第四章反滲透工藝過(guò)程設(shè)計(jì)詳解演示文稿

第四章反滲透工藝過(guò)程設(shè)計(jì)詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四優(yōu)選第四章反滲透工藝過(guò)程設(shè)計(jì)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四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)散現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四反滲透膜元件：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)水反滲透基本流程現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四工藝過(guò)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)分現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四基本公式回收率(%)=鹽透過(guò)率(%)=脫鹽率(%)=100–鹽透過(guò)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現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四第二節(jié)膜的基本性能化學(xué)穩(wěn)定性和分離透過(guò)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(shuō)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(guò)性的主要指標(biāo)是：脫鹽率、產(chǎn)水率?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四1.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(shuō)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：現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四鹽透過(guò)量的計(jì)算公式：Qs=Ks*ΔC*A/T式中：Qs—鹽透過(guò)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(lèi)及水溫有關(guān)，Ks越小，說(shuō)明膜的脫鹽性能越好?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四從以上兩式可以看出，對(duì)膜來(lái)說(shuō)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(guò)量只與膜兩側(cè)溶液濃度成正比，而與壓力無(wú)關(guān)。Qw=Kw(ΔP-Δπ)A/TQs=Ks*ΔC*A/T現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四2.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現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四醋酸纖維素膜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(guò)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(lèi)，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。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四芳香聚酰胺復(fù)合膜CPA

從結(jié)構(gòu)來(lái)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(yáng)離子絮凝劑的污染，污染速度較快。

現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四復(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?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四3反滲透膜元件構(gòu)造現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四集水管膜濃水膜透過(guò)水原水流道網(wǎng)原水透過(guò)水流道網(wǎng)原水膜元件的結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四反滲透卷制圖反滲透膜袋濃水網(wǎng)淡水網(wǎng)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四反滲透膜剝面圖膜元件端板給水產(chǎn)水流向(透過(guò)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)水中心管現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四無(wú)機(jī)鹽、糖類(lèi)、氨基酸、BOD、COD等水、溶劑壓力差脫除溶液中的鹽類(lèi)及低分子物反滲透蛋白質(zhì)、各類(lèi)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(lèi)大分子超濾懸浮物、細(xì)菌類(lèi)、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(guò)物質(zhì)分離驅(qū)動(dòng)力膜的功能膜的種類(lèi)主要膜分離過(guò)程（膜孔尺寸和透過(guò)原理有區(qū)別）要去除無(wú)機(jī)鹽TDS應(yīng)用OR注：根據(jù)不同的需求來(lái)選擇處理工藝現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四給水V型圈濃水產(chǎn)水膜外殼膜元件4反滲透組裝圖現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四某個(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(lái)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)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四各項(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.阻垢現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四1.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(guò)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(guò)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(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(zhǎng)有效期3天1星期1月6月使用活性炭過(guò)濾清除余氯的反應(yīng)如下：C+2CL2+2H2O→4HCL+CO2

現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四2.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(wèn)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(guò)濾的方法完成?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四3.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(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(guò)濾器，再微過(guò)濾器前后安裝壓力表，當(dāng)壓力表超過(guò)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(guò)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1NTU）。現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四水質(zhì)參數(shù)原水錳砂過(guò)濾多介質(zhì)過(guò)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(guó)科大水處理項(xiàng)目）現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四4.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(lái)說(shuō)當(dāng)水中的TOC含量超過(guò)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(guò)程中去除有機(jī)物，還可以采用活性炭過(guò)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(guò)0.1毫克/升時(shí)，就應(yīng)采用混凝或使用活性炭過(guò)濾器進(jìn)行去除。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四5.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83%，CLO-減到17%。對(duì)于氯氣的殺菌機(jī)理有不同說(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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+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?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四6.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(guò)了溶度積而沉淀到膜上在苦咸水中，CaCO3、CaSO4，其他鹽類(lèi)SrSO4、BaSO4和CaF2需要計(jì)算來(lái)確定濃水中是否超過(guò)溶解度極限。如果微溶鹽超過(guò)溶解極限，需要采取以下方法：降低系統(tǒng)回收率，避免超過(guò)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。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四反滲透預(yù)處理

——設(shè)計(jì)考慮因素膜元件種類(lèi)(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)備和要求現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四水質(zhì)參數(shù)原水錳砂過(guò)濾多介質(zhì)過(guò)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(guó)科大水處理項(xiàng)目）現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四澄清過(guò)濾原水→增壓泵→曝氣→錳砂過(guò)濾器→原水箱→原水泵→多介質(zhì)過(guò)濾器→袋式過(guò)濾器→超濾（UF）→超濾水箱→中間泵→保安過(guò)濾器→多級(jí)高壓泵→一級(jí)反滲透→淡水箱處理工藝現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四案例：某海水淡化項(xiàng)目（1）污染指數(shù)SDI≤5（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：現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四項(xiàng)目實(shí)測(cè)值項(xiàng)目實(shí)測(cè)值色度不超過(guò)５度硫酸鹽250mg/L渾濁度不超過(guò)５NTU氯化物250mg/L肉眼可見(jiàn)物無(wú)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(guó)科大水處理項(xiàng)目現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四序號(hào)項(xiàng)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(duì)鹽的截留率為97%工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四第四節(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)方法現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四進(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(gè)膜元件串聯(lián)透過(guò)水總量為：Qp=yQf+(1-y)yQf+…+(1-y)i-1yQf+…+(1-y)n-1yQf=[1-(1-y)n]Qf現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四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(gè)膜元件的透過(guò)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現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四例如，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？現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四例如，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?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四例如，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%?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四例如，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%現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期四系統(tǒng)所需要的膜組件的個(gè)數(shù)：淡水總