反滲透工藝過程設(shè)計

關(guān)于反滲透工藝過程設(shè)計第一頁，共六十頁，2022年，8月28日反滲透工藝過程設(shè)計預(yù)處理工藝設(shè)計反滲透膜元件的組裝數(shù)量設(shè)計案例分析第二頁，共六十頁，2022年，8月28日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)散第三頁，共六十頁，2022年，8月28日反滲透膜元件：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頁，共六十頁，2022年，8月28日工藝過程設(shè)計－工藝流程及特征方程分段式工藝流程分級式工藝流程膜分離處理工藝中段和級概念的區(qū)分第五頁，共六十頁，2022年，8月28日基本公式回收率(%)=鹽透過率(%)=脫鹽率(%)=100–鹽透過率(％)產(chǎn)水流量進(jìn)水流量x100產(chǎn)水含鹽量進(jìn)水含鹽量x100第六頁，共六十頁，2022年，8月28日第二節(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值范圍以及對有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品的抵抗性，有時尚需說明對某些物質(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。第七頁，共六十頁，2022年，8月28日1.膜性能表示法Qw=Kw(ΔP-Δπ)A/T式中：Qw—產(chǎn)水量Kw—系數(shù)ΔP—膜兩側(cè)的壓差Δπ—滲透壓A—膜面積T—膜厚度

Kw與膜性質(zhì)及水溫有關(guān)，Kw越大，說明膜的透水性能越好。對于一張給定的膜，可以推導(dǎo)出產(chǎn)水量的計算公式：第八頁，共六十頁，2022年，8月28日鹽透過量的計算公式：Qs=Ks*ΔC*A/T式中：Qs—鹽透過量

Ks—系數(shù)Δc—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。第九頁，共六十頁，2022年，8月28日從以上兩式可以看出，對膜來說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(ΔP-Δπ)A/TQs=Ks*ΔC*A/T第十頁，共六十頁，2022年，8月28日2.反滲透膜的化學(xué)材料醋酸纖維膜CA芳香聚酰胺復(fù)合膜CPA第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日醋酸纖維素膜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。第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日芳香聚酰胺復(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，此膜的最大特點是抗壓實性較高、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。

第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日復(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)行中不會被壓緊，因此產(chǎn)水量不隨使用時間改變；而醋酸纖維膜在運(yùn)行中會被壓緊，因而產(chǎn)水量下降。復(fù)合膜的脫鹽率不隨時間而改變；而醋酸纖維膜由于會發(fā)生水解，脫鹽率將會不斷下降。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)合膜的缺點為抗氯性較差，價格較貴。第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日3反滲透膜元件構(gòu)造第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日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)示意圖第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日反滲透卷制圖反滲透膜袋濃水網(wǎng)淡水網(wǎng)第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日反滲透膜剝面圖膜元件端板給水產(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)水中心管第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日無機(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頁，共六十頁，2022年，8月28日給水V型圈濃水產(chǎn)水膜外殼膜元件4反滲透組裝圖第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日某個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

短時運(yùn)行：2-11最大給水流量：17.0m3/h給水最大SDI值：4.0單個膜元件回收率：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)計第二十一頁，共六十頁，2022年，8月28日各項進(jìn)水指標(biāo)對設(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.阻垢第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日1.余氯醋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+H2O→NaHSO3NaHSO3+HCLO→HCL+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在干爽條件下儲存，有效期為4-6個月，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月使用活性炭過濾清除余氯的反應(yīng)如下：C+2CL2+2H2O→4HCL+CO2

第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日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/升時水中的2價鐵離子轉(zhuǎn)化為3價鐵離子，生成不溶于水的膠體物質(zhì)，對反滲透造成污染。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<6.04.00.5-56-70.55-10>7.00.05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。第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日3.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個月，若使用時間小于1個月，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1NTU）。第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日水質(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,NTU40912.496.971.488.71<0.5>64.29<0.5—≈100pH8.648.39—8.03—8.33—8.33——CODMn,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/L0.22N.D.≈100N.D.—N.D.—N.D.—≈100Mn

,mg/L0.04N.D.≈100N.D.—N.D.—N.D.—≈100F-

,mg/L2.251.4037.781.45—1.71—N.D.近100≈100案例：出水水質(zhì)（參照國科大水處理項目）第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日4.有機(jī)物、油和脂水中的有機(jī)物對RO膜的影響最為復(fù)雜，有些有機(jī)物對膜的影響不大，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，即應(yīng)考慮進(jìn)行去除，對于地表水應(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，就應(yīng)采用混凝或使用活性炭過濾器進(jìn)行去除。第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日5.細(xì)菌

由于細(xì)菌會以醋酸纖維為食物，因此醋酸膜易受細(xì)菌的侵襲，對原水必須徹底殺菌。對于復(fù)合膜，雖然不受細(xì)菌的侵襲但細(xì)菌粘膜會造成膜的污堵，一般可采用加氯殺菌，加氯量要根據(jù)需氯量實驗加以確定。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，水中的HCLO占75%，CLO-占25%，溫度降低時HCLO所占的比例將增大，在0C時HCLO增加到83%，CLO-減到17%。對于氯氣的殺菌機(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：NaCLO+H2O=HCLO+

Na++OH-，比較可以看出一個分子的NaCLO作用相當(dāng)于一個分子的CL2。第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28日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。第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日反滲透預(yù)處理

——設(shè)計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)備和要求第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日水質(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,NTU40912.496.971.488.71<0.5>64.29<0.5—≈100pH8.648.39—8.03—8.33—8.33——CODMn,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/L0.22N.D.≈100N.D.—N.D.—N.D.—≈100Mn

,mg/L0.04N.D.≈100N.D.—N.D.—N.D.—≈100F-

,mg/L2.251.4037.781.45—1.71—N.D.近100≈100案例：出水水質(zhì)（參照國科大水處理項目）第三十一頁，共六十頁，2022年，8月28日澄清過濾原水→增壓泵→曝氣→錳砂過濾器→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→多級高壓泵→一級反滲透→淡水箱處理工藝第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日案例：某海水淡化項目

（1）污染指數(shù)SDI≤5

（2）濁度﹤1NTU

（3）余氯﹤0.1PPM（檢測不到）（4）Fe3+≤0.01PPM反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求：第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日項目實測值項目實測值色度不超過５度硫酸鹽250mg/L渾濁度不超過５NTU氯化物250mg/L肉眼可見物無溶解性總固體1000mg/LPH值6.5-7.5電導(dǎo)率1500μs/cm總硬度450mg/L余氯0.3mg/L案例：國科大水處理項目第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日序號項目技術(shù)數(shù)據(jù)備注1進(jìn)水量12-13m3/h 2產(chǎn)水量7-8m3/h水溫25℃3反滲透出水電導(dǎo)10μs/cm（5ppmTDS）GB17324-20034功率裝機(jī)功率19KW運(yùn)行功率16KW5占地面積5×16米膜元件對鹽的截留率為97%工藝設(shè)計第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日第四節(jié)反滲透膜元件的組裝數(shù)量若干個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)計方法第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日進(jìn)水第一段第二段第n段濃水Qf，cfQp1cp1Qp2cp2QpncpnQr1cr1Qf1cf1Qr1cr1Qf（n-1)cr(n-1)產(chǎn)水Qp，cpQr，cr顯然，n個膜元件串聯(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第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日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)nQf

總回收率為：Y=Qp/Qf=1-(1-y)n第i個膜元件的透過水量為：Qip=(1-y)i-1yQf

第i個膜元件的總體回收率為：Yi=Qip/Qf=(1-y)i-1y第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日例如，已知膜元件回收率為13%，所需要的組件回收率為50%。這個壓力容器中需要設(shè)計幾個膜元件串聯(lián)在一起達(dá)到處理要求？第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日例如，已知膜元件回收率為13%，所需要的組件回收率為50%。這個壓力容器中需要設(shè)計幾個膜元件串聯(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5個膜元件串聯(lián)在一個壓力容器中。第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日例如，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%。第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日例如，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)計為三段式計算得n=1,2,3時，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%第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日系統(tǒng)所需要的膜組件的個數(shù)：淡水總量×24/單根膜組件允許透過的水量n=50×24/50=24根則第一段并聯(lián)的膜元件個數(shù)為:24×Y1/Y=24×40/78.4=12.24個則第二段并聯(lián)的膜元件個數(shù)為:24×Y2/Y=24×24/78.4=7.5個則第三段并聯(lián)的膜元件個數(shù)為:24×Y3/Y=24×14.4/78.4=4.41個第四十六頁，