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膜岗位基础知识,内容介绍,膜污染和清洗过滤模式我们使用的膜元件影响反渗透的因素反渗透的基本概念,四、反渗透基本概念,1、渗透：表述1：当把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，这种现象称之为渗透。表述2：渗透是指稀溶液中的溶剂(水分子)自发地透过半透膜(反渗透膜或纳滤膜)进入浓溶液(浓水)侧的溶剂(水分子)流动现象。,2、渗透压,定义为某溶液在自然渗透的过程中，浓溶液侧液面不断升高，稀溶液侧液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵销了溶剂分子的迁移，溶液两侧的液面不再变化变化，渗透过程达到平衡点，此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压。,3、反渗透：在浓溶液侧，施加一个大于渗透压的压力，使浓溶液中的溶剂通过半透膜向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。4、反渗透原理：即在进水(浓溶液)侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水(浓溶液)中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水,5、反渗透膜,允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜。,聚酯材料增强无纺布，约120m厚；聚砜材料多孔中间支撑层，约40m厚；聚酰胺材料超薄分离层，约0.2m厚。,超薄分离层是反渗透和纳滤过程中真正具有分离作用的功能层,6、膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件；,膜元件,密封胶,产水隔网,进水隔网,进水,浓水,产水,RO膜元件解剖图,7、膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；,8、膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透过程通过该膜装置来实现,9、膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。,问题:我们的膜系统由哪些部分组成?,四、反渗透基本概念,浓差极化在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，溶剂从高压侧透过膜，而溶质被膜截留，其浓度在膜表面处升高，同时发生从膜表面向水体的回扩散。当这两种传质过程达到动态平衡时，膜表面处的浓度C2高于主体溶液浓度C1，这种现象叫浓差极化。C2/C1 称为浓差极化度。,产水背压如果产水管线在运行和系统停机时带压，膜元件就可能会遭遇静态的产水背压。为了避免膜元件因背压产生膜片复合层的剥离破坏，任何情况下，净背压不得高于0.3bar(5psi)，,五、影响反渗透性能的因素,产水通量和脱除率是反渗透过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、进水含盐量和pH值影响。,定 义,产水通量 单位膜面积上透过液的流率，通常以每小时每平方米升数(L/m2h)或每天每平方英尺加仑数表示(gfd)回收率 指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率,脱盐率 通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率 脱除率 通过反渗透膜从系统进水中除去某种特定杂质浓度的百分率,1、压力的影响,正如图1所示，透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系，增加进水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加。由于RO对进水中的溶解性盐类不可能绝对完美地截留，总有一定量的透过量，随着压力的增加，因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加得到迅速地克服。但是，通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制，正如图1脱盐率曲线的平坦部分所示那样，超过一定的压力值，脱盐率不再增加，某些盐分还会与水分子耦合一同透过膜。,产水通量,脱盐率,2、温度的影响,如图2所示，膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性地增大，这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能力增加。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提高而加快所致。,产水通量(恒定压力),脱盐率(恒定通量),3、盐浓度的影响,渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数，盐浓度增加，渗透压也增加，因此需要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量。图4表明，如果压力保持恒定，含盐量越高，通量就越低，渗透压的增加抵销了进水推动力，同时如图4所示，水通量降低，增加了透过膜的盐通量(降低了脱盐率)。,水通量,脱盐率,4、回收率的影响,通过对进水施加压力当浓溶液和稀溶液间的自然渗透流动方向被逆转时，实现反渗透过程。如果回收率增加(进水压力恒定)，残留在原水中的含盐量更高，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量降低或甚至停止(参见图5),水通量,脱盐率,5、pH值的影响,膜脱盐率特性取决于pH值，水通量也会受到影响，图6表明FILMTEC FT30膜在宽广的pH范围内水通量和脱盐率 相当稳定。,水通量,脱盐率,回 顾,表示增加；表示降低。,六、我们使用的膜元件,1#膜系统使用18支BW30-365 FR膜元件2#膜系统使用20支HSRO-390FF 膜元件 陶氏FILMTEC膜元件 美国原装进口膜元件,产品种类 TW：自来水元件(TapWater)BW：苦咸水元件(BrackishWater)SW：海水膜元件(SemiconductorGrade)RO：反渗透浓缩分离元件(ReverseOsmosis)HSRO：热消毒元件HeatSanitizableReverseOsmosis)膜元件有效面积或元件尺寸-(4040)320：320平方英尺365：365平方英尺 380：380平方英尺390：390平方英尺400：400平方英尺440：440平方英尺,产品特征 FR：抗污染元件(FoulingResistant)FF：充满外壳卫生型元件(FullFit),膜元件直径 25：2.5英寸 40：4.0英寸 80：8.0英寸膜元件长度 21：21英寸 40：40英寸,给水隔网厚度及其影响,优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的冲洗流速来保证紊流和边界层效果；以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。,HSRO-390FF,陶氏FILMTECHSRO热消毒型反渗透膜元件产水水质好，能经受热水的消毒处理。由先进的全自动生产线生产的HSRO元件具有膜工业界最高的有效膜面积，这一高膜面积允许系统设计成更低的运行通量或者保持相同通量使用较少的膜元件以节省系统成本。元件采用无外壳的full-fit的结构，消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死水区，适用于有特殊卫生要求的应用场合。且所有的部件均符合FDA的标准,HSRO-390FF产品规范,HSRO-390-FF曾被命名为SG30-390-HS。单只元件的最小脱盐率98.0%。产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppm NaCl，压力为上表值，25C，15%回收率。元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据。,HSRO-390FF运行极限值,膜的类型 聚酰胺复合膜最高运行温度45oC(113oF)最高热消毒温度(1.75bar，25psi)85oC最高运行压力 600psi(41bar)最大压差 15psi(1.0bar)连续运行pH范围 211短时清洗pH范围(30分钟)112最大给水污染指数 SDI 5最大给水浊度1NTU游离氯容忍量 0.1ppm,七、错流过滤与全量过滤,渗透液,膜,错流过滤,错流过滤和回收率,进水,浓水,产水,进水,浓水,错流过滤,首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出;其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层;因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%;,切向流速,浓水回流与回收率,浓水回流提高了系统回收率；膜元件回收率仍然维持15%，符合设计要求；浓差极化得到了有效控制；冲洗流速得到保证；浓水浓缩倍数是(1-系统回收率)的倒数。,进膜=1,产水=0.15,浓水=0.85,回收率=15%,提升系统回收率,排放=0.15,回流=0.70,进泵=1,进水=0.3,膜回收率=15%,系统回收率=50%,浓差极化,由于水不断透过膜，使膜表面盐水和进口盐水间产生一个浓度差，阻碍盐分扩散。浓差极化使盐水渗透压加大，在操作压力不变的情况下，有效推动力减少，从而造成透水速度和除盐率下降，另外还可能引起某些微溶性盐在膜表面析出结垢。,八、膜污染和清洗,【污堵】定义为有机物和胶体在膜面上的沉积。胶体和颗粒污堵可严重地影响反渗透及纳滤元件的性能，如大幅度降低产水量，有时也会降低系统脱盐率，胶体和颗粒污染的初期症状是系统压差的增加。反渗透进水中的淤泥和胶体的来源有相当大的差异，通常包括细菌、粘土、胶体硅和铁的腐蚀产物。,测量进水淤积指数(SDI值),测量仪器47 mm直径测试膜盒47 mm测试用膜片(孔径0.45m)15bar(1070psi)压力表调压针型阀图1为SDI测量装置测量步骤将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧“O”形密封圈，将膜盒垂直放置，还应注意膜片有正反面的区别调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始过滤500mL水样的时间t0(通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变)在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤15分钟15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t15，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析,结垢,【结垢】定义为部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀，例如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢，如果反渗透水处理系统采用50%回收率操作时，其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。,微生物污染,微生物进入反渗透系统之后，找到了水中溶解性的有机营养物，这些有机营养物伴随反渗透过程的进行而浓缩富集在膜表面上，成为形成生物膜的理想环境与过程。膜元件的生物污染将严重影响反渗透系统的性能，出现进水至浓水间压差的迅速增加，导致膜元件发生“望远镜”现象与机械损坏以及膜产水量的下降，有时甚至在膜元件的产水侧也会出现生物污染，导致产品水受污染。一旦出现生物污染并产生生物膜，清洗就非常困难。因为生物膜能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒作用，此外，没有被彻底清除掉的生物膜将引起微生物的再次快速的滋生。,膜岗位基础知识培训,THE END,