反滲透膜分離制高純水實(shí)驗(yàn)

1、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 熟悉反滲透法制備超純水的工藝流程;(2) 掌握反滲透膜分離原理及操作技能;(3) 了解測(cè)定反滲透膜分離的主要工藝參數(shù)(4) 掌握利用電導(dǎo)法確定鹽濃度的方法。實(shí)驗(yàn)原理工業(yè)化應(yīng)用的膜分離包括微濾(Microfiltration , MF )、超濾(Ultrafiltration, UF )、 納濾(Nanofiltration, NF )、反滲透(RO)、滲透汽化(Pervaporation, PV )和氣體分離(Gas Separation, GS )等。根據(jù)分離對(duì)象和要求，選用不同的膜過(guò)程。反滲透膜通常認(rèn)為是表面致密的無(wú)孔膜，可截留1-10?小分子物質(zhì)，反滲透膜能截1。圖2

2、反滲透與滲透現(xiàn)象留水體中絕大多數(shù)的溶質(zhì)。反滲透凈水就是以壓力為推動(dòng)力，利用反滲透膜只能透過(guò) 水而不能透過(guò)溶質(zhì)的選擇透過(guò)性，從含有多種無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和微生物的水體中，提 取純凈水的物質(zhì)分離過(guò)程。其原理如圖如圖(a)所示，用半透膜將純水與咸水分開(kāi)，則水分子將從純水一側(cè)通過(guò)膜向咸(b)水一側(cè)透過(guò)，結(jié)果使咸水一側(cè)的液位上升，直到某一高度，此所謂滲透過(guò)程。如圖 所示，當(dāng)滲透達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，半透膜兩側(cè)存在一定的水位差或壓力差，此為指定溫度下溶液的滲透壓N。如圖（c）所示，當(dāng)咸水一側(cè)施加的壓力P大于該溶液的滲透壓N，可迫使?jié)B透反向，實(shí)現(xiàn)反滲透過(guò)程。此時(shí)，在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高，超

3、過(guò)純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過(guò)膜透過(guò)到純水一側(cè), 使咸水得到淡化，這就是反滲透脫鹽的基本原理。PH范圍，以及對(duì)有機(jī)溶通常，膜的性能是指膜的物化穩(wěn)定性和膜的分離透過(guò)性。膜的物化穩(wěn)定性的主要 指標(biāo)是：膜材料、膜允許使用的最高壓力、溫度范圍、適用的 劑等化學(xué)藥品的抵抗性等。膜的分離透過(guò)性指在特定的溶液系統(tǒng)和操作條件下，脫鹽 率、產(chǎn)水流量和流量衰減指數(shù)。根據(jù)膜分離原理，溫度、操作壓力、給水水質(zhì)、給水 流量等因素將影響膜的分離性能。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容反滲透膜是實(shí)現(xiàn)反滲透的過(guò)程的關(guān)鍵，要求具有較好的分離透過(guò)性和物化穩(wěn)定性。反滲透膜的分離透過(guò)性可用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述:1. 溶質(zhì)分離率（脫鹽率）RX lOD

4、ii式中，錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。2. 溶劑透過(guò)速率（水通量）Jw式中，錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。3. 水的回收率丫r- X iotm= X lotmQpQp + Qst式中，錯(cuò)誤！未找到引用源。/h錯(cuò)誤！未找到引用源。/h錯(cuò)誤！未找到引用源。/h4.濃縮倍數(shù)Cf本實(shí)驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是:a)測(cè)定不同進(jìn)料流速對(duì)膜分離效率的影響，即在同一操作壓力下，改變總進(jìn)料速度，記錄不同的濃縮液流速、透過(guò)液流速及出口純水電阻值;b)計(jì)算水通量，作出 J -0曲線;C)計(jì)算出脫鹽率和回收率;d)分析操作條件變化對(duì)反滲透效果的影響。四、實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備4.1實(shí)驗(yàn)流程本裝

5、置采用反滲透膜過(guò)濾與離子交換技術(shù)相結(jié)合，以城市自來(lái)水為原料，制備超 純水供實(shí)驗(yàn)室特殊分析使用，出水水質(zhì)可自動(dòng)檢測(cè)，裝置操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，具有 很高的實(shí)用價(jià)值。自來(lái)水活性炭吸附微米精濾反滲透脫鹽_紫外線殺菌凈水超純水濃縮水圖3純水制備流程理想的反滲透膜應(yīng)耐化學(xué)和微生物侵蝕，使之在運(yùn)行過(guò)程中膜的分離性能和機(jī)械性能保持穩(wěn)定。因此，反滲透凈水工藝不是單一的反滲透脫鹽過(guò)程，還應(yīng)包括預(yù)處理 過(guò)程，就是通過(guò)一些物化手段去除原水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)，使其滿足反滲透膜 處理的進(jìn)水要求，保護(hù)反滲透膜的正常使用。同時(shí)，經(jīng)過(guò)反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率T0C旨標(biāo)一般還達(dá)不到高可超過(guò)95%但透過(guò)液中還存在一定濃度的離子

6、，其電導(dǎo)率、純水要求，工業(yè)上通常采用混床樹(shù)脂處理，對(duì)水中剩余的陰陽(yáng)離子進(jìn)行交換，使水進(jìn)步得到凈化。最后，采用紫外殺菌，可降低水中的T0C本實(shí)驗(yàn)以自來(lái)水為原水，設(shè)4所示。裝置流程圖如圖4計(jì)了預(yù)處理（活性炭、精濾）、反滲透脫鹽、混床樹(shù)脂處理及紫外線殺菌等凈化單元, 研究了自來(lái)水深度處理的反滲透凈水工藝。流程示意圖如圖所示。<0占沖efl圖4反滲透膜分離制高純水裝置流程圖4.2主要設(shè)備2)原料儲(chǔ)槽：容積 50升，材質(zhì)ABS工程塑料;3)Y預(yù)過(guò)濾器：材質(zhì)工程塑料，進(jìn)口;1)自來(lái)水預(yù)過(guò)濾器：10英寸活性炭預(yù)過(guò)濾和 5 m精過(guò)濾;4)5)壓力控制器：型號(hào)Fannio FNC-K20;增壓泵：型號(hào) F

7、LUID-O-TECH 1533,進(jìn)口;7)膜殼：2521型不銹鋼膜殼;8)電導(dǎo)儀：型號(hào) RM-220，在線檢測(cè)純水電阻儀;6)反滲透膜組件：2521型低壓反滲透膜，純水通量40-45L/H，脫鹽率為8%9)流量計(jì)：規(guī)格 10 100L/H和1-7L/M，面板式有機(jī)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì);10）紫外殺菌器：在線流過(guò)式殺菌器;11）核級(jí)混合樹(shù)脂床，約3公斤;12）管道及閥門(mén)：UPVC管閥;13）不銹鋼電控柜及不銹鋼支架。五、實(shí)驗(yàn)操作步驟1.關(guān)閉系統(tǒng)排空閥，打開(kāi)凈水出口閥、超純水出口閥 ;2.接通自來(lái)水與預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)，過(guò)濾水進(jìn)入儲(chǔ)槽;3.接通電源，打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān);4.打開(kāi)泵回路閥 、濃水旁路閥 ，將濃水流量

8、閥 調(diào)至最大;5.儲(chǔ)槽中有一定水位高度后開(kāi)啟輸液泵，取儲(chǔ)槽中水樣，測(cè)定其電導(dǎo)率6.水正常循環(huán)后（注意排氣），逐步關(guān)閉泵回路閥 和濃水旁路閥 ，調(diào)節(jié)壓力閥，使系統(tǒng)壓力（膜進(jìn)口壓力）控制在1.0-1.5Mpa內(nèi)某一值;7.若制備超純水，切換閥到混合樹(shù)脂床，純水可單獨(dú)收集，打開(kāi)濃水出口閥 ,濃水直接排放，調(diào)節(jié)一定的自來(lái)水進(jìn)水流速，保持儲(chǔ)槽內(nèi)水位基本不變;8.穩(wěn)定2030分鐘后出口水質(zhì)基本穩(wěn)定，記錄出口純水電阻值， 同時(shí)記錄濃縮液、透過(guò)液流量，計(jì)算回收率;9.適當(dāng)打開(kāi)泵回路閥 ，改變總進(jìn)料速度，重復(fù)第 68操作步驟，比較 3個(gè)不同流量下超純水的水質(zhì)變化;10.停車(chē)時(shí)，先打開(kāi)壓力調(diào)節(jié)閥、旁路閥及泵回路閥

9、，使系統(tǒng)壓力小于 0.2Mpa,再關(guān)閉輸液泵及總電源，隨后關(guān)閉自來(lái)水進(jìn)水。、.八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理a)數(shù)據(jù)記錄自來(lái)水123平均電導(dǎo)率(ns/ cm)372375373373.3;操作壓力溫度：25 C:膜面積:1 m2溫度：25C：操作壓力0.25MPa ;濃縮液流量： 4.9L/min ;透過(guò)液流量： 78L/h ;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ns/cm)28.128.228.228.17純水電導(dǎo)率(ns/cm)8.107.938.058.03溫度：25;操作壓力0.30MPa ;濃縮液流量： 4.8L/min ;透過(guò)液流量：83L/h ;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率（ms/cm）29.129

10、.329.229.2純水電導(dǎo)率（ms/cm）9.339.499.349.39溫度：25C；操作壓力0,375MPa ;濃縮液流量：4.3L/min ;透過(guò)液流量：94L/h ;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率（ms/cm）30.630.631.030.73純水電導(dǎo)率（ms/cm）10.9711.0510.9811C)( mg/L )與電b）數(shù)據(jù)處理根據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析整理得出不同水型總含鹽量（導(dǎo)率（0）（卩s/cm）和水溫（t）C ）之間存在下列關(guān)系式:I - I價(jià)型水:n - n價(jià)型水:錯(cuò)誤！未找到引用源。重碳酸鹽型水:錯(cuò)誤!未找到引用源不均齊價(jià)型天然水:C = 0 43Sle (o.MO

11、iMttt-D.03ZOSt31500 ms/cm時(shí)，可按I - I價(jià)型對(duì)于不清楚水的離子組成，暫不能確定其水型時(shí)，可作如下考慮，當(dāng)常溫下電導(dǎo)率小于1200 ms/cm時(shí)，可按重碳酸鹽型水處理，電導(dǎo)率大于水處理，其余則按不均齊價(jià)型水處理。實(shí)驗(yàn)舉例:RO系統(tǒng)進(jìn)水壓力為 0.6MPa時(shí)，濃水壓力 0.5MPa ,濃水流量 13.5L /min，純水3.2 L / min，水溫 29.2 C。1)進(jìn)水電導(dǎo) 548 ms/cm;2)純水電導(dǎo)10.3m3/cm;NF系統(tǒng)操作壓力為 0.6MPa時(shí)，濃水壓力 0.47MPa ,L/ min，水溫 29.2 C。1)進(jìn)水電導(dǎo) 536 ms/ cm;2) 產(chǎn)水

12、電導(dǎo)124 ms/cm;根據(jù)以上原則，不確定水中離子具體組成，且電導(dǎo)率小于濃水流量 11L / min，產(chǎn)水61200 ns/cm 可按重碳透過(guò)液濟(jì)量Qp純水回收率1透過(guò)液流量Q汁蔽縮液流量Q胚酸鹽型水處理：錯(cuò)誤!未找到引用源78純水鹽濃度f(wàn) = 0朋習(xí)加盟詁T闕八問(wèn)孑=4.0127mg/L得水鹽濃度C =悶3朧電緲函他)嚴(yán)= i5.5S13ms/L進(jìn)水鹽濃度C = 0.5352e gw嘰建工討7。細(xì)xo8»9 = 254.48a2mg/L殲b 口心冷透過(guò)液濃度15.5813純水脫鹽率=-建汞航=1 -亦詢"0°* =嗆42%實(shí)驗(yàn)組數(shù)123254.4332凈水脫鹽

13、率 =1 一¥節(jié)于豐 =1- 曲余X 100% = 93.&8 進(jìn)水鹽濃.度透過(guò)液流量Qp （ L/h）788394濃縮液流量Qm （ L/min ）4.94.84.3純水回收率 丫0.20970.22370.2670操作壓力（MPa）0.250.300.375進(jìn)水電導(dǎo)率（ms/cm）373.3373.3373.3進(jìn)水鹽濃度（mg/L）254.4882254.4882254.4882凈水電導(dǎo)率（ms/cm）28.1729.230.73鹽濃度（mg/L）15.581316.198017.1174脫鹽率0.93880.93640.9327純水電導(dǎo)率（ms/cm）8.039.391

14、1鹽濃度（mg/L）4.01274.75215.6386脫鹽率0.98420.98130.9778七、結(jié)果及討論根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在不同的操作壓力下，反滲透效果不同；隨著操作壓力的增 大，純水回收率增大，純水和凈水的鹽濃度也隨之增大，脫鹽率下降，反滲透效果隨 之降低。實(shí)驗(yàn)誤差分析：由于實(shí)驗(yàn)裝置存在較為嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差，認(rèn)為讀取流量計(jì)讀數(shù)不 準(zhǔn)，造成誤差。1）分析超純水水質(zhì)隨回收率變化的原因?純水電導(dǎo)率隨著回收率的增大而增大，原因：膜的截留能力有限，膜有損耗，所 以操作壓力增大，導(dǎo)致更多的水喝水中的雜質(zhì)透過(guò)膜，回收率增大，同時(shí)純水鹽濃度 增大。2）結(jié)合反滲透脫鹽與離子交換技術(shù)，說(shuō)明本工藝的優(yōu)點(diǎn)?在

15、高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高 ，超過(guò)純水的化學(xué)位， 水分子從咸水一側(cè)反向地通過(guò)膜透過(guò)到純水一側(cè),使咸水得到淡化； 經(jīng)過(guò)反滲透膜脫鹽,水的脫鹽率可超過(guò) 95%，但透過(guò)液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率一般還達(dá)不到高純水要求，通常采用混床樹(shù)脂處理，對(duì)水中剩余的陰陽(yáng)離子進(jìn)行交換，使水進(jìn)步得到凈化。本實(shí)驗(yàn)脫鹽率在98%以上。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，脫鹽率高。3）反滲透膜是耗材，膜組件受污染后有哪些特征?如果與處理不當(dāng)或不夠，會(huì)發(fā)生結(jié)垢和污染現(xiàn)象。反滲透膜組件結(jié)垢和污染不單 是產(chǎn)水水質(zhì)惡化、產(chǎn)水率下降、系統(tǒng)壓降增大、能耗增加，透過(guò)液的回收率降低，制 得高純水電導(dǎo)率升高；壓力變化離子濃度相應(yīng)變化。如不及時(shí)清洗還會(huì)對(duì)摸造成不可 逆的損傷，縮短膜壽命，嚴(yán)重時(shí)必須提前更換膜元件。4）常規(guī)的樹(shù)脂再生，是如何實(shí)現(xiàn)的?常規(guī)的樹(shù)脂再生