膜系統(tǒng) Microsoft Word 文檔

1、2.2 反滲透膜的透過機理關于反滲透膜的透過機理，自20世紀50年代末以來，許多學者先后提出了各種不對稱反滲透膜的透過機理和模型，現(xiàn)介紹如下：2.2.1 氫鍵理論3這個理論是由里德（Ried）等人提出的，并用醋酸纖維膜加以解釋。這種理論是基于一些離子和分子能通過膜的氫鍵的結(jié)合而發(fā)生聯(lián)系，從而通過這些聯(lián)系發(fā)生線形排列型的擴散來進行傳遞。在壓力的作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點羰基上氧原子形成氫鍵，而原來的水分子形成的氫鍵被斷開，水分子解離出來并隨之轉(zhuǎn)移到下一個活化點，并形成新的氫鍵，如是通過這一連串氫鍵的形成與斷開，使水分子離開膜表面的致密活化層，由于多孔層含有大量的毛細管水，水分子能

2、暢通流出膜外。 2.2.2 優(yōu)先吸附-毛細孔流理論4索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附毛細孔流理論。他們以氯化鈉水溶液為例，溶質(zhì)是氯化鈉，溶劑是水，膜的表面能選擇性吸水，因此水被優(yōu)先吸附在膜表面上，而對氯化鈉排斥。在壓力作用下，優(yōu)先吸附的水通過膜，就形成了脫鹽的過程。這種模型同時給出了混合物分離和滲透性的一種臨界孔徑的概念。臨界孔徑顯然是選擇性吸著界面水層的兩倍?；谶@種模型在膜的表面必須有相應大小的毛細孔，根據(jù)這種理論，索里拉金等研制出具有高脫鹽率、高脫水性的實用反滲透膜，奠定了實用反滲透膜的發(fā)展基礎。2.2.3 溶液擴散理論3朗斯代爾（Lonsdale）和賴利（Riley）等人提出溶解擴

3、散理論。該理論假定膜是無缺陷的“完整的膜”，溶劑和溶質(zhì)透過膜的機理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學位差的推動力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進行擴散，直至透過膜。溶劑和溶質(zhì)在膜中的擴散服從（Fick）定律，這種模型認為溶劑和溶質(zhì)都可能溶于均質(zhì)或非多孔型膜表面，以化學位差為推動力（常用濃度差或壓力差來表示），分子擴散使它們從膜中傳遞到膜下部。因此，物質(zhì)的滲透能力不僅取決于擴散系數(shù)，而且取決于其在膜中的溶解度。溶質(zhì)的擴散系數(shù)比水分子的擴散系數(shù)小得越多，高壓下水在膜內(nèi)的移動速度就越快，因而透過膜的水分子數(shù)量就比通過擴散而透過去的溶質(zhì)數(shù)量更多。2.3有機物去除機理對于有機溶質(zhì)的脫除機理最初認為純屬篩網(wǎng)

4、效應其脫除率主子量大小和形狀有關。后來經(jīng)過大量的研究，發(fā)現(xiàn)膜與有機溶質(zhì)的電荷斥力對脫除率的影響有時不容忽視。近年來的研究證明，膜對有機溶質(zhì)的脫除主要受兩方面的影響：一是膜孔徑的機械篩除作用；二是膜與有機物間排斥力的作用，這種排斥作用的大小與膜材料和有機物的物理化學特征參數(shù)有很大的關系。這些物理比學特征參數(shù)及其對分離度的影響(不考慮膜孔徑的機械篩除作用)介紹如下5。  3 反滲透膜及膜裝置類型3.1 反滲透膜類型    一般來說，反滲透膜應具備以下性能：    單位面積上透水量大，脫鹽率高；機械強度好，多孔支撐層的壓實作用小；

5、化學穩(wěn)定性好，耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕；結(jié)構均勻，使用壽命長，性能衰降慢；    制膜容易，價格便宜，原料充足。    影響膜性能因素7： 回收率/轉(zhuǎn)變率；壓力；壓密；濃差極化。4 反滲透膜的主要性能參數(shù)與運行工況條件4.1 反滲透的主要性能參數(shù)81) 透水率。是指單位時間透過單位膜面積的水量。主要取決于膜的材質(zhì)和結(jié)構等因素,但一定的反滲透膜其透水率則取決于運行條件；a. 透水率隨溫度的升高而增加,隨工作壓力的增加成比例的上升;b. 透水率隨進水濃度的增加而下降;c. 透水率隨回收率的增加而下降。2) 回收率。即供水對滲透液的轉(zhuǎn)換率,

6、直接影響除鹽系統(tǒng)的成本。對于苦鹽水的回收率大約為90 %;高苦鹽水降為60 %65 %;工業(yè)海水系統(tǒng)回收率是35 %45 %。3) 膜通量。是表明通過膜表面的一個特定區(qū)域的水流速度。4.2 反滲透裝置的運行工況條件8為了確保反滲透裝置安全可靠運行,選擇一定適宜的工況條件是非常必要的。反滲透裝置的主要工況條件為進水pH值、進水溫度與運行壓力。1) 進水pH 值。對于醋酸纖維膜運行時,水以偏酸性為宜，pH值一般控制在47之間，在此范圍外加速膜的水解與老化。目前認為pH值在56 之間最佳。膜的水解不僅會引起產(chǎn)水量的減少，而且會造成膜對鹽去除能力的持續(xù)性降低，直至膜損壞為止。2) 進水溫度對產(chǎn)水量有一

7、定的影響,溫度增加1 ，膜的透水能力增加約2.7 %。反滲透膜的進水溫度底限為58,此時的滲濾速率很慢。當溫度從11升至25時，產(chǎn)水量提高50 %。但當溫度高于30時,大多數(shù)膜變得不穩(wěn)定，加速水解的速度。一般醋酸纖維膜運行與保管的最高溫度為35，宜控制在2535之間。3) 運行壓力。滲透壓與原水中的含鹽量成正比，與膜無關。提高運行壓力后，膜被壓密實，鹽透過率會減少，水的透過率會增加，提高水的回收率。但當壓力超過一定限度時會造成膜的老化，膜的變形加劇，透水能力下降。4.3 影響反滲透運行參數(shù)的主要因素9膜的水通量和脫鹽率是反滲透過程中關鍵的運行參數(shù)，這兩個參數(shù)將受到壓力、溫度、回收率、給水含鹽量

8、、給水PH值因素的影響。（1）壓力給水壓力升高使膜的水通量增大，壓力升高并不影響鹽透過量。在鹽透過量不變的情況下，水通量增大時產(chǎn)品水含鹽量下降，脫鹽率提高了。（2）溫度溫度對反滲透的運行壓力、脫鹽率、壓降影響最為明顯。溫度上升，滲透性能增加，在一定水通量下要求的凈推動力減少，因此實際運行壓力降低。同時溶質(zhì)透過速率也隨溫度的升高而增加，鹽透過量增加，直接表現(xiàn)為產(chǎn)品水電導率升高。溫度對反滲透各段的壓降也有一定的影響，溫度升高，水的粘度降低，壓降減少，對于膜的通道由于污堵而使湍流程度增強的裝置，粘度對壓降的影響更為明顯。（3）回收率回收率對各段壓降有很大的影響，在進水總流量保持一定的條件下，回收率增

9、加，由于流經(jīng)反滲透高壓側(cè)的濃水流量減少，總壓降降低，回收率減少，總壓降增大，實際運行表明，回收率即使變化很小，如1%，也會使總壓差產(chǎn)生0. 02MPa左右的變化?；厥章蕦Ξa(chǎn)品水電導率的影響取決于鹽透過量和產(chǎn)品水量，一般說來，系統(tǒng)回收率增大，會增加濃水中的含鹽量，并相應增加產(chǎn)品水的電導率。（4）進水含鹽量對同一系統(tǒng)來說，給水含鹽量不同，其運行壓力和產(chǎn)品水電導率也有差別，給水含鹽量每增加l00ppm，進水壓力需增加約0.007MPa，同時由于濃度的增加，產(chǎn)品水電導率也相應的增加。（5）pH值各種膜組件都有一個允許的pH值范圍，即使在允許范圍內(nèi)，pH值對產(chǎn)品水的電導率也有一定的影響，這是因為反滲透膜

10、本身大都帶有一些活性基團，pH值可以影響膜表面的電場進而影響到離子的遷移，另一方面pH值對進水中雜質(zhì)的形態(tài)有直接影響，如對可離解的有機物，其截留率隨pH值的降低而下降。5 反滲透的流程最終用途：首先的考慮是產(chǎn)品水的具體用途，它決定了為滿足用戶需要的水質(zhì)和水量。對飲用水，通常要求滿足公共衛(wèi)生標準或世界衛(wèi)生組織標準。對超純電子工業(yè)用水，水電阻率需達18Mcm。然而產(chǎn)品的性能并不嚴格的要超過所需值，因為高于所需的產(chǎn)水量或產(chǎn)水水質(zhì)將增加產(chǎn)品水的費用，產(chǎn)生明顯的負面影響。后處理：在RO透過液使用前，通常需要對其作些后處理。至少，需要脫氣以去除為控制結(jié)垢對進料水酸化而產(chǎn)生的CO2和進行pH調(diào)節(jié)，以防止下游

11、系統(tǒng)發(fā)生腐蝕。后處理的要求取決于應用，需按具體情況加以確定。對許多工業(yè)應用，后處理包括采用樹脂除鹽和紫外線消毒。對城市應用要附加pH調(diào)節(jié)、脫氣及用氯消毒。膜：膜為系統(tǒng)的心臟，其性能可受與膜本身及其構型無關的一些因素的影響，例如預處理及系統(tǒng)的操作與維護，然而，需根據(jù)進料水的水質(zhì)及最終用途仔細考慮選擇膜材料及膜構型。操作與維護：操作與維護是成功的系統(tǒng)性能的關鍵。為了盡早的發(fā)現(xiàn)潛隱的問題，須收集系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)并定期分析。若發(fā)生了問題，應該采用合宜的尋找故障的技術，并與膜制造商和/或系統(tǒng)設計者切磋商量合宜的消除問題的措施。對不能控制的結(jié)垢、污染或堵塞，則需經(jīng)常清洗膜以保持膜的性能。在膜裝置中，這些物質(zhì)不

12、可逆的積累將導致流體分布不均和產(chǎn)生濃差極化，這將造成膜通量與鹽截留率的減退，有時會使膜材料發(fā)生降解。這些導致了昂貴的膜單元的更換。已開發(fā)出的用于恢復因結(jié)垢或污染造成的不良的膜性能的技術，若能及早的識別出膜需清洗，則這些技術是非常有效的。清晰劑可用以從膜裝置中將微粒、膠體、生物和有機物移出。通常的做法是將清洗液按正向流動，低壓下通過膜裝置進行循環(huán)，直至污染物被去除。很少推薦進行反洗。高壓泵：高壓泵提供膜生產(chǎn)所需產(chǎn)水流量及水質(zhì)的壓力。常用泵的類型是單級、高速離心泵；柱塞泵；多級離心泵。通常單級離心泵效率最低，柱塞泵效率最高。對于小系統(tǒng)采用高速離心泵，對于大系統(tǒng)采用多級離心泵為佳。預處理：預處理即垢

13、的控制，方法有pH值的調(diào)節(jié)、緩蝕劑軟化、微生物控制、氯化/脫氯，對懸浮固體、膠體、金屬氧化物、有機物等的去除。反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般常指水）通過反滲透膜(一種半透膜)而分離出來與滲透方向相反，可使用大于滲透壓的反滲透法進行分離、提純和濃縮溶液。反滲透膜的主要分離對象是溶液中的離子范圍。 反滲透，英文為Reverse Osmosis，是花費數(shù)億美元并經(jīng)過多年的精心研制而成的高科技水處理技術。這種薄膜分離技術，是依靠滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進行分離的過程。滲透是一種物理現(xiàn)象。反滲透就是在有鹽份的水中（如原水）施加比自然滲透壓力更大的壓力，使水由濃度高的一方滲透到濃度低的

14、一方，把原水腫的水分子壓到膜的另一邊變成純凈水，而原水中的細微雜質(zhì)、膠體、有機物、重金屬、細菌、病毒及其他有害物質(zhì)都統(tǒng)統(tǒng)截留下來并經(jīng)污水出口排放掉。由于反滲透膜的孔徑僅0.0001微米，一個細菌要縮小4000倍，過濾性病毒也要縮小200倍以上才能通過，所以其有效去除率高達96以上。 反滲透技術基礎衡量反滲透膜性能的主要指標1、  脫鹽率和透鹽率脫鹽率通過反滲透膜從系統(tǒng)進水中去除可溶性雜質(zhì)濃度的百分比。透鹽率進水中可溶性雜質(zhì)透過膜的百分比。脫鹽率=（1產(chǎn)水含鹽量/進水含鹽量）×100%透鹽率=100%脫鹽率 膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定，脫鹽率的高低取決于膜元件表面超

15、薄脫鹽層的致密度，脫鹽層越致密脫鹽率越高，同時產(chǎn)水量越低。反滲透對不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的結(jié)構和分子量決定，對高價離子及復雜單價離子的脫鹽率可以超過99%，對單價離子如：鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低，但也超過了98%；對分子量大于100的有機物脫除率也可過到98%，但對分子量小于100的有機物脫除率較低。2、  產(chǎn)水量（水通量）產(chǎn)水量（水通量）指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)能，即單位時間內(nèi)透過膜水量，通常用噸/小時或加侖/天來表示。滲透流率滲透流率也是表示反滲透膜元件產(chǎn)水量的重要指標。指單位膜面積上透過液的流率，通常用加侖每平方英尺每天（GFD）表示。過高的滲透流率將導致垂直于膜表面的水流速加快，加劇膜污染。3、  回收率回收率指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過液的百分比。膜系統(tǒng)的回收率在設計時就已經(jīng)確定，是基于預設的進水水質(zhì)而定的。回收率=（產(chǎn)水流量/進水流量）×100%反滲透技術基礎影響反滲透膜性能的因素1、  進水壓力對反滲透膜的影響進水壓力本身并不會影響鹽透過量，但是進水壓力升高使得驅(qū)動反滲透的凈壓力升高，使得產(chǎn)水量加大，同時鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時，由于過高的回收率，加大了濃差極化，又會導致鹽透過量增加，抵消了增加的產(chǎn)水量，使得脫鹽率不再增