氢键理论:
在醋酸纤维素中,由于氢键和范德华力的作用,膜中存在晶相区域和非晶相区域两部分。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域,而大分子之间完全无序的为非晶相区域,水和溶质不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方,水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了层水分子后,会引起水分子熵值的较大下降,形成类似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里,结合水的占有率很低,在孔的存在普通结构的水,不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水,并以有序扩散方式迁移,通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。
在压力作用下,溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上的氧原子形成氢键,而原来水分子形成的氢键被断开,水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新的氢键,于是通过一连串的氢键形成与断开,使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水,水分子能够畅通流出膜外 。
主要指标
1、脱盐率和透盐率
脱盐率——通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。
透盐率——进水中可溶性杂质透过膜的百分比。
脱盐率=(1–产水含盐量/进水含盐量)×
透盐率=–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**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。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定,对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以**过99%,对单价离子如:钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低,但也**过了98%;对分子量大于100的**物脱除率也可过到98%,但对分子量小于100的**物脱除率较低。
2、产水量(水通量)
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要指标。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。
生活在海岸边的海鸥,依靠喝海水可以补充身体的水分。
1950年美国科学家DR.S.Sourirajan在观察海鸥时发现,海鸥在掠过海面时会啜起口海水,在几秒钟的间隔后,吐出一小口的海水。他感到十分的困惑,因为陆生由肺呼吸的动物是无法饮用含盐量很高的海水的。后经过对海鸥的解剖发现,海鸥并没有直接把海水喝下,而是把海水存在喉管里,海鸥喉管的结构是由一层层的粘膜组织构成的,海水经由海鸥吸入体内后加压,再经由压力作用将水分子贯穿渗透过粘膜转化为淡水,海鸥把经过粘膜组织过滤的淡水吸收到身体内部,然后把剩下的高浓度海水再吐出来,海鸥之所以能喝海水的奥秘就在这里。这也就是反渗透法的基本理论架构。
反渗透膜
反渗透膜是为了实现水溶液的反渗透现象,采用工艺人工合成的一种半透膜。反渗透膜的孔径为0.0001微米(μm),只有水分子才能通过,而其溶质不能通过反渗透膜。在纯水机的净水系统中,反渗透膜专指成形的反渗透膜滤芯。反渗透膜滤芯是纯水机净水系统的**部件,只有使用了反渗透膜,才能称为纯水机。RO膜可以去除水中的重金属、化学物质、颗粒物、、放射性物质等对人体有害的物质。
系统组成
预处理
一般包括原水泵、加药装置、石英砂过滤器、活性炭过滤器、
精密过滤器等。其主要作用是降低原水的污染指数和余氯等其他杂质,达到反渗透的进水要求。预处理系统的设备配置应该根据原水的具体情况而定。
反渗透
主要包括多级高压泵、反渗透膜元件、膜壳(压力容器)、支架等组成。其主要作用是去除水中的杂质,使出水满足使用要求。
后处理
是在反渗透不能满足出水要求的情况下增加的配置。主要包括阴床、阳床、混床、杀菌、超滤、EDI等其中的一种或者多种设备。后处理系统能把反渗透的出水水质较好的提高,使之满足使用要求。
清洗
主要有清洗水箱、清洗水泵、精密过滤器组成。当反渗透系统受到污染出水指标不能满足要求时,需要对反渗透进行清洗使之恢复。
电气控制
是用来控制整个反渗透系统正常运行的。包括仪表盘、控制盘、各种电器保护、电气控制柜等。
清洗方法
反渗透技术因具有的优越性而得到日益广泛的应用。反渗透净水设备的清洗问题可能使许多技术力量不强的用户遭受损失,所以要做好反渗透设备的管理,就可以避免出现严重的问题。
低压冲洗反渗透设备
定期对反渗透设备进行大、低压力、低pH值的冲洗有利于剥除附着在膜表面上的污垢,维持膜性能,或当反渗透设备进水SDI突然升高**过5.5以上时,应进行低压冲洗,待SDI值调至合格后再开机。
电厂循环废水处理:
电厂循环冷却水系统对水的消耗量很大,占到纯火力发电厂用水的80%,热电厂用水的50%以上,对循环排放水进行回收处理,产水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源,不仅防止了对环境造成污染,还可以有效节约水资源,降低生产成本。
超滤+反渗透技术联合操作对电厂循环排污水进行处理,投运以来,反渗透系统运行良好,产水量68m3·h-1,电导率小于35μS·cm-1,脱盐率**97%。双膜法水处理工艺,经过超滤+二级反渗透+混床处理后的精脱盐水可供电厂锅炉及干熄焦使用,日产精脱盐水15000t。超滤—反渗透组合工艺处理循环冷却排污水做了现场试验,反渗透系统各段运行压力平稳,产水满足回用的要求。陈颖敏采用连续微滤 + 反渗透技术对循环排污水进行预除盐,反渗透系统脱盐率达98%以上。
化工废水处理:
采用离子交换法生产K2CO3的生产过程中,会产生大量的NH4Cl废水,为了节约用水和彻底解决NH4Cl废水排放问题,张继臻采用选择离子交换、反渗透膜分离和低温多效闪蒸相结合的方法,将低浓度NH4Cl废水进一步浓缩回收,使废水由达标排放转变为全部回收利用,达到零排放。
石油化工废水成分复杂,除含有油、硫、苯、酚、氰、环烷酸等**物以外,还含有金属盐、反应渣等,污染物浓度高且难降解,水量及酸碱度波动较大,传统的水处理工艺很难达到资源回收再利用的 目的。
反渗透一般作为工业废水终端处理,对水中的无机盐、**物、重金属离子等都有很高的截留率,出水水良,可回用作冷却水或工艺用水循环利用,不仅节约了新鲜水的使用量,节约生产成本,还减少了污水的排放量,对环境保护和可持续发展都有着重要意义,对缺水地区具有巨大的经济效益。
研究进展:
反渗透具有低能耗、率等**优点,是目前应用为广泛的分离技术。反渗透膜的性能是影响反渗透过程效率的决定因素,反渗透膜的研制一直是国内外膜领域的研究热点。特别是近年来,石墨烯、碳纳米管等新型材料展现出优异的水传递行为,成为新型反渗透膜材料的研究热点。
反渗透膜主要通过膜的脱盐率、水通量和耐氯抗污染性能等指标进行考量。脱盐率是决定反渗透膜应用可行性的关键指标; 提高膜的水通量则能够降低压力能耗、操作成本和膜清洗成本; 提高膜的耐氯及抗污染性能可以提升膜的稳定性能,延长膜的使用寿命,降低处理及清洗成本。聚酰胺 渗透膜通过氨基基团(R-NH2) 和酰氯基团( R’ —COCl) 缩聚脱除 HCl 制备。单体侧链基团的多样性和理论上的可修饰性为膜的结构和性能调变提供了空间。近年来,围绕提高反渗透膜的脱盐率和水通量、改善耐污染性能,通过应用多种聚合反应单体、改进成膜后处理方法,对聚酰胺反渗透膜进行了大量相关研究。
反渗透设备停运保护
由于生产的波动,反渗透设备不可避免地要经常停运,短期或长期停用时必须采取保护措施,不适当地处理会导致膜性能下降且不可恢复。
短期保存适用于停运15d以下的系统,可采用每1~3d低压冲洗的方法来保护反渗透设备。实践发现,水温20℃以上时,反渗透设备中的水存放3d就会发臭变质,有大量繁殖。因此,建议水温**20℃时,每2d或1d低压冲洗一次,水温**20℃时,可以每3d低压冲洗一次,每次冲洗完后需关闭净水设备反渗透装置上所有进出口阀门。
长期停用保护适用于停运15d以上的系统,这时必须用保护液(杀菌剂)充入净水设备反渗透装置进行保护。常用杀菌剂配方(复合膜)为10(质量分数)、异噻唑啉酮20mg/L、亚硫酸氢钠1(质量分数)。
反渗透膜化学清洗
在正常运行条件下,反渗透膜也可能被无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染,这些物质沉积在膜表面上会引起净水设备反渗透装置出力下降或脱盐率下降、压差升高,甚至对膜造成不可恢复的损伤,因此,为了恢复良好的透水和除盐性能,需要对膜进行化学清洗。
一般3~12个月清洗一次,如果每个月不得不清洗一次,这说明应该改善的预处理系统,调整的运行参数。如果1~3个月需要清洗一次,则需要提高设备的运行水平,是否需要改进预处理系统较难判断。
工艺流程
原水罐
储存原水,用于沉淀水中的大泥沙颗粒及其它可沉淀物质。同时缓冲原水管中水压不稳定对水处理系统造成的冲击。(如水压过低或过高引起的压力传感的反应)。
原水泵
恒定系统供水压力,稳定供水量。
多介质过滤器
采用多次过滤层的过滤器,主要目的是去除原水中含有的泥沙、铁锈、胶体物质、悬浮物等颗粒在20um以上的物质,可选用手动阀门控制或者全自动控制器进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。保证设备的产水质量,延长设备的使用寿命。
活性炭过滤器
系统采用果壳活性炭过滤器,活性炭不但可吸附电解质离子,还可进行离子交换吸附。经活性炭吸附还可使耗氧量(COD)由15mg/L(O2)降至2~7mg/L(O2),此外,由于吸附作用使表面被吸附复制的浓度增加,因而还起到催化作用、去除水中的色素、异味、大量生化**物、降低水的余氯值及农药污染物和除去水中的三卤化物(THM)以及其它的污染物。同时,设备具有自我维护系统,运行费用很低。
离子软化系统/加药系统
R/O装置为了溶解固体形物的浓缩排放和淡水的利用,为防止浓水端特别是RO装置后一根膜组件浓水侧出现CaCO3,MgCO3,MgSO4,CaSO4,BaSO4,SrSO4,SiSO4的浓度积大于其平衡溶解度常数而结晶析出,损坏膜原件的应有特性,在进入反渗透膜组件之前,应使用离子软化装置或投放适量的阻垢剂阻止碳酸盐,SiO2,盐的晶体析出.
精密过滤器
采用精密过滤器对进水中残留的悬浮物、非曲直粒物及胶体等物质去除,使RO系统等后续设备运行较安全、较可靠。滤芯为5um熔喷滤芯,目的是把上级过滤单元漏掉的大于5um的杂质除去。防止其进入反渗透装置损坏膜的表面,从而损坏膜的脱盐性能。
反渗透系统
反渗透装置是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般是水)通过反渗透膜(或称半透膜)而分离出来,因为这个过程和自然渗透的方向相反,因此称为反渗透。反渗透法能适应各类含盐量的原水,尤其是在高含盐量的水处理工程中,能获得很好的技术经济效益。反渗透法的脱盐率提高,回收率高,运行稳定,占地面积小,操作简便,反渗透设备在除盐的同时,也将大部分、胶体及大分子量的**物去除。
臭氧杀菌器/紫外线杀菌器(可选)
杀灭由二次污染产生的彻底保证成品水的卫生指标.
原水 → 原水箱 → 原水泵 →多介质过滤器 (石英砂过滤器)→活性炭过滤器 →软水处理器(添加阻垢剂装置) → 精密过滤器 → 高压泵 → 一级反渗透(RO)装置 →紫外线杀菌装置(臭氧杀菌装置) → 用水点
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