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常见故障分析及说明
反渗透系统的设计流程

 反渗透也成为逆渗透,英文名称为:REVERSE OSMASIS(RO).。反渗透技术室当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。其技术以压力差为推动力,从溶液中分离出容易的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过他的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即浓缩液。若用反渗透处理海水,在膜的低压侧得到淡水,在高压侧得到卤水。它已广泛应用于太空水、纯净水、蒸馏水等制备;酒类制造及降度用水;医药、电子灯行业用水的前期制备;化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备;锅炉补给水除盐软水;海水、苦咸水淡化;造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

 反渗透原理                                 

反渗透原理是在高于溶液渗透压的压力下,借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用,将溶液中的溶质与溶剂分离,从而达到纯净水的目的。当纯水和盐水被理想半透膜隔开,理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过,此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧,这种现象称为渗透,若在膜的盐水侧施加压力,那么水的自发流动将受到抑制而减慢,当施加的压力达到某一数值的时候,水通过膜的净流量等于零,这个压力称为渗透压力,当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时,水的流向就会逆转,此时,盐水中的水将流入纯水侧,上述现象就是谁的反渗透(RO)处理的基本原理。

反渗透膜是由具有高度有序矩阵结构的聚合纤维素组成的。他的孔径为0.1纳米-1纳米,即一百亿分之一米(相当于大肠杆菌大小的千分之一,病毒的百分之一)。其孔径很小可以去除滤液中的离子范围和分子量很小的重金属、农药、细菌、病毒、杂质等彻底分离。整个工作原理均采用物理法,不添加任何杀菌剂和化学物质,所以不会发生化学变相。并且反渗透膜并不分离溶解氧,所以通过此法生产得出的纯水是活水,喝起来清甜可口。

 反渗透膜

对透过的物质具有选择性的薄膜称之为半透膜。一般将只能渗透溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液,如淡水河浓液,比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,浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度,形成一个压力差,达到渗透平衡状态,此种压力差即为渗透压。渗透压的大小决定于浓液的种类,浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动,此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反,这一过程成为反渗透。

反渗透系统参数定义

回收率:膜系统中的回收率指的是给水/进水流量转化成为产水/透过液的百分率比值。通常膜系统的设计是依照预设的进水水质而定,因此在浓水管道上设置浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量,但是应该以膜系统内不会因盐类杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。

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,或通过纳滤膜脱出特定组分如二价例子或有机物的百分数。

透盐率:脱盐率的相反值,它是进水中溶解性的杂质成分透过膜的百分率。

渗透液:经过膜系统产生的净化产水。

流量:流量是指进入膜元件的进水流率,常以每小时立方米(m³/h)或者每分钟加仑(gpm)表示。浓水流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的进水流量。这部分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组分,常以每小时立方米(m³/h)或者每分钟加仑(gpm)表示。

通量:以单位膜面积透过液的流率,通常以每小时每平方升(l/m²h)或每天每平方英尺加仑表示(gfd

稀溶液:净化后的水溶液,为反渗透或纳滤系统的产水。

浓溶液:未透过膜的那部分溶液,如反渗透或纳滤系统的浓缩水。

2013.8.22  技术资料

影响反渗透性能表现的因素

在反渗透膜系统操作中的种种因素如压力、温度、回收率、进水含盐量和ph值将会影响反渗透膜系统的产水通量和透出率的参数。而通过这些参数便可显示出反渗透膜的性能表现。

压力

进水的压力将会影响RO膜的产水通量和脱盐率。水分子从稀溶液侧透过膜进入浓溶液侧的流动称之为渗透,反渗透技术即是在进水水流侧方施加操作压力以克服自然渗透压。当施加在弄溶液侧方的操作压力高于渗透压的时候,水分子自然渗透的流动方向将会被逆转,部分进水(浓溶液)通过膜成为稀溶液侧的净水。

由于RO膜不可能绝对截留进水中的溶解性盐类,因此随着压力的增加总有一定量的透过量,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的克服。但是,通过增加进水压力提高盐分的排除率有上限限制,当超过一定的压力值,脱盐率不再增加,某些盐分还会与水分子耦合一同透过膜。

总结来说,随着压力的增加,透过膜的水通量也会随着增加。此外,增加进水压力也增加了脱盐率,但是两者间的变化关系并没有线性关系,当达到一定程度的脱盐率的时候,将不会再增加。

温度

当反渗透膜系统的进水温度上升导致透过膜的水分子的粘度下降以及扩散能力增加,因此随着水温的增加,水桶量几乎线性地增大。水温的增加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。

能够承受高温的反渗透膜元件能够增加了其操作能力范围,这对清洗操作也很重要,因为其大范围的操作能力可以承受更强烈和更快的清洗程序。

盐浓度

进水的盐浓度指标将会影响系统里的渗透压,盐浓度的增加会使到渗透压也随之增加,因为渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数,所以如要逆转自然渗透流动方向的进水驱动压力的大小,必须控制进水中的含盐量。当压力保持不变,进水含盐量越高便会使通量减低,因为渗透压的增加抵消了进水推动力。

回收率

当在同样的进水压力下提高膜系统回收率,这将会使系统里的渗透压增加,而迫使渗透量减少。这是因为在高回收率的原水拥有较高的含盐量,自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同,这将会抵消进水压力的推动作用使反渗透过程减慢甚至停止,这也大大提高了盐类沉淀在膜面上的倾向而引发的结垢问题。

PH

Ph值对反渗透膜元件有两个方面的影响。第一,墨系统正常运作时对脱盐率的影响;第二,清洗时ph值对清洗效果的影响。在ph7左右,反渗透膜享有最高的脱盐率,随着ph值的变化,膜系统的透盐率也跟着增加,ph值范围宽的反渗透膜允许我们采用更强烈,更快和更有效的化学清洗程序,但过高或过低的Ph值很有可能造成膜损害。

 

 

针对目前化肥企业锅炉用水采用传统的离子交换法存在酸碱消耗大、污染严重、水质稳定性差、自动化程度低、设备运行有维修费用高等缺点,大多数企业在水处理系统改造时逐渐采用反渗透技术。由于化肥企业锅炉及工艺用水具有用水量大、水质要求高、原水水质较差且系统投资大等特点,反渗透系统设计方案是否科学合理将会直接影响到系统的安全、经济、平稳、可靠运行。

       处理系统设计

        反渗透系统能否安全有效运行,预处理系统的设计是否合理至关重要。一般而言,地下水水质含盐量大、水质稳定,污染指数SDI低,微生物含量低,预处理较为简单,但需加强原水阻垢处理。地表水含盐量低但水质不稳定,随季节变化大,悬浮物、胶体、有机物和微生物含量高,SDI高,极易产生膜的污堵,对它的预处理要比地下水复杂的多。

        设计者应根据用户提供的水源常规分析项目水中的各类阴、阳离子、及综合分析项目(SDI、浊度、BODCOD)指标来确定合理的预处理方案。

        设计多介质过滤器时地表水应确保滤速小于10m/h,地下水水质较好时可控制在15 m/h以下。

        处理还原态井水中的二价铁,通常采用的方法是曝气法和锰砂过滤除铁法。

        使用市政自来水作为原水时要特别注意游离氯的含量,当游离氯的含量大于0.1mg/L时应进行脱氯处理,余氯可以通过活性炭或化学还原剂还原为无害的氯离子,一般在小型系统中采用活性炭法,而在大型系统中通常采用化学还原剂法。

        活性炭脱氯的反应过程如下:
        C+2CI2+2H2O    4HCI+CO2

        在有些情况下,炭床被可能成为微生物的滋生场所,微生物也会引起膜的污染,所以还需要采取措施降低微生物的生长。

        偏亚硫酸钠(SMBS)是最常用于脱除游离氯的还原剂,其它的还原剂如二氧化硫,但与SMBS相比,价格没有竞争力。偏亚硫酸钠(SMBS)溶于水时形成亚硫酸钠(SBS):    Na2S2O5+H2O   2NaHSO3

        然后SBS按如下反应还原成盐酸:
        NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4

        SMBS虽然脱氯速度很快,为了保证完全反应,推荐使用表态混合器,以使溶液充分混合均匀。 

        为了安全起见还应在混合下游安装氧化还原电极(ORP)检测氯的含量,当检测到余氯时,电极信号将激活报警并停止高压泵。

        针对一些水质较差的地表水,应考虑采用超滤(UF)作为预处理,超滤能够有效地去除水中的悬浮物、胶体、有机大分子、细菌、微生物等杂质,经超滤处理后水的SDI<1,但超滤(UF)装置投资较大,操作维护较复杂。

        进水来自经混凝、澄清处理后的地表水,水温随季节变化较大,而反渗透系统的产水量受水温的变化影响较大,在压力恒定的条件下,水温每变化1,其产水量大致增减2.7%;为了弥补因冬季水温较低而致使反渗透系统产水水量下降的情况,同时考虑运行成本,应考虑采用热交换器将原水加热使其维持在20左右。如暂时无换热条件,在设计反渗透系统时应特别注意温度这一因素。

        为了防止在反渗透膜浓水侧溶解性物质因不断浓缩达到过饱和状态而析出(结垢),在大型系统中防止结垢的办法通常采用添加阻垢剂。

        阻垢剂的选型及投加量取决于原水水质,大型系统推荐选用进口多元共聚复合阻垢剂,它可以提高水中的难溶物质的饱和度。其作用机理分别为:抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用、络合作用。

        预处理系统比较保守的设计,通常能使反渗透系统运行安全、稳定,能增强对水质变化的适应性;虽然保守的设计会使初期投资费用较高,但与系统稳定性及设备检修费用相比是有价值的。

        设计科学、完善的预处理,才能保证反渗透系统进水符合要求,从而降低膜的污染,延长膜的使用寿命,确保产水水质稳定。反之,如预处理达不到设计要求,则后果十分严重。

        反渗透系统设计