反滲透技術(shù)及其應(yīng)用課件

1、化學(xué)工程與技術(shù)反滲透技術(shù)及其應(yīng)用摘要：主要介紹了反滲透的分離原理、發(fā)展?fàn)顩r、優(yōu)點(diǎn)及反滲透在水處理、工業(yè)廢水處理、食品工業(yè)、冶金工業(yè)方面的應(yīng)用。最后簡(jiǎn)單介紹反滲透技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)反滲透技術(shù) 反滲透(“Reverse Osmosis”，縮寫(xiě)為“RO”)是利用反滲透膜只能透過(guò)溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)或小分子物質(zhì)的選擇透過(guò)性，以膜兩側(cè)靜壓為推動(dòng)力，而實(shí)現(xiàn)的對(duì)液體混合物分離的膜過(guò)程。是一個(gè)與自然滲透現(xiàn)象相反的滲透過(guò)程，是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，同時(shí)也是目前最為先進(jìn)的膜分離技術(shù)之一?；驹?反滲透技術(shù)的基本原理是在高于溶液滲透壓的作用下，使其它物質(zhì)不能透過(guò)半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開(kāi)來(lái)，有效地

2、去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、熱源有機(jī)物等。使?jié)B透向相反方向進(jìn)行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊變成潔凈的水，最終達(dá)到除去水中鹽分及其他物質(zhì)的目的 。1.反滲透技術(shù)的發(fā)展 反滲透技術(shù)最早被應(yīng)用于航天領(lǐng)域，宇航員將各種太空中的生活廢水收集起來(lái)，然后通過(guò)RO膜處理后循環(huán)使用，從而使太空船不必運(yùn)載大量的飲用水。1953年，美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid等人最早提出反滲透海水淡化，1960年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Loeb和Sounrirajan研制出第一張高分離效率和高透水量的反滲透膜。1995年美國(guó)海德能公司的反滲透膜產(chǎn)品進(jìn)人國(guó)內(nèi)市場(chǎng)后，已在電力、石油、化工、冶金、電子、 醫(yī)藥、 食品等行業(yè)以及市政給

3、水、直飲水等民用方面得到了廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)反滲透技術(shù)開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)60年代，80年代進(jìn)行反滲透復(fù)合膜的研究開(kāi)發(fā)，開(kāi)始步人產(chǎn)業(yè)化。近年來(lái)，反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海水、苦咸水淡化，純水、超純水制備，化工分離、濃縮、提純等領(lǐng)域，反滲透技術(shù)達(dá)到成熟。1)能耗低。分離不涉及相變，對(duì)能量要求低，與蒸餾、結(jié)晶和蒸發(fā)相比有較大的差異2)分離條件溫和，對(duì)于熱敏感物質(zhì)的分離很重要3)操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修成本低、易于自動(dòng)化4)清潔、高效、無(wú)污染 5)適用范圍廣。廣泛適用于有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、微粒等物質(zhì)的分離，特別適用于各種水處理2.主要優(yōu)點(diǎn):3.1 溫度 反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對(duì)水溫的變化十分敏感。水溫每升高l，產(chǎn)水

4、量就增加2.5 3.0 ；原因在于透過(guò)膜的水分子粘度下降、擴(kuò)散性能增強(qiáng)。 3.2 壓力 進(jìn)水壓力本身并不會(huì)影響鹽透過(guò)量，但壓力升高使得凈壓力升高， 產(chǎn)水量加大，同時(shí)鹽透過(guò)量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過(guò)膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。 3.影響反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的因素 3.3 鹽濃度 滲透壓是水中所含鹽分的函數(shù)，含鹽量越高滲透壓也增加，進(jìn)水壓力不變的情況下，凈壓力將減小，產(chǎn)水量降低。 3.4 膜污染 膜污染包括膜表面上結(jié)垢、金屬氧化物的污染、污堵、膠體污染和微生物污染等。膜污染將導(dǎo)致透水量的下降，壓降和透鹽率的提高。4.1、反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用4.2、反滲透技術(shù)在工業(yè)廢水的處理應(yīng)用4.

5、3、反滲透技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 4.4、反滲透技術(shù)在冶金工業(yè)的應(yīng)用反滲透技術(shù)的應(yīng)用 進(jìn)入21世紀(jì)，水危機(jī)加重，利用海水淡化等現(xiàn)代技術(shù)大規(guī)模地開(kāi)辟新的水源，已經(jīng)成為全世界的必然趨勢(shì)。反滲透海水淡化工藝由于設(shè)備投資省、能量消耗低、建設(shè)周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，工程應(yīng)用也較多，正日益成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。目前，世界各國(guó)對(duì)海水及苦咸水淡化脫鹽所采用的方法其中約有30用反滲透來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且這一比例還在不斷提高。 1975年,美國(guó)DuPont公司推出B一1O型海水脫鹽用聚酰胺中空纖維反滲透器。1997年，日本采用卷式反滲透膜在沖繩建成的海水淡化廠，日產(chǎn)水量為4 10m3。2005年，日本在福岡建

6、成的海水淡化廠采用中空纖維反滲透膜，日產(chǎn)水量達(dá) 510m3。目前我國(guó)最大的反滲透海水淡化站位于大連市長(zhǎng)?？h，日產(chǎn)淡水1000t，淡水噸耗電55.5kWh，淡水成本6元/t。 4.1.1 海水及苦咸水淡化a）滲透：海水穿過(guò)半透膜進(jìn)入鹽海水b）滲透平衡：在滲透過(guò)程中，海水穿過(guò)半透膜進(jìn)入海水后，呈現(xiàn)一種流體靜壓差，在次壓差下，物質(zhì)凈傳遞量為零，兩側(cè)達(dá)到平衡c）反滲透：若在海水一側(cè)加壓，水又會(huì)通過(guò)半透膜逆向流動(dòng)圖1反滲透工作原理圖 城市或者生活用水中含大量的鹽類、膠體、微生物、熱源有機(jī)物。因此，用膜法與離子交換組成處理流程是比較適宜的。反滲透在水處理方面很大的優(yōu)越性是對(duì)鈣、鎂離子的去除十分完全，不僅產(chǎn)

7、水硬度是比較低的，而且它又能除去水中有機(jī)物、微生物、膠體等的雜質(zhì)，由反滲透法處理后的水質(zhì)是較為理想的。目前反滲透技術(shù)在城市生活用水處理方面的應(yīng)用已很普遍，但其中最主要問(wèn)題的是如何提高水的回收率和降低成本的問(wèn)題。4.1.2 城市及生活用水處理4.1.3 放射性廢水處理 隨著核工業(yè)的發(fā)展，核電站在全世界范圍內(nèi)異軍突起，隨之而來(lái)放射性廢水的數(shù)量也與日俱增，放射性廢水的處理問(wèn)題也日益迫切。核電站排出的放射性廢水包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水、地面臺(tái)面沖洗水等，這些廢水量大但放射性密度低，用反滲透-超濾可將廢水顯著濃縮。我國(guó)于70年代末開(kāi)始研究核電站廢水的膜法處理，提出用荷電超濾膜于離子交換樹(shù)脂聯(lián)合處理放射性廢水的

8、工藝，各核素的去除率達(dá)96以上。5.1.4 礦區(qū)污水中的處理 為緩解礦區(qū)用水緊張的局面，合理地利用水資源，許多礦區(qū)開(kāi)展了多種用途的水回用工作，其中將循環(huán)排污水用于鍋爐補(bǔ)給水是水回用中的一項(xiàng)重要工作。劉建斌等采用超濾與反滲透聯(lián)合工藝處理礦區(qū)電廠循環(huán)冷卻排污水，將出水作為鍋爐補(bǔ)給水的原水，確定了RO運(yùn)行參數(shù)，出水水質(zhì)良好。郭中權(quán)等對(duì)反滲透處理高硫酸鹽硬度礦井水進(jìn)行了研究。通過(guò)試驗(yàn)確定的阻垢劑可有效控制反滲透裝置的結(jié)垢問(wèn)題。工業(yè)性應(yīng)用表明反滲透脫鹽率達(dá)到97以上 。 中煤國(guó)際工程集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的絮凝沉淀一過(guò)濾一反滲透膜分離技術(shù)對(duì)鶴壁煤業(yè)集團(tuán)礦井水進(jìn)行處理。處理后，出水達(dá)到中華人

9、民共和國(guó)電力行業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，礦井水開(kāi)發(fā)利用的前景廣闊。 4.2.1在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用 反滲透技術(shù)自二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始用于電鍍廢水處理，并逐漸推廣到其他重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域。Ujang以磺化聚砜反滲透膜處理ZnSO4和ZnCl2溶液，考察操作壓力和料液濃度對(duì)兩種體系的影響。Ozaki等研究超低壓反滲透Cu2+、Ni2+和Cr6+的截留效果，考察操作壓力和pH對(duì)截留效果的影響，大多數(shù)情況下重金屬離子的截留率大于95 %。美國(guó)芝加哥API工藝公司采用B-9芳香族聚酰胺中空纖維膜組件處理鍍鎳漂洗水，廢水中Ni2+濃度約為650 mg/L，經(jīng)RO濃縮到20倍達(dá)到13000 mg/L，Ni2+的分離率

10、為92%。反滲透法用于處理含銅、鋅廢水也取得了滿意的效果。4.2.2電鍍廢水處理 電鍍廢水主要來(lái)自電鍍的漂洗工藝，其漂洗液中含有氰化物、氰絡(luò)合物、磷酸鹽、亞硝酸鹽及貴金屬等，由于反滲透的高截留性能，可回收重金屬、濃縮漂洗液，故也用于電鍍廢水的處理，但要與作為保安措施的超濾結(jié)合使用。綜合回收利用，可以從含金屬的廢水中回收鎳、鉻、 汞等有色金屬及稀有金屬、貴金屬；可以利用反滲透技術(shù)處理含懸浮物的冶金溶液的脫水；將反滲透等膜技術(shù)與其他分離技術(shù)配合，可以建立起濕法冶金工藝的閉路循環(huán)過(guò)程和廢水零排放工藝。4.2.3在鋼鐵工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用 鋼鐵工業(yè)是用水大戶，用水量約占我國(guó)工業(yè)用水總量的10。而國(guó)家對(duì)

11、鋼鐵行業(yè)取水量是有規(guī)劃的，一般控制在23.3億m3以內(nèi)，因此，鋼鐵工業(yè)要增產(chǎn)和發(fā)展，僅靠節(jié)水是不夠的，最經(jīng)濟(jì)有效的就是將綜合排放污水處理后回用。反滲透技術(shù)將鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)廢水處理后進(jìn) 行回收利用，一方面節(jié)約了大量的水資源，并降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本；另一方面大大減少了廢水的排放對(duì)地下水源、流域水源以及對(duì)環(huán)境的污染，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。唐山鋼鐵股份有限公司針對(duì)一部分生產(chǎn)廢水 (240m/h)，利用反滲透技術(shù)進(jìn)行深度處理。系統(tǒng)試運(yùn)行后，證明：系統(tǒng)運(yùn)行成本低，出水水質(zhì)好。4.3.1反滲透技術(shù)在食品工業(yè)中的優(yōu)點(diǎn)1）物質(zhì)在通過(guò)膜的遷移中不會(huì)發(fā)生性質(zhì)的改變2）只需簡(jiǎn)單的加壓輸送、反復(fù)循環(huán)，工藝簡(jiǎn)單

12、3）無(wú)相變，能耗低，操作便利4）可對(duì)稀溶液中微量成分進(jìn)行回收、低濃度溶液進(jìn)行 濃縮5）在分離濃縮時(shí)不加熱，高度保持了產(chǎn)品的色、香、味及各種營(yíng)養(yǎng)成分；同時(shí)由于在閉合路中運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了空氣中氧的影響，減少了原料中的色素分解和褐變發(fā)生4.3.2濃縮脫脂奶 反滲透用于果汁、果酒的濃縮，可保證維生素等營(yíng)養(yǎng)成分不受破壞以及揮發(fā)質(zhì)不損失，并保留其原有的風(fēng)味。反滲透膜可以完全除去細(xì)菌和病毒，使產(chǎn)品不加任何防腐劑而延長(zhǎng)儲(chǔ)存期，食用更加衛(wèi)生可靠。果汁濃縮可以減少體積，便于貯存和運(yùn)輸，還可提高其貯存的穩(wěn)定性。 用管式反滲透法濃縮脫脂奶，可將固形物含量從原來(lái)的8.5提高到27，固形物透過(guò)率只有0.15 0.2，該技術(shù)在

13、國(guó)外已得到成功應(yīng)用。4.3.3果汁、果酒的濃縮 反滲透膜濃縮的果汁具有更好的芳香感和清涼感。采用蒸發(fā)法濃縮的果汁，其芳香成分幾乎全部消失；采用冷凍法濃縮的果汁其芳香成分只保留8，而用反滲透膜法芳香成分可保留30 60，而且維生素C氨基酸及香氣成分的損失均比真空蒸餾濃縮要小得多。由于透過(guò)膜的液體一般都含有一定量的無(wú)機(jī)鹽和果酸，因此還可作為礦泉水或天然飲料的用水。 4.3.4 酒類釀造 為了提高葡萄酒的甜度，日本釀酒業(yè)已應(yīng)用反滲透膜設(shè)備生產(chǎn)葡萄酒，用于分離溶液成分中的水，使酒濃縮而達(dá)到所需的甜度，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的天然葡萄酒。其優(yōu)點(diǎn)是：不需加熱，因而不會(huì)產(chǎn)生煮熟味，不發(fā)生色素分解和褐色現(xiàn)象；不經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)

14、程，不損失營(yíng)養(yǎng)成分，可保持良好的酒質(zhì)和香氣；耗能低。 啤酒釀造 反滲透法生產(chǎn)低度啤酒。首先將啤酒經(jīng)反滲透濃縮，由于膜對(duì)酒精的截流能力差，一定量的透過(guò)液一起被分離出來(lái)，然后用不含酒精的溶液稀釋濃溶液，這樣就降低了啤酒的酒精度。 控制酒的甜度4.4.在冶金工業(yè)的應(yīng)用研究 冶金工業(yè)是利用礦物資源提取金屬或金屬化合物的行業(yè)，其目的是將所需金屬或金屬化合物從礦物資源中分離出來(lái)，反滲透技術(shù)在分離時(shí)可以截留離子而讓溶劑水通過(guò)。其過(guò)程分離特性如圖所示： 從反滲透膜的分離特性可以看出，反滲透技術(shù)用于冶金溶液分離可行；而且由于反滲透技術(shù)具有無(wú)相變、組件化、流程簡(jiǎn)單、操作方便、占地面積小、投資省、耗電低等優(yōu)點(diǎn)，在水

15、處理中得到了大量的運(yùn)用，因此可以借助反滲透技術(shù)應(yīng)用于冶金溶液分離等領(lǐng)域。利用反滲透技術(shù)將所需金屬或金屬化合物從礦物資源中分離出來(lái)，主要用于：處理冶金廢水并回收形成工業(yè)循環(huán)水，便于節(jié)約用水；濃縮稀溶液組份，回收有價(jià)金屬元素；濃縮酸、堿稀溶液，回收酸、堿返回流程利用；組份間的初步分離，便于后續(xù)高精度分離。 保積慶研究了山西鋁廠工業(yè)廢水經(jīng)RO膜處理成初級(jí)純水再送離子交換處理，使熱電廠化學(xué)車間生產(chǎn)水全部為優(yōu)質(zhì)水(Na+35mgL)，降低產(chǎn)水成本，大幅度減少樹(shù)脂再生次數(shù)及廢水量。 中南大學(xué)張啟修用RO雜化膜技術(shù)從銅棒加工廠廢液中回收銅：利用RO、NF及離子交換等組成的雜化膠工藝從銅棒加工酸洗廢水(含少量

16、銅)中回收酸及銅，既增加了效益又解決了環(huán)保問(wèn)題。工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置 5.反滲透膜技術(shù)的前景展望 在當(dāng)今世界水處理業(yè)朝著以開(kāi)發(fā)水資源( 即廢水回)與保護(hù)環(huán)境雙重目標(biāo)的廢水資源化方向發(fā)展的趨勢(shì)下，反滲透膜技術(shù)由于具有優(yōu)良的分離性能，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛。今后它的發(fā)展方向主要集中于： 開(kāi)發(fā)低壓反滲透膜；提高反滲透膜的耐污染能力；開(kāi)發(fā)高通量超濾或微濾一反滲透集成系統(tǒng)； 提高反滲透系統(tǒng)水回收率；開(kāi)發(fā)高效能量回收裝置。 6.主要參考文獻(xiàn)： 1 徐曉莉等. 反滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展J. 中國(guó)電力教育. 2005(z2):10-11 2 謝輝玲等. 膜分離技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用J. 化學(xué)與生物工 程. 2005(05):41-43 3 張躍