殘留的顆粒性物質)組成預處理系統。
反滲透裝置(純水裝置)
  
1)作用:反滲透裝置是純化水生產線的主要部分。本裝置選用日本日東電工集團美國海德能公司生產的節能型複合膜ESPA型反滲透膜元件。ESPA系列為高脫鹽率苦鹹水淡化膜。可在較低操作壓力下,獲取高水通量,其平均脫鹽率99.5%。由於ESPA膜具有上述的優點,從而為水泵、壓力容器、管道、閥門等配套設備的選擇提供了更為廣泛的空間。而且使用功率更小的電機即可滿足工作的需要。同時,ESPA膜的高水通量、高脫鹽率的特性,這些都使設備製造成本和系統設備投資費用大為降低,並且可大量的節省能源,降低了系統的運行費用,提高水質。2)選型:美國海德能ESPAI-4040/8040。反滲透裝置所設計的產水溫度25℃,水的利用率為70%。
  增壓泵
  
 1)作用:給后級混床提供必需的工作壓力。
  2)控制:泵後用調節閥調節壓力及進水量(手工操作)。

4反滲透系統

主要包括系統泵、反滲透裝置(反滲透膜及膜殼、機架、電控箱)、沖洗/清洗裝置及中間水箱。

5反滲透機理模型

有幾個經典模型差異特點:
1.優先吸附毛細孔模型:弱點干態電鏡下,沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。
2.溶解擴散模型:不認為有孔。
3.干閉濕開模型:上個世紀80,90年代,國人鄧宇等提出的,能夠解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既「干閉濕開」反滲透模型,統一了兩個最經典的反滲透機制模型,細孔模型,溶解擴散模型。
這個問題太深奧了,至今科學家們都無法完全明確解釋。其實把反滲透現象理解清楚就可以。學界對於反滲透分離機理的解釋主要流行以下三種理論:
1、溶解-擴散模型
Lonsdale等人提出解釋反滲透現象的溶解-擴散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為緻密無孔的膜,並假設溶質和溶劑都能溶於均質的非多孔膜表面層內,各自在濃度或壓力造成的化學勢推動下擴散通過膜。溶解度的差異及溶質和溶劑在膜相中擴散性的差異影響著他們通過膜的能量大小。其具體過程分為:第一步,溶質和溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解;第二步,溶質和溶劑之間沒有相互作用,他們在各自化學位差的推動下以分子擴散方式通過反滲透膜的活性層;第三步,溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。
在以上溶質和溶劑透過膜的過程中,一般假設第一步、第三步進行的很快,此時透過速率取決於第二步,即溶質和溶劑在化學位差的推動下以分子擴散方式通過膜。由於
膜的選擇性,使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質的滲透能力,不僅取決於擴散係數,並且決定於其在膜中的溶解度。
2、 優先吸附—毛細孔流理論
當液體中溶有不同種類物質時,其表面張力將發生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機物質,可使其表面張力減小,但溶入某些無機鹽類,反而使其表面張力稍有增加,這是因為溶質的分散是不均勻的,即溶質在溶液表面層中的濃度和溶液內部濃度不同,這就是溶液的表面吸附現象。當水溶液與高分子多孔膜接觸時,若膜的化學性質使膜對溶質負吸附,對水是優先的正吸附,則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下,將通過膜表面的毛細孔,從而可獲取純水。
3、 氫鍵理論
在醋酸纖維素中,由於氫鍵和范德華力的作用,膜中存在晶相區域和非晶相區域兩部分。大分子之間存在牢固結合併平行排列的為晶相區域,而大分子之間完全無序的為非晶相區域,水和溶質不能進入晶相區域。在接近醋酸纖維素分子的地方,水與醋酸纖維素羰基上的氧原子會形成氫鍵並構成所謂的結合水。當醋酸纖維素吸附了第一層水分子后,會引起水分子熵值的極大下降,形成類似於冰的結構。在非晶相區域較大的孔空間里,結合水的佔有率很低,在孔的中央存在普通結構的水,不能與醋酸纖維素膜形成氫鍵的離子或分子則進入結合水,並以有序擴散方式遷移,通過不斷的改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置來通過膜。
在壓力作用下,溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點——羰基上的氧原子形成氫鍵,而原來水分子形成的氫鍵被斷開,水分子解離出來並隨之移到下一個活化點並形成新的氫鍵,於是通過一連串的氫鍵形成與斷開,使水分子離開膜表面的緻密活性層而進入膜的多孔層。由於多孔層含有大量的毛細管水,水分子能夠暢通流出膜外。

6故障排除

反滲透系統的故障現象主要有三類:透水量減少、鹽透過率增大以及壓降增大,反滲透系統出現故障會導致脫鹽率的下降和產品水量的降低,如果二者或其中之一緩慢地降低,則可能是污垢或水垢產生的常見現象,可以通過清洗反滲透系統來解決問題。
1.評估反滲透系統機械和化學問題
反滲透系統機械問題主要是O形圈的損壞、鹽水密封的損壞、泵的損壞、管道和閥門的損壞、不精確的儀錶等。反滲透系統化學問題一是酸添加的不適當,高劑量的酸會損壞膜或引起基於硫酸鹽的結垢,低劑量會導致碳酸鹽或基於金屬氫氧化物的垢或污染;二是阻垢劑添加的不適當,高劑量可能導致污染,低劑量可能導致結垢。
2.鑒定反滲透系統污染物
一是分析進料液、鹽水和產品液的無機成分,總有機碳(TOC)、濁度、pH值、TDS、總懸浮固體(TSS)、SDI和溫度,其中SDI、TSS和濁度的測定能提供微粒物質污染的依據,TOC的測定可預示有機物的污染傾向;二是浸漬和分析反滲透系統進料液筒過濾器或SDI過濾器濾墊。
3.反滲透系統核實儀錶操作
包括壓力表、流量計、pH計、電導率計、溫度計等,必要時重新校正。
4.分析反滲透系統進料水化學條件的變化
將現行的進料水分析和設計時的基準數據相比較,進料水化學條件的變化會產生增添預處理或更新原有預處理設備的需求。
5.重新檢查反滲透系統的操作數據
檢驗操作記錄、通量及脫鹽率的變化,考慮溫度、壓力、給水濃度、膜的年齡等對產量和脫鹽率的影響。
6.選擇反滲透系統合適的清洗方案
在清洗方案的選擇中,應考慮以下因素:膜的類型和清洗劑選擇的相容性,清洗設備的需求,系統的結構材料,污染物的鑒定等。
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