反渗透系统
分类: 反渗透系统  发布时间: 2010-06-16 21:39 

反渗透系统
反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

 

反渗透(RO)系统

一、 膜技术基本概念

膜分离

物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的,然而这些很小的物质单元总是以杂居共生,热力学第二定律揭示了微观粒子都会倾向于无序的混合状态。人们发明了过滤、蒸馏、萃取、电泳、层析和膜分离等分离技术来获取纯净的物质。

    膜分离技术的基础是分离膜。分离膜是具有选择性透过性能的薄膜,某些分子(或微粒)可以透过薄膜,而其它的则被阻隔。这种分离总是要依赖于不同的分子(或微粒)之间的某种区别,最简单的区别是尺寸,三维空间之中,什么都有大上巨细,而膜有孔径。当然分子(或微粒)还有其它的特性差别可以利用,比如荷电性(正、负电),亲合性(亲油、亲水),深解性,等等。按照阻留微粒的尺寸大小,液体分离膜技术有反渗透(亚纳米级)、纳滤(纳米级)、超滤(10纳米级)和微滤(微米和亚微米级),另外还有气体分离、渗透蒸发、电渗析、液膜技术、膜萃取、膜催化、膜蒸馏等膜分离过程。

表-1主要的膜分离过程

膜的种类

膜的功能

分离驱动力

透过物质

被截留物质

微 滤

多孔膜、溶液的
微滤、脱微粒子

压力差

水、溶剂、溶解物

悬浮物、细菌类、微粒子

超 滤

脱除溶液中的胶体、各类大分子

压力差

溶剂、离子和小分子

蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子

反渗透
和纳滤

脱除溶液中的盐类及低分子物

压力差

水、溶剂

无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等

透 析

脱除溶液中的盐类及低分子物

浓度差

离子、低分子物、酸、碱

无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸

电渗析

脱除溶液中的离子

电位差

离子

无机、有机离子

渗透气化

溶液中的低分子及溶剂间的分离

压力差、浓度差

蒸汽

液体、无机盐、乙醇溶液

气体分离

气体、气体与蒸汽分离

浓度差

易透过气体

不易透过气体

>薄膜复合膜
>薄膜复合膜由超薄皮层(活性分离层)和多孔基膜构成。基膜一般是在多孔织物支撑体上浇筑的微孔聚砜膜(即0.2μm厚),超薄皮层是由聚酰胺和聚脲通过界面缩合反应技术形成的。
>薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关,其最主要的特点是化学稳定性,在中等压力下操作就具有
>高水通量和盐截留率及抗生物侵蚀。它们能在温度0-40℃及pH2-l2间连续操作。像芳香聚酰胺一样,这些材料的抗氯及其它氧化性物质的性能差。

第二部分:反渗透膜基本原理
     反渗透是在压力驱动下,水分子通过半透膜,而离子大部分被截留,从而达到水、离子分离的过程。

半透膜
     半透膜是具有选择性透过性能的薄膜。当液体或气体通过半透膜时,一些组分透过,而另外一些组分被截留。实际上半透膜对于任何组分都有透过性,只是透过的速率相差很大。在反渗透过程中,溶剂(水)的透过速率远远大于溶解在水中的溶质(盐分)。通过半透膜实现了溶剂和溶质的分离,得到纯水以及浓缩的盐溶液。

>渗透与反渗透
渗透是当流体在跨越半透膜屏障时的一种自然过程。如果将一箱纯水用一张半透膜垂直分为两部分,纯水与理想半透膜的两面以相同的温度和压力接触,在这样的条件下没有跨越半透膜的水的流动产生,因为在膜两侧的化学势完全相等。如果在其中一侧加入溶解性盐,盐溶液一边的化学势降低了。纯水便会向盐溶液一侧渗透,从而产生一个渗透流,直到化学势的平衡重新建立为止。膜的物理和化学性质决定了在传递过程中水比盐的优先地位。

二、膜系统
    膜系统是指膜分离装置单元。压力驱动膜系统主要由预处理系统、升压泵、膜组件(压力容器和膜组件)、管道阀门和控制系统构成。

三、影响膜性能的因素
    反渗透过程的主要指标是产水通量和脱盐率。对于一定的膜组件,产水量和脱盐率受到给水水质条件和系统运行参数的影响,最基本的给水水质因素有含盐量(浓度)、温度和pH值等,运行参数有压力、给水流量和回收率等。下面就关于对产水量和脱盐率产生影响的各操作因子做一般论述。

给水浓度
    一定压力下当供给的原水浓度增高时,产水量就会减少。这是因为供给水的渗透压变高,有效压力降低的缘故。脱盐率受浓度影响非常大。通常浓度提高,产水量就会降低的同时,脱盐率也会降低。但是当非常低的浓度下,起初浓度增加,脱盐率率也会稍许增加。随后,随着浓度的不断增加脱盐率就变的低下。

温度的影响
    反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感,随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降,这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。

pH的影响
    给水的pH值定义了它的酸碱性。进水pH值对产水量几乎没有影响,而对脱盐率有较大影响。由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH值低时以气态CO2形式存在,容易透过反渗透膜,所以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,气态CO2转化为HCO3-和CO3-离子,脱盐率也逐渐上升,在pH7.5~8.5间,脱盐率达到最高。

流量的影响
    在压力一定的条件下,进水流量降低时脱盐率和产水量都会下降。一方面由于压力不变而进水流量降低会增加系统的浓缩倍率,提高了下游的给水浓度,渗透压会相应提高,从而降低了净推动压力,降低了产水量,盐浓度增加导致盐透过增加,降低了脱盐率。另一方面,降低进水流量等于膜表面线速度的降低,增加了膜表面边界层厚度和边界层浓度,同样提高了渗透压和透盐速率。

回收率
   在压力一定情况下,回收率增高,膜面的浓差极化比也提高,有效压力则减小,最终产水量减小,同时脱盐率也降低。和上面提到的流量的影响相同。膜系统回收率的限制来自于两个方面,一个是存在渗透压的影响,另外一个同原水水质也密切相关。回收率增高时,溶解于溶液中的盐呈过饱和状态,会有盐及其它溶质析出在膜面沉淀、结垢的可能,会对膜性能带来很大的危害。

四、反渗透系统的应用
>反渗透系统应用领域很广泛:(1)包括电力工业,如锅炉补给水;(2)电子工业:半导体工业超纯水;(3)食品工业;(4)制药行业;(5)饮料工业;(6)化学工业:生产用水、废水处理;(7)饮水工程:超纯水制备、饮用水净化;(8)石油化工:油田注入水、石化废水深度处理;(9)海水淡化:海岛地区、沿海缺水地区、船舶、海水油田等生产生活用水;(10)环保领域:电镀漂洗水中贵重金属、水的回收,实现零排放或微排放


 

 

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