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常見故障分析及說明
反滲透系統的設計流程

 反滲透也成為逆滲透,英文名稱為:REVERSE OSMASIS(RO).。反滲透技術室當今最先進、最節能、效率最高的分離技術。其技術以壓力差為推動力,從溶液中分離出容易的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力,當壓力超過他的滲透壓時,溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑,即濃縮液。若用反滲透處理海水,在膜的低壓側得到淡水,在高壓側得到鹵水。它已廣泛應用于太空水、純凈水、蒸餾水等制備;酒類制造及降度用水;醫藥、電子燈行業用水的前期制備;化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備;鍋爐補給水除鹽軟水;海水、苦咸水淡化;造紙、電鍍、印染等行業用水及廢水處理。

 反滲透原理                                 

反滲透原理是在高于溶液滲透壓的壓力下,借助于只允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用,將溶液中的溶質與溶劑分離,從而達到純凈水的目的。當純水和鹽水被理想半透膜隔開,理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過,此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側,這種現象稱為滲透,若在膜的鹽水側施加壓力,那么水的自發流動將受到抑制而減慢,當施加的壓力達到某一數值的時候,水通過膜的凈流量等于零,這個壓力稱為滲透壓力,當施加在膜鹽水側的壓力大于滲透壓力時,水的流向就會逆轉,此時,鹽水中的水將流入純水側,上述現象就是誰的反滲透(RO)處理的基本原理。

反滲透膜是由具有高度有序矩陣結構的聚合纖維素組成的。他的孔徑為0.1納米-1納米,即一百億分之一米(相當于大腸桿菌大小的千分之一,病毒的百分之一)。其孔徑很小可以去除濾液中的離子范圍和分子量很小的重金屬、農藥、細菌、病毒、雜質等徹底分離。整個工作原理均采用物理法,不添加任何殺菌劑和化學物質,所以不會發生化學變相。并且反滲透膜并不分離溶解氧,所以通過此法生產得出的純水是活水,喝起來清甜可口。

 反滲透膜

對透過的物質具有選擇性的薄膜稱之為半透膜。一般將只能滲透溶劑而不能透過溶質的薄膜視為理想的半透膜。當把相同體積的稀溶液,如淡水河濃液,比如海水或鹽水分別置于一容器的兩側,中間用半透膜阻隔,稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜,向濃溶液側流動,濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度,形成一個壓力差,達到滲透平衡狀態,此種壓力差即為滲透壓。滲透壓的大小決定于濃液的種類,濃度和溫度與半透膜的性質無關。若在濃溶液側施加一個大于滲透壓的壓力時,濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動,此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反,這一過程成為反滲透。

反滲透系統參數定義

回收率:膜系統中的回收率指的是給水/進水流量轉化成為產水/透過液的百分率比值。通常膜系統的設計是依照預設的進水水質而定,因此在濃水管道上設置濃水閥可以調節并設定回收率。回收率常常希望最大化以便獲得最大的產水量,但是應該以膜系統內不會因鹽類雜質的過飽和發生沉淀為它的極限值。

脫鹽率:通過反滲透膜從系統進水中除去總可溶性的雜質濃度的百分率,或通過納濾膜脫出特定組分如二價例子或有機物的百分數。

透鹽率:脫鹽率的相反值,它是進水中溶解性的雜質成分透過膜的百分率。

滲透液:經過膜系統產生的凈化產水。

流量:流量是指進入膜元件的進水流率,常以每小時立方米(m³/h)或者每分鐘加侖(gpm)表示。濃水流量是指離開膜元件系統的未透過膜的那部分的進水流量。這部分濃水含有從原水水源帶入的可溶性的組分,常以每小時立方米(m³/h)或者每分鐘加侖(gpm)表示。

通量:以單位膜面積透過液的流率,通常以每小時每平方升(l/m²h)或每天每平方英尺加侖表示(gfd

稀溶液:凈化后的水溶液,為反滲透或納濾系統的產水。

濃溶液:未透過膜的那部分溶液,如反滲透或納濾系統的濃縮水。

2013.8.22  技術資料

影響反滲透性能表現的因素

在反滲透膜系統操作中的種種因素如壓力、溫度、回收率、進水含鹽量和ph值將會影響反滲透膜系統的產水通量和透出率的參數。而通過這些參數便可顯示出反滲透膜的性能表現。

壓力

進水的壓力將會影響RO膜的產水通量和脫鹽率。水分子從稀溶液側透過膜進入濃溶液側的流動稱之為滲透,反滲透技術即是在進水水流側方施加操作壓力以克服自然滲透壓。當施加在弄溶液側方的操作壓力高于滲透壓的時候,水分子自然滲透的流動方向將會被逆轉,部分進水(濃溶液)通過膜成為稀溶液側的凈水。

由于RO膜不可能絕對截留進水中的溶解性鹽類,因此隨著壓力的增加總有一定量的透過量,因為膜透過水的速率比傳遞鹽分的速率快,這種透鹽率的增加得到迅速的克服。但是,通過增加進水壓力提高鹽分的排除率有上限限制,當超過一定的壓力值,脫鹽率不再增加,某些鹽分還會與水分子耦合一同透過膜。

總結來說,隨著壓力的增加,透過膜的水通量也會隨著增加。此外,增加進水壓力也增加了脫鹽率,但是兩者間的變化關系并沒有線性關系,當達到一定程度的脫鹽率的時候,將不會再增加。

溫度

當反滲透膜系統的進水溫度上升導致透過膜的水分子的粘度下降以及擴散能力增加,因此隨著水溫的增加,水桶量幾乎線性地增大。水溫的增加會導致脫鹽率降低或透鹽率增加,這主要是因為鹽分透過膜的擴散速率會因溫度的提高而加快所致。

能夠承受高溫的反滲透膜元件能夠增加了其操作能力范圍,這對清洗操作也很重要,因為其大范圍的操作能力可以承受更強烈和更快的清洗程序。

鹽濃度

進水的鹽濃度指標將會影響系統里的滲透壓,鹽濃度的增加會使到滲透壓也隨之增加,因為滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度和種類的函數,所以如要逆轉自然滲透流動方向的進水驅動壓力的大小,必須控制進水中的含鹽量。當壓力保持不變,進水含鹽量越高便會使通量減低,因為滲透壓的增加抵消了進水推動力。

回收率

當在同樣的進水壓力下提高膜系統回收率,這將會使系統里的滲透壓增加,而迫使滲透量減少。這是因為在高回收率的原水擁有較高的含鹽量,自然滲透壓將不斷增加直至與施加的壓力相同,這將會抵消進水壓力的推動作用使反滲透過程減慢甚至停止,這也大大提高了鹽類沉淀在膜面上的傾向而引發的結垢問題。

PH

Ph值對反滲透膜元件有兩個方面的影響。第一,墨系統正常運作時對脫鹽率的影響;第二,清洗時ph值對清洗效果的影響。在ph7左右,反滲透膜享有最高的脫鹽率,隨著ph值的變化,膜系統的透鹽率也跟著增加,ph值范圍寬的反滲透膜允許我們采用更強烈,更快和更有效的化學清洗程序,但過高或過低的Ph值很有可能造成膜損害。

 

 

針對目前化肥企業鍋爐用水采用傳統的離子交換法存在酸堿消耗大、污染嚴重、水質穩定性差、自動化程度低、設備運行有維修費用高等缺點,大多數企業在水處理系統改造時逐漸采用反滲透技術。由于化肥企業鍋爐及工藝用水具有用水量大、水質要求高、原水水質較差且系統投資大等特點,反滲透系統設計方案是否科學合理將會直接影響到系統的安全、經濟、平穩、可靠運行。

       處理系統設計

        反滲透系統能否安全有效運行,預處理系統的設計是否合理至關重要。一般而言,地下水水質含鹽量大、水質穩定,污染指數SDI低,微生物含量低,預處理較為簡單,但需加強原水阻垢處理。地表水含鹽量低但水質不穩定,隨季節變化大,懸浮物、膠體、有機物和微生物含量高,SDI高,極易產生膜的污堵,對它的預處理要比地下水復雜的多。

        設計者應根據用戶提供的水源常規分析項目水中的各類陰、陽離子、及綜合分析項目(SDI、濁度、BODCOD)指標來確定合理的預處理方案。

        設計多介質過濾器時地表水應確保濾速小于10m/h,地下水水質較好時可控制在15 m/h以下。

        處理還原態井水中的二價鐵,通常采用的方法是曝氣法和錳砂過濾除鐵法。

        使用市政自來水作為原水時要特別注意游離氯的含量,當游離氯的含量大于0.1mg/L時應進行脫氯處理,余氯可以通過活性炭或化學還原劑還原為無害的氯離子,一般在小型系統中采用活性炭法,而在大型系統中通常采用化學還原劑法。

        活性炭脫氯的反應過程如下:
        C+2CI2+2H2O    4HCI+CO2

        在有些情況下,炭床被可能成為微生物的滋生場所,微生物也會引起膜的污染,所以還需要采取措施降低微生物的生長。

        偏亞硫酸鈉(SMBS)是最常用于脫除游離氯的還原劑,其它的還原劑如二氧化硫,但與SMBS相比,價格沒有競爭力。偏亞硫酸鈉(SMBS)溶于水時形成亞硫酸鈉(SBS):    Na2S2O5+H2O   2NaHSO3

        然后SBS按如下反應還原成鹽酸:
        NaHSO3+HOCI=HCI+NaHSO4

        SMBS雖然脫氯速度很快,為了保證完全反應,推薦使用表態混合器,以使溶液充分混合均勻。 

        為了安全起見還應在混合下游安裝氧化還原電極(ORP)檢測氯的含量,當檢測到余氯時,電極信號將激活報警并停止高壓泵。

        針對一些水質較差的地表水,應考慮采用超濾(UF)作為預處理,超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質,經超濾處理后水的SDI<1,但超濾(UF)裝置投資較大,操作維護較復雜。

        進水來自經混凝、澄清處理后的地表水,水溫隨季節變化較大,而反滲透系統的產水量受水溫的變化影響較大,在壓力恒定的條件下,水溫每變化1,其產水量大致增減2.7%;為了彌補因冬季水溫較低而致使反滲透系統產水水量下降的情況,同時考慮運行成本,應考慮采用熱交換器將原水加熱使其維持在20左右。如暫時無換熱條件,在設計反滲透系統時應特別注意溫度這一因素。

        為了防止在反滲透膜濃水側溶解性物質因不斷濃縮達到過飽和狀態而析出(結垢),在大型系統中防止結垢的辦法通常采用添加阻垢劑。

        阻垢劑的選型及投加量取決于原水水質,大型系統推薦選用進口多元共聚復合阻垢劑,它可以提高水中的難溶物質的飽和度。其作用機理分別為:抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用、絡合作用。

        預處理系統比較保守的設計,通常能使反滲透系統運行安全、穩定,能增強對水質變化的適應性;雖然保守的設計會使初期投資費用較高,但與系統穩定性及設備檢修費用相比是有價值的。

        設計科學、完善的預處理,才能保證反滲透系統進水符合要求,從而降低膜的污染,延長膜的使用壽命,確保產水水質穩定。反之,如預處理達不到設計要求,則后果十分嚴重。

        反滲透系統設計

 
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