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反渗透膜在水处理中的应用

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,就可以使用大于渗透压的反渗透压力,即反渗透法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

一、反渗透设备回收率该如何计算?

工业用大型反渗透设备由于膜元件的数量多、给水流程长,实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费。

针对多级反渗透设备如何进行计算回收率,根据不同的情况做了不同的规定。对于一级反渗透,第一级回收率(r1)r1=第一级产水量/第一级进水量×100%;第二级反渗透的回收率为r2=第二级产水量/第二级进水量×100%。而二级反渗透的回收率并不是两个级别反渗透系统回收率的乘积得到的。第二级反渗透系统的浓水不是排放掉了,而是又重新回流到一级反渗透的入口处。因此,多级反渗透设备的回收应当按以下标准计算:系统回收率=总的产水量/总的进水量×100%

反渗透系统的回收率主要有根据膜元件串联的长度和是否有浓水循环以及循环流量的大小等一些条件来决定的。

假如系统在没有浓水循环的情况之下,要根据膜元件所串联的数量来确定系统最大的回收率。

针对多级反渗透设备如何进行计算回收率,根据不同的情况做了不同的规定。对于一级反渗透,第一级回收率(r1)r1=第一级产水量/第一级进水量×100%;第二级反渗透的回收率为r2=第二级产水量/第二级进水量×100%。而二级反渗透的回收率并不是两个级别反渗透系统回收率的乘积得到的。第二级反渗透系统的浓水不是排放掉了,而是又重新回流到一级反渗透的入口处。因此,多级反渗透设备的回收应当按以下标准计算:系统回收率=总的产水量/总的进水量×100%

对于多级反渗透系统,其系统回收率也是按照上述公式来计算。

二、反渗透膜性能的衡量指标

产水通量和脱胎换骨除率是反渗透和纳过程中的关键参数,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。本文将对这些关键术语给出定义并扼要介绍影响反渗透和纳滤膜性能的因素,如操作压力、温度、回收率、进水含盐量和pH值。

回收率:指膜系统中水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的,设置在浓水管道上的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等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。

回收率=(产水量/进水流量)╳100%

脱盐率:通过反渗透膜从系统进水中去除总可溶性的杂质浓度的百分率,或通过纳滤

膜脱除特定组份如二价离子或者有机物的百分数。

透盐率:脱盐率的相反值,它是进水中溶解性的杂质成份透过膜的百分率。

脱盐率=1-产水含盐量/进水含盐量)100%

        透盐率=100%-脱盐率

膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定,脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度,脱盐层越致密脱盐率越高,同时产水量越低。反渗透离子的脱除率可以超过99%,对单价离子如:钠离子、钾离子、氯离子的脱除率稍低,但也超过了98%;对分子量大于100的有机物脱除率也可达到98%,但对于分子量小于100的有机物脱除率较低。

渗透液:经过膜系统产生的净化产水。

  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)或每分钟加仑表示(gpm)。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。这部分浓水含水量有从原水水源带入的可溶性的组份,常以每小时立方米(m3/h)或每分钟加仑表示(gpm)。

  量:产水量(水通量)——指反渗透系统的产能,即单位时间内透过膜水量,通常用吨/小时或加仑/天来表示。

渗透流率——渗透流率也是表示反渗透膜元件产水量的重工业指标。指单位膜面积上透过液的流率,通常用加仑每平方英尺每天(GFD)表示。

过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快,加剧膜污染。

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。

三、反渗透水处理设备调试步骤

反渗透水处理设备分为两部分,一部分是预处理调试,一部分是反渗透主机调试部分,预处理主要是正反洗石英砂,活性炭,使细小砂炭以及杂质冲洗掉,控制进水的水量,反渗透主机调试主要是调节进水,出水的流量以及压力,总结起来为一下几点:

1、对装置的进水进行分析、测试,结果表明符合进水要求,方可进行装置通水调试。

2、对高压泵的压力控制系统进行调整。

3、检查装置所有管道之间连接是否完善,压力表是否齐全,低压管道连接是否紧密,是否短缺。

4、全开个压力表开关和总进水阀、浓水排放阀、产水排放阀。

5、启动预处理设备,并调整供水量大于装置总进水量。

6、对砂炭过滤器进行反洗和正洗,直至出水清亮为止。

7、启动高压泵,并缓缓开启装置总进水阀,控制装置总进水压力小于0.5Mpa,冲洗5分钟,并检查各高、低压管路、仪表是否正常。

8、调整进水阀、浓水排放阀,使进水压力达到1.01.4Mpa

9、检测产品水电导率,符合要求时开启产品出水水阀,关闭产水排放阀。

10RO装置的调试均是手动单步曹组,运行正常后,方可切换到自动状态,由在线仪表及PLC自动控制运行。

11、启动再生系统,看再生系统是否正常工作。

反渗透调试最要注意的是:切记出水阀关闭而打开高压泵,这样是会产生很大损伤,所以调试的时候一定要注意管道是否是处于同路的状态才能启动水泵。

四、影响反渗透膜的性能因素分析

反渗透膜的性能温度、压力、原水TDS影响显著。

①温度的影响

原水温度对产水量有着非常大的影响:温度不同的水,其活性不同,通过反渗透膜的能力不同,所以,水温上升时,产水量会大幅上升,水温下降时,产水量也大幅度下降。这样在不同的季节,原水温度会有很大的差异,反渗透膜的产水量也会在一个大的范围内变化,这都是正常现象,例如:在夏季,原水温度可能上升到30左右,反渗透膜的产水量有可能增加60%左右;在冬季,原水温度下降到4,此时的水活性极差,反渗透膜的产水量会降低50%左右。

②压力的影响

压力提高,纯水产量大幅度提高,脱盐率提高,但是上升到一定值后,脱盐率维持基本恒定数值,不受压力变化的影响。

③回收率的影响

纯废水比列对产水量无太多的直接影响。但是,在相同的净水系统中,提高纯废水比例,则总流量会下降,泵后压力上升,纯水产量上升,但反渗透膜的使用寿命会缩短;如果降低纯废水比例,则总流量上升,泵后压力下降,纯水产量下降,虽可延长反渗透膜的使用寿命,但水资源浪费严重,所有纯废水比例要固定在一个合理的范围之内,一般控制在3070左右。其调节方法靠选用不同的限流阀门。

④原水水质

水质污染一般为两方面,无机污染和有机污染。无机污染包括絮状颗粒、结晶物等。有机污染大多是有机聚合物和微生物。应根据各地水质情况将滤芯有机组合在一起。如果污染物颜色较深,深黄色,有味,就是有机污染比较严重,应适当增加前置处理如PP滤芯。如果污染物为白色结晶体,难溶盐类,为无机污染物。此时应考虑更换水通量小的反渗透膜或增大限流阀的流量,以使流过膜表面水浓度降低,不致产生结晶物。

⑤前置处理滤芯

如果前置处理滤芯过滤精度、滤芯材质达不到要求,将不能将原水中的大颗粒杂质、胶体、悬浮物、有机污染物进行有效截流,将造成进膜水水质的降低,增加反渗透膜的过滤压力,造成膜短时间之内堵塞,TDS升高等故障。

⑥废水阀

废水阀质量直接影响着反渗透的回收率,目前相应部分的废水阀不符合要求。根据反渗透膜原理,在制造纯净水的同时需要一定量的废水排放,因此在反渗透膜的废水口须连接有限流阀,限流阀的流量与反渗透膜的纯水流量密切相关,一般纯水和废水的比例设计为3070,如果废水量太高,一方面浪费了水资源,一方面会使进水压力降低,导致纯水出水量降低;如果废水量太低,则会使反渗透膜内的水浓度升高,当超过饱和浓度后,就会产生无机结晶物,结晶物会堵塞膜片,造成短期内膜出水量降低、堵塞。

⑦单向阀

单向阀因制造工艺的原因,很多产品容易出现内部阀芯脱落,无反向截水性能,该部件发生故障,将直接影响反渗透膜的使用寿命。

在纯水机的设计中,还有一个不能忽略的部件单向阀,因反渗透膜的产水量很小,一般为200ml/min,如此小的产水量远不能满足人们的生活需求,必须增加一个储水装置压力式储水桶,储水桶内部有一定的压力,其功效是用水时将桶内的纯水出来,连接在反渗透膜纯水出水口端,在出水口安装了单向阀,即水只能从反渗透膜流出到压力桶,不能反向流入。一旦单向阀出现问题,就会出现倒流现象,当纯水侧压力超过浓水侧压力5pis时,膜片可能被撕破,膜的破损通常发生在各条胶线的外缘,这种损伤是不可修复的。

⑧增压泵

增压泵的作用是克服渗透压,为实现反渗透现象提供足够的压力。如果压力过大、超过膜的使用压力,容易使膜片受损,造成膜不可修复的损伤,如果压力过小,达不到膜的使用压力,反渗透膜的产水量将大大减少。另外,增压泵的流量与压力必须与反渗透膜的流量相匹配。

4)纯水机卫生要求

以反渗透为主要处理组件制备饮用纯净水的水质处理器的卫生安全与功能要求应符合《生活饮用水水质处理器卫生安全评价规范反渗透处理装置》(2001)的要求,与饮用水接触材料应符合《生活饮用水输配水设备与防护材料卫生安全评价规范》,生产场所应符合《涉及饮用水卫生安全产品生产企业卫生规范》。

在纯水机销售前,须先进行卫生许可批件的申报,经过现场审核、样机检测、专家评审等相关环节后,才能取得卫生部颁发的卫生许可批件。用户采购纯水机时应了解该产品是否经过检验并取得卫生部的涉及饮用水卫生安全产品卫生许可批件。

五、反渗透设备中水处理药剂的鉴别方法

反渗透设备中水处理药剂的鉴别是根据水处理剂的化学结构与物理化学性质,对其有效组分的某些物理化学性质进行分析和化验,以此来判别水处理剂的真伪和优劣。

水处理药剂的外观、色泽、气味、溶解度、澄清度、固体的晶型等都能较直观地反映水处理药剂的真伪和质量,对鉴别有着直接性的帮助。

鉴别水处理药剂的手段如下:

1、物理常数的化验,如液体药剂的密度、黏度、固体药剂的熔点等。

2、光谱或其化谱特征的获得例如紫外吸收光谱、红外光谱、核磁共振谱,对某些药剂还可以化验其色谱特征值(比移值,保留时间等)

3PH值,一般以1%水溶液的PH值为依据。

4、主要的化学反应,如官能团反应,离子反应等。

在鉴别水处理药剂时,不能以某一个鉴别试验作为判断的惟一依据,要联系其化有关项目的结果全面考察、综合分析,才能做出正确可靠的判断。

六、近年来国内反渗透技术在废水处理中的应用状况

反渗透(RO)是利用反渗透膜选择性的透过溶剂(通常是水)而截留离子物质,以膜两侧静压差为动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。自1995年美国海德能公司的反渗透膜产品进人国内市场后,已在电力、石油、化工、冶金、电子、医药、食品等行业以及市政给水、直饮水等民用方面得到了广泛的应用。目前,反渗透技术正快速地向污水处理、回用的环保领域发展。

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