反滲透系統(tǒng)的設(shè)計與膜的類型下載

1、反滲透系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)的設(shè)計方案與預(yù)處理方式及膜的結(jié)構(gòu)介紹 該技術(shù)資料由萊特萊德蘭州反滲透系統(tǒng)廠家提供 反滲透設(shè)計人員應(yīng)設(shè)計足夠的預(yù)處理以使給水水質(zhì)滿足反滲透給水要求。預(yù)處理應(yīng)減少懸濁物和膠體含量以使?jié)岫?.0NTU(最好0.3NTU)，15分鐘SDI低于5.0(最好99%，而CAB為9598%)，因而產(chǎn)水質(zhì)量更高;膜耐久性強，使用期內(nèi)脫鹽率下降極少，從而壽命更長;所需給水壓力低從而可將反滲透給水泵耗電費用下降60%;運行PH范圍寬(CPA：410，而CAB為58)，從而可使反滲透給水不加酸或少加酸;膜清洗時的PH范圍寬(CPA：310，而CAB為47);允許的溫度上限高(CPA為45，而CAB

2、為35)，從而更便于清洗。膜類型 選定了膜材質(zhì)以后，設(shè)計者要考慮的第二個重要的參數(shù)是產(chǎn)水通量。產(chǎn)水通量是單位有效膜表面的產(chǎn)水量，用GFD(加侖/平方英尺/天)或者LMH(升/平方米/小時)表示。 在反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水通量與污染速度之間存在直接關(guān)系。水通量低，污染速度就低，要想降低水通量可選擇膜面積較大的反滲透膜元件。在低水通量下，減小了污染物在給定面積膜表面上的沉淀從而降低了污染速度。這種沉淀是由于在給水平行流過膜表面時還有部分產(chǎn)水垂直透過膜表面而產(chǎn)生的。多年觀察表明，一旦超過一定的水通量，其污染速度會呈指數(shù)上升。對不同水質(zhì)和不同污染物含量的水源給出了建議的設(shè)計水通量范圍。這些設(shè)計導(dǎo)則的基礎(chǔ)是假

3、定已經(jīng)有了足夠的預(yù)處理，而且生物活性受到控制。制定設(shè)計導(dǎo)則的目的是為了降低污染速度，從而減少清洗次數(shù)。 根據(jù)經(jīng)驗，如果每隔3個月或者更長的時間清洗一次，則表明預(yù)處理和反滲透系統(tǒng)設(shè)計是合理的，如果1至3個月清洗一次，則可改進工藝和增加設(shè)備。假如不到1個月就清洗一次，考慮到清洗費用、反滲透膜壽命縮短以及運行工況惡化，則需要增加更多的預(yù)處理設(shè)備以便進行工藝改進。水通量 為了控制地表水反滲透系統(tǒng)中的污染速度，選擇最佳膜面橫流速度與選擇水通量同樣重要。給水和其產(chǎn)生的濃水在膜表面的橫向流速越高，膜污染速度就越低。當給水和濃水水流穿過給水/濃水隔網(wǎng)時，高橫向流速可增加湍流程度，從而減少顆粒物質(zhì)在膜表面上的沉

4、淀或在隔網(wǎng)空隙處的堆積。較高的橫向流速也提高了膜表面上的高濃度鹽分向主體溶液的擴散速度，從而減少了難溶鹽沉淀在膜表面上的危險。 為了達到所希望的系統(tǒng)水通量，設(shè)計人員在確定了所要求的反滲透膜元件的數(shù)量之后，還應(yīng)考慮到橫向流速問題。這些反滲透元件可串聯(lián)在壓力容器中。對于地表水反滲透系統(tǒng)，一般可用6個40英寸長的元件串入一個壓力容器中(注：對于井水或MF、UF或RO出水等SDI較低，因而污染程度低的給水，由于給水-濃水壓降一般較低，因而在這些系統(tǒng)中每壓力容器可使用7只膜元件)。選擇365或者400平方英尺的8英寸直徑40英寸長的高膜面積元件(與330平方英尺的元件相比較)的優(yōu)點是在對給定水通量的系統(tǒng)

5、中可減少壓力容器數(shù)量。壓力容器數(shù)量的減少即意味著每個容器的橫向流速高，污染的可能性就減少，設(shè)備投資費用也少。橫向流速 建議的反滲透設(shè)計導(dǎo)則注明了對于不同給水水源，壓力容器中膜元件的最大給水流量和最低濃水流量。設(shè)定最大給水流量用來保護容器中的第一根反滲透元件，使其給水與濃水壓力降不超過10psi。壓力降高于此值就會使膜組凸出并且使給水隔網(wǎng)變形，從而損壞膜元件。設(shè)定最小的濃水流量以保證在容器末端的膜元件有足夠的橫向流速。從而減少了膠體在膜表面上的沉淀，并且減少濃差極化對膜表面的影響。濃差極化是指在膜表面上的鹽濃度高于主體流體濃度的現(xiàn)象。鹽濃縮是因膜表面附近的橫向流速低而造成的(與管子中心的流速高于

6、管子表面的流速的概念相似)。橫向流速越低，膜表面的鹽的反向擴散速度就越低，結(jié)果難溶鹽沉淀的機會增多，而且更多的鹽會透過膜表面。濃差極化的程度可被量化為b值，該值應(yīng)該小于1.20。橫向流速 有多種維護方法可以降低地表水反滲透系統(tǒng)的污染速度。這些方法包括伺服運行時的濃水再循環(huán)，停運后低壓沖洗，停運期間定期低壓沖洗以及定期消毒。我們建議采用RO產(chǎn)水對膜元件進行沖洗和短期浸泡，但這種方法常常得不到使用。RO產(chǎn)水可抑制細菌滋長，而且還可以溶解膜上的污染物或者使它疏松。 濃水再循環(huán)的優(yōu)點是提高了橫向流速，從而可沖洗掉膜表面上的污染物，其缺點是使RO給水泵的容量增大，而且RO產(chǎn)水含鹽量也會增加10%。 停運

7、后沖洗的優(yōu)點是可將污染物及濃水從膜元件中沖洗出來。 停運期間沖洗的優(yōu)點是可將膜元件表面的死水沖洗出來并能阻止生物滋長。根據(jù)現(xiàn)場條件，這種沖洗至多每8小時進行一次。 可以進行定期消毒，以控制兩次清洗之間的生物滋長。 在運行狀態(tài)連續(xù)消毒是工藝設(shè)計中所關(guān)心的最新領(lǐng)域。醋酸纖維素膜有其固有的殺菌優(yōu)點(可在給水中含0.31.0ppm的游離氯)。而對于CPA膜，在運行中使用氧化型殺菌劑方面就受到限制。在不含鐵的給水中(這在多數(shù)反滲透系統(tǒng)中都很難做到)，要求將氯控制到少于0.05ppm，過醋酸/過氧化氫控制到0.41.0ppm。目前正在進行現(xiàn)場試驗，以研究對于較復(fù)雜的RO用途，是否可加入較多的氯以減少清洗次

8、數(shù)并且還能保持適當長的使用壽命。目前還正在進行其它現(xiàn)場研究以調(diào)查氯胺的殺菌能力及其對CPA膜的影響。最初的結(jié)果表明在某些情況下CPA膜可耐受68ppm的氯胺，而在其它情況下可耐受多達12ppm的氯胺。反滲透維護 世界上所用的井水和地表水反滲透系統(tǒng)所用的膜元件絕大多數(shù)為卷式膜元件。與中空纖維和板框式結(jié)構(gòu)相比較，卷式膜元件在給水通道抗污染能力、設(shè)備空間要求、投資和運行費用以及可從很多的供應(yīng)商處購得等方面提供了最佳的組合。 選擇卷式膜元件時主要考慮因素為膜的有效表面積、給水通道隔網(wǎng)的幾何形狀、尺寸以及產(chǎn)品制造質(zhì)量標準，這些質(zhì)量標準是用來確保膜元件的可靠性，如密封完整性和FRP外皮的堅固性。 如前所述

9、，具有最大的膜面積有利于設(shè)計最低水通量和最高橫向流速的反滲透系統(tǒng)。 反滲透膜元件采用塑料網(wǎng)作為給水通道隔網(wǎng)，其目的是向給水提供一條盡量接近湍流的通路，使給水在卷式膜片之間充分流動。以前市場上多數(shù)苦咸水反滲透膜元件都是采用0.028英寸至0.031英寸(2831密耳)厚的金剛石形隔網(wǎng)。一些較新的反滲透膜元件使用了26密耳(0.66毫米)隔網(wǎng)來增加膜面積、產(chǎn)水量和元件中的給水與濃水的壓力降，而另一些元件采用了31至34密耳隔網(wǎng)，以減小膜面積、產(chǎn)水量和給水與濃水的壓力降。反滲透膜元件結(jié)構(gòu) 1.由于給水與濃水間的壓力降開始時較低因而可延長兩次清洗之間的運行時間,從而能容納更多的污染物; 2.一旦反滲透

10、膜元件被污堵，可縮短清洗時間。雖然并無明確的經(jīng)驗數(shù)據(jù)以支持這一設(shè)計，而且還需要繼續(xù)研究以確定厚隔網(wǎng)的優(yōu)點是否可以抵銷反滲透系統(tǒng)設(shè)計中的高水通量和低橫向流速的消極影響。 市售的8英寸40英寸反滲透元件的部分數(shù)據(jù)總結(jié)，包括膜工作面積、給水隔網(wǎng)厚度、給水隔網(wǎng)的大約體積(立方英尺)以及隔網(wǎng)厚度對雷諾數(shù)的影響。在運行期間厚鹽水隔網(wǎng)的有利方面是壓力降可能較低，因此達到單支膜元件上壓力降的極限值(10psid)時的工作周期。但這與通常建議的清洗要求：因污染導(dǎo)致壓力降升高1015%時就應(yīng)清洗的說法相對立。厚鹽水隔網(wǎng)也有雷諾數(shù)低的消極影響，盡管這可能是一個小缺點，因為所有隔網(wǎng)的雷諾數(shù)都是100左右，這一數(shù)值使隔網(wǎng)水流完全處于02000的層流范圍內(nèi)，所有不可能出現(xiàn)渦流或者湍流。在清洗期間厚鹽水隔網(wǎng)的正面影響可能在于能更快地去除較大的污染物，因此可縮短清洗時間。地表水采用較厚隔網(wǎng)的目的是希望 醋酸纖維反滲透膜元件(最常推薦的用于地表水處理的膜元件)的給水隔網(wǎng)總體積最小(收集污染物的能力小)