反滲透RO演示文稿

反滲透RO演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)1、RO的發(fā)展2、反滲透的原理和相關(guān)概念3、反滲透的分離機(jī)理4、反滲透膜的性能要求和指標(biāo)5、反滲透膜的除鹽分離特性6、濃差極化危害及對(duì)策7、RO應(yīng)用當(dāng)前第2頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)RO的發(fā)展1953年，佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid教授明確提出了反滲透技術(shù)的概念。同年，在他的建議下反滲透被列入美國(guó)國(guó)家計(jì)劃。1960年L-S相轉(zhuǎn)化法制成的首張相轉(zhuǎn)化膜即為反滲透膜目前，RO技術(shù)已成為海水和苦咸水淡化中最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。當(dāng)前第3頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透的原理和相關(guān)概念半透膜定義：能夠讓溶液中一種或幾種組分通過(guò)而其他組分不能通過(guò)的選擇性膜滲透的定義：一種溶劑通過(guò)半透膜進(jìn)入另一種溶液或者一種稀溶液向一種濃溶液的自發(fā)流動(dòng)。滲透平衡：滲透發(fā)生后，單位時(shí)間內(nèi)從純?nèi)軇﹤?cè)通過(guò)半透膜進(jìn)入溶液側(cè)的溶劑分子數(shù)目多于從溶液側(cè)通過(guò)半透膜進(jìn)入溶劑側(cè)的溶劑分子數(shù)，使得溶液濃度降低。當(dāng)兩個(gè)方向通過(guò)半透膜的溶劑分子數(shù)目相等時(shí)，即達(dá)到滲透平衡。滲透壓定義：如果在溶液側(cè)加上一個(gè)外加的壓力，恰好能阻止純?nèi)軇﹤?cè)的溶劑分子通過(guò)半透膜進(jìn)入溶液側(cè)，則此壓力稱為滲透壓。滲透壓是溶液的一個(gè)性質(zhì)，與膜無(wú)關(guān)。當(dāng)前第4頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透原理圖當(dāng)前第5頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透所需具備的條件和特點(diǎn)反滲透過(guò)程必須具備兩個(gè)條件：1、必須有高選擇性和高滲透性（一般指透水性）的選擇性半透膜2、操作壓力必須高于溶液滲透壓。反滲透是一種高效節(jié)能技術(shù)，其特點(diǎn)如下：1、RO過(guò)程可在常溫下進(jìn)行，無(wú)相變、能耗低，可用于熱敏物質(zhì)的分離，濃縮；2、RO可以有效除去鹽和有機(jī)小分子雜質(zhì)當(dāng)前第6頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透的特點(diǎn)3、RO具有較高的脫鹽率和較高的水回用率4、膜分離裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，便于實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化；5、RO分離過(guò)程要在高壓下進(jìn)行，因此需配備高壓泵和耐高壓管路；6、RO分離裝置對(duì)進(jìn)水指標(biāo)有較高要求，需對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理7、分離過(guò)程易產(chǎn)生膜污染，為延長(zhǎng)膜使用壽命和提高分離效率，需定期對(duì)膜進(jìn)行清洗。當(dāng)前第7頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透過(guò)程可以分為三類：高壓反滲透（5.6~10.5MPa），低壓反滲透（1.0~4.2MPa），納濾（0.3~1.0MPa）。反滲透膜上的微孔孔徑約為0.5nm，而無(wú)機(jī)鹽離子的直徑僅為0.1~0.3nm，水合離子的直徑為0.3~0.6nm，略小于孔徑，無(wú)法用分子篩分原理來(lái)解釋RO分離現(xiàn)象。當(dāng)前第8頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透的分離機(jī)理溶解擴(kuò)散理論（Lonsdale和Riley）該模型假設(shè)膜是完美無(wú)缺的理想無(wú)孔膜，高壓側(cè)濃溶液中各組分先溶于膜中，再以分子擴(kuò)散方式通過(guò)厚度為δ的膜，最后在低壓側(cè)進(jìn)入稀溶液。溶質(zhì)和溶劑在擴(kuò)散中服從Fick定律。該模型基本上可定量的描述水和鹽透過(guò)膜的傳遞，但推導(dǎo)中的一些假設(shè)并不符合真實(shí)情況，另外，傳遞過(guò)程中水、鹽和膜之間相互作用也沒(méi)有考慮。當(dāng)前第9頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)模型優(yōu)先被吸附的組分在膜面上形成一層吸附層，吸附力弱的組分在膜上濃度急驟下降，在外壓作用下，優(yōu)先被吸附的組分通過(guò)膜毛細(xì)孔而透過(guò)膜。與膜表面化學(xué)性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。由Sourirajan于1963年建立。他認(rèn)為用于水溶液中脫鹽的反滲透膜是多孔的并有一定親水性，而對(duì)鹽類有一定排斥性質(zhì)。在膜面上始終存在著一層純水層，其厚度可為幾個(gè)水分子的大小。在壓力下，就可連續(xù)地使純水層流經(jīng)毛細(xì)孔。當(dāng)前第10頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型(a)膜表面對(duì)水的優(yōu)先吸附壓力主體溶液界面當(dāng)前第11頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)水在膜表面處的流動(dòng)如果毛細(xì)孔直徑恰等于2倍純水層的厚度，則可使純水的透過(guò)速度最大，而又不致令鹽從毛細(xì)孔中漏出，即同時(shí)達(dá)到最大程度的脫鹽。當(dāng)前第12頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)3、擴(kuò)散—細(xì)孔流理論此理論由Sherwood提出，介于溶解擴(kuò)散理論和優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)理論之間。該理論假設(shè)膜表面存在細(xì)孔，溶質(zhì)和溶劑在細(xì)孔和溶解擴(kuò)散的共同作用下透過(guò)膜；膜的透過(guò)特性，既取決于細(xì)孔流，也取決于溶質(zhì)、溶劑在膜表面的擴(kuò)散系數(shù)。通過(guò)細(xì)孔的溶液量與整個(gè)膜的透水量之比越??；溶劑比溶質(zhì)在膜中的擴(kuò)散系數(shù)越大，則膜的選擇性越好！當(dāng)前第13頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)4、氫鍵理論（Reid）該模型認(rèn)為，膜的表層很致密，其上有大量的活化點(diǎn)，鍵合一定數(shù)目的結(jié)合水，這種水已經(jīng)失去溶劑化能力，鹽水中的鹽不能溶于其中。進(jìn)料液中的水分子在壓力下可與膜上的活化點(diǎn)形成氫鍵而締合，使該活化點(diǎn)上其他結(jié)合水締解下來(lái)，并與膜內(nèi)部的活化點(diǎn)進(jìn)一步締合，使該點(diǎn)原有的結(jié)合水締解下來(lái)，此過(guò)程不斷從膜面向內(nèi)部進(jìn)行，以這種順序擴(kuò)散的方式，水分子從膜面進(jìn)入膜內(nèi)，最后從底層解脫，成為產(chǎn)品水。而鹽是通過(guò)高分子鏈間空穴，以空穴型擴(kuò)散，從膜面逐漸到產(chǎn)品水中的。當(dāng)前第14頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)5、自由體積理論（Yasuda安田）該理論認(rèn)為：膜的自由體積包括聚合物的自由體積和水的自由體積。聚合物的自由體積指無(wú)水溶脹的由無(wú)規(guī)則高分子線團(tuán)堆積而成的膜中，未被高分子占據(jù)的空間。水的自由體積指水溶脹的膜中，純水所占據(jù)的空間。該理論假設(shè)：水可以在整個(gè)膜的自由體積中遷移，而鹽只能在水的自由體積中遷移，從而使膜具有選擇透過(guò)性。當(dāng)前第15頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透過(guò)程中的濃度分布穩(wěn)定條件下的反滲透過(guò)程當(dāng)前第16頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)25℃時(shí)部分典型溶液的滲透壓數(shù)據(jù)組分濃度滲透壓組分濃度滲透壓mg/Lmol/LMPapsimg/Lmol/LMPapsiNaCl350000.602.8398MgSO410000.008310.0253.6海水32000--2.4340MgCl210000.01050.0689.7NaCl20000.03420.1622.8CaCl210000.0090.0588.3苦咸水2000-5000--0.105-0.2815-40蔗糖10000.002920.0071.05NaHCO310000.01190.0912.8葡萄糖10000.00550.0142.0Na2SO410000.007050.0426.0當(dāng)前第17頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透過(guò)程中的濃差極化濃差極化在反滲透過(guò)程中，大部分溶質(zhì)被截留并在膜的表面積累，故從料液主體到膜表面建立一層有溶質(zhì)濃度梯度的邊界層，溶質(zhì)在膜表面的濃度高于在料液主體的濃度，這種現(xiàn)象叫濃差極化。邊界層lⅠⅡ膜透過(guò)液側(cè)料液側(cè)溶質(zhì)濃度變化反滲透過(guò)程濃差極化示意圖當(dāng)前第18頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)濃差極化的度量—濃差極化比

濃差極化比越大，濃差極化越嚴(yán)重。當(dāng)前第19頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)二、反滲透膜1.反滲透膜的性能要求和指標(biāo)(1)膜的化學(xué)穩(wěn)定性(2)膜的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度(3)膜的理化指標(biāo)(4)膜的分離透過(guò)特性指標(biāo)2.膜運(yùn)行條件的影響因素及膜表面的濃差極化(1)膜的水通量和脫鹽率(2)膜表面的濃差極化3.膜的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)當(dāng)前第20頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)(1)膜的化學(xué)穩(wěn)定性膜的化學(xué)穩(wěn)定性主要指膜的抗氧化性和抗水解性。膜材料都是高分子化合物，而水溶液中含有次氯酸鈉、溶解氧、雙氧水、六價(jià)鉻等氧化劑，這些氧化劑會(huì)造成膜的氧化，影響膜的性能和壽命。因此若分離含氧化劑的水溶液，應(yīng)盡量避免用含鍵能很低的O-O鍵或N-N鍵的膜，以提高膜的抗氧化能力，如，芳香聚酰胺膜中因有一定的N-N鍵，在氧化劑含量較高時(shí)易斷裂，故其抗氧化性不如醋酸纖維膜。膜的水解和氧化是同時(shí)發(fā)生的。當(dāng)制備膜的高分子化合物中含－CONH－（酰胺基）、－COOR（酯基）、－CN等時(shí)，在酸或堿的作用下，易發(fā)生水解反應(yīng)，使膜破壞，而聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚等材料的抗水解性能優(yōu)越，但由于其缺少親水基團(tuán)，故透水性差，常用做制作膜表面有孔的超濾膜和微孔濾膜。當(dāng)前第21頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透膜有時(shí)需在較高溫度下使用，故需耐熱。膜的機(jī)械強(qiáng)度是高分子材料力學(xué)性質(zhì)的體現(xiàn)，其中包括膜的耐磨性。在壓力作用下，膜的壓縮和剪切蠕變以及表現(xiàn)出的壓密現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致膜的透過(guò)速度下降。如能將膜直接制作在高強(qiáng)度的支撐材料上，會(huì)增加膜的機(jī)械強(qiáng)度。(2)膜的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度當(dāng)前第22頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)膜材質(zhì)允許使用的壓力適用的pH范圍耐O2和Cl2等氧化性物質(zhì)的能力抗微生物、細(xì)菌的侵蝕能力耐膠體顆粒及有機(jī)物、微生物的污染能力(3)膜的理化指標(biāo)當(dāng)前第23頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)膜的分離特性指標(biāo)包括脫鹽率（或鹽透過(guò)率）、產(chǎn)水率（或回收率）、水通量及流量衰減系數(shù)（或膜通量保留系數(shù)）等。(4)膜的分離透過(guò)特性指標(biāo)當(dāng)前第24頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)脫鹽率（SaltRejection）指給水中總?cè)芙夤腆w物（TDS）中的未透過(guò)膜部分的百分?jǐn)?shù)。脫鹽率＝（1－產(chǎn)品水中總?cè)芙夤腆w物/給水中總?cè)芙夤腆w物）×100％②產(chǎn)水率（PermeatFlowRate/Recovery）指滲透水流的比率，也可表示為回收率，即產(chǎn)水流量與給水流量之比。產(chǎn)水率＝（產(chǎn)品水流量/給水流量）×100％當(dāng)前第25頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)水通量（Flux）又稱透水量，指單位面積膜的產(chǎn)品水流量，是設(shè)計(jì)和運(yùn)行都要加以控制的重要指標(biāo)，它取決于膜和原水的性質(zhì)、工作壓力、溫度。④通量衰減系數(shù)（Fluxdeclinecoefficient）指反滲透裝置在運(yùn)行過(guò)程中水通量衰減的程度，即運(yùn)行一年后水通量與初始運(yùn)行水通量下降的比值。當(dāng)前第26頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)⑤膜通量保留系數(shù)（MembraneFluxRetentionCoefficient）指運(yùn)行一定時(shí)間后水通量與初始水通量的比值。⑥鹽透過(guò)率（SaltPassage）鹽透過(guò)率＝（1－脫鹽率）×100％當(dāng)前第27頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)最大給水流量、最大壓降、最低濃水流量設(shè)定最大給水流量用來(lái)保護(hù)容器中的第一個(gè)反滲透元件，使其給水與濃水壓力降不會(huì)太大，否則，壓力降高就可能使膜組件變形，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(duì)膜表面的影響。濃差極化易產(chǎn)生鹽濃縮，因?yàn)闄M向流速低，膜表面的鹽的反向擴(kuò)散速度就低，結(jié)果難溶鹽沉淀的機(jī)會(huì)增多，而且更多的鹽會(huì)透過(guò)膜表面，導(dǎo)致產(chǎn)水量和脫鹽率下降。當(dāng)前第28頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)1)電解質(zhì)比非電解質(zhì)易分離。對(duì)電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，電荷高的分離性好，例如去除率大小順序?yàn)椋?/p>

Al3+＞Mg2+＞Na+；PO43-＞SO42-＞Cl-反滲透膜的除鹽分離特性當(dāng)前第29頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)2)無(wú)機(jī)離子的去除率受該離子的水合離子數(shù)及水合離子半徑的影響．水合離子半徑越大的離子(一般離子半徑小的離子，其水合離子半徑大)，則越容易被去除。例如，某些陽(yáng)離子的去除率大小順序?yàn)椋?/p>

Mg2+＞Ca2+＞Li+＞Na+＞K+，而陰離子的去除率大小順序?yàn)椋?/p>

F-＞C1-＞Br-＞NO3-。當(dāng)前第30頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)3)對(duì)非電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，分子愈大的愈易去除。4)氣體容易透過(guò)膜：例如：氨、氯、碳酸氣、硫化氫氧等氣體的去除率就很低。氨的分離性較差，但調(diào)pH值使之成為銨離子后，分離性就變好。5)對(duì)弱酸諸如硼酸、有機(jī)酸的去除率低。在有機(jī)化合物中，去除率大小順序?yàn)椋簷幟仕幔揪剖幔疽宜幔胰疽掖迹景罚舅?。?dāng)前第31頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透膜對(duì)正離子的脫鹽率

當(dāng)前第32頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透膜對(duì)負(fù)離子的脫鹽率

當(dāng)前第33頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)反滲透膜對(duì)其他物質(zhì)的脫除率

當(dāng)前第34頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)膜運(yùn)行條件的影響因素及膜表面的濃差極化(1)膜的水通量和脫鹽率(2)膜表面的濃差極化當(dāng)前第35頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)(1)膜的水通量和脫鹽率膜的水通量和脫鹽率是反滲透過(guò)程中關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)將受到壓力、溫度、回收率、給水含鹽量、給水pH值等因素的影響。

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(guò)量，在鹽透過(guò)量不變的情況下，水通量增大時(shí)產(chǎn)品水含鹽量下降，脫鹽率提高。

溫度在提高給水溫度而其他運(yùn)行參數(shù)不變時(shí)，產(chǎn)品水通量和鹽透過(guò)量均增加。當(dāng)前第36頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期二\19點(diǎn)給水含鹽量給水含鹽量增加,將影響鹽透過(guò)量和產(chǎn)品水通量，使產(chǎn)品水通量和脫鹽量均下降?；厥章试龃螽a(chǎn)品水的回收率，則產(chǎn)品水通量稍有下降趨勢(shì)。因?yàn)闈馑}濃度增大，鹽濃度高，則滲透壓增大，在給水壓力不變的情況下，用于水通過(guò)膜的壓力降低。給水pH值脫鹽率和水通量在一定的pH值范圍內(nèi)較為恒定，一般最大脫鹽率的