反滲透工藝過程設(shè)計(jì)

1、關(guān)于反滲透工藝過程設(shè)計(jì)第一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透工藝過程設(shè)計(jì)預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)反滲透膜元件的組裝數(shù)量設(shè)計(jì)案例分析第二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透壓力水流方向水流方向半透膜濃溶液稀溶液 滲透第一節(jié) 反滲透技術(shù)基本原理氫鍵優(yōu)先吸附溶解擴(kuò)散第三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透膜元件：組成工藝流程的最小單位進(jìn)水離子濃水產(chǎn)水 水流高壓泵濃水產(chǎn)品水進(jìn)水反滲透基本流程第四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月工藝過程設(shè)計(jì)工藝流程及特征方程分段式工藝流程分級(jí)式工藝流程膜分離處理工藝中段和級(jí)概念的區(qū)分第五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基本公式回收率

2、 (%) =鹽透過率 (%) =脫鹽率(%) = 100 鹽透過率()產(chǎn)水流量進(jìn)水流量x 100產(chǎn)水含鹽量進(jìn)水含鹽量x 100第六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 膜的基本性能化學(xué)穩(wěn)定性和分離透過特性膜的物化穩(wěn)定性的主要指標(biāo)有：膜材料、膜允許使用的最高壓力、溫度范圍、適用的pH值范圍以及對(duì)有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品的抵抗性，有時(shí)尚需說明對(duì)某些物質(zhì)，如水中游離氯或氧化性物質(zhì)的最高允許濃度。膜的分離透過性的主要指標(biāo)是：脫鹽率、產(chǎn)水率。第七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 膜性能表示法Qw=Kw(P-)A/T式中：Qw產(chǎn)水量Kw系數(shù)P膜兩側(cè)的壓差滲透壓 A 膜面積T 膜厚度 Kw與

3、膜性質(zhì)及水溫有關(guān)，Kw越大，說明膜的透水性能越好。對(duì)于一張給定的膜，可以推導(dǎo)出產(chǎn)水量的計(jì)算公式：第八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月鹽透過量的計(jì)算公式：Qs=Ks*C*A/T式中：Qs鹽透過量 Ks系數(shù)c膜兩側(cè)鹽濃度差A(yù) 膜面積T 膜厚度 Ks與膜性質(zhì)、鹽的種類及水溫有關(guān)，Ks越小，說明膜的脫鹽性能越好。第九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月從以上兩式可以看出，對(duì)膜來說Kw大Ks小則膜質(zhì)量較好。相同面積和厚度的產(chǎn)水量與凈驅(qū)動(dòng)壓力成正比，鹽透過量只與膜兩側(cè)溶液濃度成正比，而與壓力無關(guān)。Qw=Kw(P-)A/TQs=Ks*C*A/T第十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月2.反滲

4、透膜的化學(xué)材料醋酸纖維膜CA芳香聚酰胺復(fù)合膜CPA第十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月醋酸纖維素膜CA 從化學(xué)上講，醋酸纖維素膜是一種羥基聚合物，它一般是用纖維素經(jīng)酯化生成三醋酸纖維，再經(jīng)過二次水解成一、二、三醋酸纖維的混和物。作為膜材料的醋酸纖維素中的乙?；吭礁?，脫鹽性能越好，但產(chǎn)水量越小。 耐污染，用于污染密度指數(shù)（SDI）較高的地方 醋酸纖維是一種酯類，會(huì)發(fā)生水解，水解的結(jié)果將降低乙?；暮?，使膜的性能受到損害，同時(shí)膜也更易受到生物的侵襲。 醋酸纖維素膜的水解還與pH值有關(guān)。為增加膜的使用壽命，一般控制原水的pH在5-6之間。第十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月

5、芳香聚酰胺復(fù)合膜CPA 從結(jié)構(gòu)來講，復(fù)合膜是若干層薄皮的復(fù)合體，此膜的最大特點(diǎn)是抗壓實(shí)性較高、透水率較大和鹽透率較小。通量高，脫鹽率高，操作壓力低，耐生物降解，操作pH范圍寬（2-11）不易水解，脫有機(jī)物都較好，但不耐游離氯，易受到Fe、Al和陽離子絮凝劑的污染，污染速度較快。 第十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)合膜與醋酸纖維膜的性能比較復(fù)合膜的化學(xué)穩(wěn)定性較好，而醋酸纖維膜將會(huì)發(fā)生水解。復(fù)合膜的生物穩(wěn)定性好，復(fù)合膜不受生物侵襲，而醋酸纖維膜易受微生物的侵襲。復(fù)合膜的輸性能好。即Kw大而KS小。復(fù)合膜在運(yùn)行中不會(huì)被壓緊，因此產(chǎn)水量不隨使用時(shí)間改變；而醋酸纖維膜在運(yùn)行中會(huì)被壓緊，因而

6、產(chǎn)水量下降。復(fù)合膜的脫鹽率不隨時(shí)間而改變；而醋酸纖維膜由于會(huì)發(fā)生水解，脫鹽率將會(huì)不斷下降。復(fù)合膜由于Kw大，其工作壓力低，反滲透給水泵用電量是醋酸纖維膜給水泵用電量的一半。醋酸纖維膜的使用壽命一般僅為3年，而復(fù)合膜 的使用壽命大于三年。復(fù)合膜的缺點(diǎn)為抗氯性較差，價(jià)格較貴。第十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 反滲透膜元件構(gòu)造第十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月集水管膜濃水膜透過水原水流道網(wǎng)原水透過水流道網(wǎng)原水膜元件的結(jié)構(gòu)示意圖第十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透卷制圖反滲透膜袋濃水網(wǎng)淡水網(wǎng)第十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透膜剝面圖膜元件端

7、板給水產(chǎn)水流向(透過膜后)淡水網(wǎng)反滲透膜產(chǎn)水膜封口濃水網(wǎng)產(chǎn)水濃水產(chǎn)水中心管第十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等水、溶劑壓力差脫除溶液中的鹽類及低分子物反滲透蛋白質(zhì)、各類酶、細(xì)菌、病毒、乳膠、微粒子溶劑、離子和小分子壓力差脫除溶液中的膠體、各類大分子超 濾懸浮物、細(xì)菌類、微粒子水、溶劑和溶解物壓力差多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子微 濾被截留物質(zhì)透過物質(zhì)分離驅(qū)動(dòng)力膜的功能膜的種類主要膜分離過程（膜孔尺寸和透過原理有區(qū)別）要去除無機(jī)鹽TDS應(yīng)用OR注：根據(jù)不同的需求來選擇處理工藝第十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月給水V型圈濃水產(chǎn)水膜外殼膜元件

8、4 反滲透組裝圖第二十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月某個(gè)CPA反滲透膜元件的進(jìn)水條件最高使用溫度： 45最大給水濁度： 4.0ppm允許游離氯： 0.1ppmPH范圍： 連續(xù)運(yùn)行： 3-10 短時(shí)運(yùn)行： 2-11最大給水流量： 17.0m3/h給水最大SDI值： 4.0單個(gè)膜元件回收率：15%*根據(jù)進(jìn)水要求來合理安排RO的預(yù)處理系統(tǒng)第三節(jié) 預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)第二十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月各項(xiàng)進(jìn)水指標(biāo)對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行的意義1. 余氯2. 鐵（Fe）3. 顆粒物質(zhì)、SDI和濁度4. 有機(jī)物、油和脂5. 細(xì)菌6. 阻垢第二十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 余氯醋

9、酸纖維膜要求給水中含有殘余氯，可防止細(xì)菌滋生，但含氯量過高會(huì)破壞膜，最大允許連續(xù)余氯的含量為1毫克/升。復(fù)合膜抗氯性差，一般不允許余氯，采用加氯殺菌后，需加亞硫酸氫鈉或經(jīng)活性炭過濾消除余氯。使用亞硫酸氫鈉除余氯的反應(yīng)如下： Na2S2O5+ H2ONaHSO3 NaHSO3+HCLOHCL+NaHSO4 理論上1.34公斤的Na2S2O5可以去除1公斤余氯，但在有溶解氧的情況下，對(duì)苦咸水去除1公斤余氯需投加3公斤Na2S2O5。Na2S2O5在干爽條件下儲(chǔ)存，有效期為4-6個(gè)月，溶液的有效期與濃度變化有關(guān)。溶液濃度（重量%） 2% 10% 20% 30%最長有效期 3天 1星期 1月 6月使用

10、活性炭過濾清除余氯的反應(yīng)如下：C+2CL2+2H2O4HCL+CO2 第二十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 鐵（Fe）當(dāng)RO給水在進(jìn)行氯化及脫氯工程中，或在水中溶解氧含量高于5毫克/升時(shí)水中的2價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)化為3價(jià)鐵離子，生成不溶于水的膠體物質(zhì)，對(duì)反滲透造成污染。即使水中SDI值小于5、鐵離子含量小于0.1毫克/升，仍可能發(fā)生鐵的污染問題。鐵的氧化速度取決于鐵含量、水中的溶解氧濃度和PH值，其關(guān)系如下：氧含量（毫克/升） PH 允許鐵含量（毫克/升） 0.5 7.0 0.05降低RO給水中鐵的含量可以采用曝氣-錳砂過濾的方法完成。第二十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3

11、. 顆粒物質(zhì)、SDI和濁度 不允許大于5微米的顆粒進(jìn)入高壓泵及反滲透器，這點(diǎn)必須確保，以免破壞設(shè)備。一般在高壓泵前安裝5微米過濾器，再微過濾器前后安裝壓力表，當(dāng)壓力表超過一定數(shù)值后，更換氯芯，通常情況下更換周期為1-3個(gè)月，若使用時(shí)間小于1個(gè)月，則需改善預(yù)處理系統(tǒng)，不允許使用帶反洗的微過濾器。 對(duì)于不同的原水水源，由于選用的通量不同，要求的SDI值也不一樣，一般要求SDI小于5（越小越好）；濁度應(yīng)小于0.2NTU（最大允許濁度為1 NTU）。第二十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月水質(zhì)參數(shù)原水錳砂過濾多介質(zhì)過濾UFRO系統(tǒng)去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,

12、%渾濁度,NTU40912.496.971.488.7164.290.5100pH8.648.398.038.338.33CODMn ,mg/L6.465.0122.455.0103.5129.941.1966.1081.58TDS ,mg/L440041805.0040104.0739800.7510597.3697.61NH3-N ,mg/L1.581.514.430.9040.400.855.560.2372.9485.44Cl- ,mg/L1910120037.1711603.3311005.1757.494.7896.99Fe ,mg/L 0.22N.D.100N.D.N.D.N.D

13、.100Mn ,mg/L0.04N.D.100N.D.N.D.N.D.100F- ,mg/L2.251.4037.781.451.71N.D.近100100案例：出水水質(zhì)（參照國科大水處理項(xiàng)目） 第二十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 有機(jī)物、油和脂水中的有機(jī)物對(duì)RO膜的影響最為復(fù)雜，有些有機(jī)物對(duì)膜的影響不大，而另一些則可能造成膜的有機(jī)物污染。一般來說當(dāng)水中的TOC含量超過3毫克/升時(shí)，即應(yīng)考慮進(jìn)行去除，對(duì)于地表水應(yīng)盡量在絮凝劑澄清的過程中去除有機(jī)物，還可以采用活性炭過濾進(jìn)一步降低有機(jī)物含量。水中不允許含有油和脂，當(dāng)油或脂超過0.1毫克/升時(shí)，就應(yīng)采用混凝或使用活性炭過濾器進(jìn)行去

14、除。第二十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 細(xì)菌 由于細(xì)菌會(huì)以醋酸纖維為食物，因此醋酸膜易受細(xì)菌的侵襲，對(duì)原水必須徹底殺菌。對(duì)于復(fù)合膜，雖然不受細(xì)菌的侵襲但細(xì)菌粘膜會(huì)造成膜的污堵，一般可采用加氯殺菌，加氯量要根據(jù)需氯量實(shí)驗(yàn)加以確定。氯加入水中發(fā)生以下反應(yīng)：CL2+H2O=HCLO+H+CL- HCLO= H+CLO- HCLO為次氯酸，CLO-為次氯酸根，由于H+能被水中的堿度中和，最后水中只剩下HCLO和CLO-，兩者在水中所占的百分?jǐn)?shù)主要取決于PH值和水溫 。當(dāng)PH小于7時(shí)，水中的HCLO占75%，CLO-占25%，溫度降低時(shí)HCLO所占的比例將增大，在0C時(shí)HCLO增加到8

15、3%，CLO-減到17%。 對(duì)于氯氣的殺菌機(jī)理有不同說法，通常的解釋是生成的次氯酸產(chǎn)生殺菌作用。HCLO是個(gè)中性分子，可以擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并穿過細(xì)菌的細(xì)胞進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，HCLO分子進(jìn)入細(xì)胞后由于CL分子的氧化作用破壞了細(xì)菌的某種酶系統(tǒng)（酶是一種蛋白質(zhì)成分的催化劑，細(xì)菌的養(yǎng)分要經(jīng)過它的作用后才能被吸收），最后導(dǎo)致細(xì)菌的死亡，而次氯酸根CLO-雖然包括一個(gè)氯分子，但它帶負(fù)電，不能靠近帶負(fù)電的細(xì)菌，所以也不能穿過細(xì)菌的細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，因此很難起殺菌作用。從上式中可以看出，加入水中的氯氣只有1/2變成HCLO的成分；另外的1/2在水中產(chǎn)生CL-，不起殺菌作用。采用NaCLO時(shí)：NaCLO

16、+H2O=HCLO+ Na+OH-，比較可以看出一個(gè)分子的NaCLO作用相當(dāng)于一個(gè)分子的CL2。第二十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 阻垢必須防止CaCO3、CaSO4、SrSO4、BaSO4垢。膜結(jié)垢是由于給水中的微量鹽在給水轉(zhuǎn)化為濃水時(shí)超過了溶度積而沉淀到膜上在苦咸水中，CaCO3、CaSO4，其他鹽類SrSO4、BaSO4和CaF2需要計(jì)算來確定濃水中是否超過溶解度極限。如果微溶鹽超過溶解極限，需要采取以下方法：降低系統(tǒng)回收率，避免超過溶度積。采取離子交換軟化去除鈣離子。（少用）加酸去除碳酸或重碳酸離子。加阻垢劑。第二十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月反滲透預(yù)處

17、理設(shè)計(jì)考慮因素膜元件種類(醋酸纖維素膜或芳香聚酰胺復(fù)合膜)進(jìn)水水質(zhì)(水源及其變化)進(jìn)水流量(小型或大型裝置)反滲透的回收率(高回收率意味著需要更好的預(yù)處理）后處理設(shè)備和要求第三十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月水質(zhì)參數(shù)原水錳砂過濾多介質(zhì)過濾UFRO系統(tǒng)去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,%數(shù)值去除率,%渾濁度,NTU40912.496.971.488.7164.290.5100pH8.648.398.038.338.33CODMn ,mg/L6.465.0122.455.0103.5129.941.1966.1081.58TDS ,mg/L440041805.004010

18、4.0739800.7510597.3697.61NH3-N ,mg/L1.581.514.430.9040.400.855.560.2372.9485.44Cl- ,mg/L1910120037.1711603.3311005.1757.494.7896.99Fe ,mg/L 0.22N.D.100N.D.N.D.N.D.100Mn ,mg/L0.04N.D.100N.D.N.D.N.D.100F- ,mg/L2.251.4037.781.451.71N.D.近100100案例：出水水質(zhì)（參照國科大水處理項(xiàng)目） 第三十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月澄清過濾原水增壓泵曝氣錳砂過濾器

19、原水箱原水泵多介質(zhì)過濾器袋式過濾器超濾（UF）超濾水箱中間泵保安過濾器多級(jí)高壓泵一級(jí)反滲透淡水箱處理工藝第三十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月案例：某海水淡化項(xiàng)目 （1）污染指數(shù) SDI5 （2）濁度 1NTU （3）余氯 0.1PPM（檢測(cè)不到） （4）Fe3+ 0.01PPM反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求： 第三十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月項(xiàng)目實(shí)測(cè)值項(xiàng)目實(shí)測(cè)值色度不超過度硫酸鹽250mg/L渾濁度不超過NTU 氯化物250mg/L肉眼可見物無溶解性總固體1000mg/LPH值6.5

20、-7.5電導(dǎo)率1500s/cm總硬度450mg/L余氯0.3mg/L案例：國科大水處理項(xiàng)目第三十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)數(shù)據(jù)備注1進(jìn)水量 12-13m3/h2產(chǎn)水量7-8m3/h水溫253反滲透出水電導(dǎo)10s/cm（5ppmTDS）GB17324-20034功率裝機(jī)功率19KW運(yùn)行功率16KW5占地面積516米膜元件對(duì)鹽的截留率為97%工藝設(shè)計(jì)第三十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 反滲透膜元件的組裝數(shù)量若干個(gè)膜元件卷式膜組件串聯(lián)串聯(lián)或并聯(lián)反滲透膜系統(tǒng)串聯(lián)回收率的設(shè)計(jì)方法第三十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)

21、作于2022年6月進(jìn)水第一段第二段第n段濃水Qf，cfQp1 cp1Qp2 cp2Qpn cpnQr1cr1Qf1cf1Qr1cr1Qf（n-1)cr(n-1)產(chǎn)水Qp，cpQr，cr顯然，n個(gè)膜元件串聯(lián)透過水總量為： Qp=yQf+(1-y)yQf +(1-y)i-1yQf +(1-y)n-1yQf =1-(1-y)n Qf第四十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Qp=yQf+(1-y)yQf +(1-y)i-1yQf +(1-y)n-1yQf =1-(1-y)n Qf濃水總流量為：Qb=Qf-Qp =(1-y)n Qf 總回收率為：Y=Qp/Qf = 1-(1-y)n第i個(gè)膜元件的透

22、過水量為：Qip=(1-y)i-1yQf 第i個(gè)膜元件的總體回收率為：Yi= Qip /Qf= (1-y)i-1y第四十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，已知膜元件回收率為13%，所需要的組件回收率為50%。這個(gè)壓力容器中需要設(shè)計(jì)幾個(gè)膜元件串聯(lián)在一起達(dá)到處理要求？第四十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，已知膜元件回收率為13%，所需要的組件回收率為50%。這個(gè)壓力容器中需要設(shè)計(jì)幾個(gè)膜元件串聯(lián)在一起達(dá)到處理要求？Y=Qp/Qf = 1-(1-y)n=50%其中y=13%n=4.98，所以設(shè)計(jì)5個(gè)膜元件串聯(lián)在一個(gè)壓力容器中。第四十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6

23、月例如，已知單根膜組件回收率為40%，允許透水量為50m3/d，設(shè)計(jì)要求：反滲透系統(tǒng)淡水總量為50m3/h,系統(tǒng)總回收量率為75%。第四十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，已知單根膜組件回收率為40%，允許透水量為50m3/d，設(shè)計(jì)要求：反滲透系統(tǒng)淡水總量為50m3/h,系統(tǒng)總回收量率為75%。Y=Qp/Qf = 1-(1-y)n所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三段式計(jì)算得n=1,2,3時(shí)，總回收率分別為40%,64%和78.4%Yi= Qip /Qf= (1-y)i-1y可得到1,2,3段的總回收率Yi分別為：40%,24%和14.4%第四十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月系統(tǒng)所需要的膜組件的個(gè)數(shù)：淡水總量24/單根膜組件允許透過的水量n=5024/50=24根則第一段并聯(lián)的膜元件個(gè)數(shù)為:24Y1/Y=2440/78.4 =12.24個(gè)則第二段并聯(lián)的膜元件個(gè)數(shù)為:24Y2/Y=2424/78.4 =7.5個(gè)則第三段并聯(lián)的膜元件個(gè)數(shù)為:24Y3/Y=2414.4/78.4 =4.41個(gè)第四十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 反滲透膜元件的精確設(shè)計(jì)（了解）根據(jù)流速在流道中的分布情況設(shè)計(jì)膜元件串聯(lián)個(gè)數(shù)第四十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月a. For water 微元質(zhì)量衡算第四十八張