反渗透原理和反渗透膜

膜法分离简介1748年，Nollet观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进入瓶中发现；19世纪中叶发现了透析现象才重视；1864年，MoritzTraube制成了第一张人造合成膜亚铁氰化铜膜；1950年，W.Juda等试制成功第一张实用价值的离子交换膜；1960年，Loeb和Sourirajan创制了提高盐截留率和水通量的不对称二醋酸纤维素反渗透膜，制成了第一张高性能膜。可以说，非对称膜的研制成功，使反渗透过程从实验室走向工业应用。经过200年的发展，形成了较为完整和系统的基础理论；近代科学技术的发展为分离膜的研究和制造创造了良好的条件；例如：高分子学科、近代分析技术；现代工业的需求；节能、低品位原材料再利用、消除环境污染的生产新技术等。膜分离技术特点（一）膜分离是一个高效的分离行为；90%的乙醇水溶液、N2和H2的分离,与萃取等的对比。能耗非常低；相比传统分离：蒸馏、蒸发、等多数分离过程的工作温度在室温；在医药工业、生物技术、食品加工等方面膜分离技术特点（二）规模和处理能力可在很大范围内变化，而其效率、设备单价、运行费等变化不大；设备体积小、占地较少等；可以方便的插入现行生产工业，不必进行较大改变。膜分离设备本身没有运动的部件，很少需要维护，可靠度很高；按膜的材料分：醋酸纤维素膜、聚砜膜、聚砜酰胺等按膜的结构分：对称膜、非对称膜、液膜等按膜的用途分：反渗透、超滤、微滤电渗析等按膜的作用机理分：多孔膜、致密膜等按孔径分类的分离膜主要膜分离过程膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂、溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等透析脱除溶液中的盐类及低分子物浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体膜的种类微濾膜:0.1到10微米細菌和微細的懸浮固體超濾膜:0.005到0.05微米,乳化油,顏色,膠體鈉濾膜:0.0005到0.005微米糖,染料,界面活性劑,礦物質反滲透:0.0001到0.001微米,鹽,金屬離子,礦物質純水各類膜分子截留率微濾膜0.1-1微米超濾膜6K-100K分子截留率超薄濾膜500-6,000分子截留率鈉濾膜150-500分子截留率反滲透膜50–150分子截留率普遍应用于化工、电子、轻工、纺织、冶金、电力、石油、食品等行业。微滤：35.71%反渗透：13.04%超滤：19.10%电渗析：3.42%血液透析：17.70%气体分离：9.32%其它:1.71%主要工業汽车涂装业飲用水主要工業发电业半导体及微电子行业主要工業飲料制品制药及医疗业反渗透系统膜组件部分基本原理分离机理反渗透膜、组件、装置反渗透－基本原理纯水盐溶液半透膜渗透压(b)渗透平衡纯水盐溶液半透膜(a)渗透纯水盐溶液半透膜外加压力(c)反渗透渗透：水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。反渗透：当在浓溶液上加压力，且该压力大于于渗透压时，浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程是渗透的相反的程。反渗透－分离机理氢键理论Reid）等人提出的，基于一些离子和分子能够通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递优先吸附—毛细孔流理论索里拉金等人提出了优先吸附——毛细孔流理论溶解-扩散理论Lonsdale和Riley氢键理论膜的表面层OH2COCOCHHOCHOH2CH2COCOOHOHOCOH2CCH2H2CCHOCCOCCHOOHOH2COCOCHHOCHOH2CH2COCOOHOHOCOH2CCH2H2CCHOCCOCCHOOHOH2COCOCHHOCHOH2CH2COCOOHOHOCOH2CCH2H2CCHOCCOCCHOOHOH2COCOCHHOCHOH2CH2COCOOHOHOCOH2CCH2H2CCHOCCOCCHOOHOOOOOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O膜的表面层杂质等离子优先吸附—毛细孔流理论NaCl膜元件H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O膜元件H2OH2OH2ONaClNaClNaClNaClNaClH2ONaClH2OH2OH2ONaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2ONaClNaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClH2O纯水界面{主体溶液压力反渗透－反渗透膜、组件、装置膜材料醋酸纤维素类反渗透膜；芳香含氮高分子反渗透膜；聚哌嗪类复合膜；膜性能应具备：脱盐率高、透水率大；机械强度好，耐压密；化学稳定性好；使用寿命长、性能衰减小；制膜容易，价格低廉，原料充沛；还有其他耐溶剂、高温、氯等双层复合膜结构反渗透－反渗透膜材料醋酸纤维素类反渗透膜OOHHHCH2OHOHHHOHOOHHCH2OHOHHHOHOOHHOHCH2OHHHOHHOOHHOHCH2OHHHOHH反渗透－反渗透膜材料芳香含氮高分子反渗透膜CCNHHNCCNHHNCOOOCOOOHNH**Oxy反渗透－反渗透膜组件板式组件：系紧螺栓式、耐压容器式管式组件：内压式、外压式螺旋卷式组件中空纤维组件各种组件性能比较卷式膜结构中心管產品水濃水ATD進水方向流道膜片膜片流道外殼材料收集通道膜的动画效果反渗透原理反渗透的简单流程图给水产品水qV,f,cfqV,b,cb浓水qV,p,cp反渗透—衡量膜性能的主要参数水通量温度；pH；压力；浓度；透盐率电解度；极性；离子电价；水合程度；分子量；异构体的支链程度；通量衰减系数反渗透原理1、反渗透装置重要指标水的回收率Y(以％表示)：Y=qV,p×100%qV,fqV,f给水流量，m3/hqV,p产品水流量，m3/h2、反渗透装置重要指标水的脱盐率SR(以％表示)：SR=cf－cp×100%cfSR=cfA－cp×100%cfAcf，cp分别为给水和产品水的浓度，mol/L或cfA平均给水浓度，mol/LRO原理简介给水产水浓水75％回收率100m3/h75m3/h25m3/h90％脱盐率100mg/l钙离子13.3mg/l钙离子360mg/l钙离子反渗透－反渗透装置的组合形式多级串联式；多级组合式；带有中间升压泵的三段组合式；浓缩循环方式；典型反渗透系统设计膜组件保安过滤器活性炭过滤器多介质过滤器阻垢剂絮凝剂图1、典型反渗透系统设计典型反渗透系统设计软化器絮凝剂多介质过滤器活性炭过滤器保安过滤器膜组件图2、典型反渗透系统设计典型多段反渗透系统产水浓水传感器代号：压力，电导率，流量，温度图3、典型多段反渗透系统简单多级反渗透给水一级产水一级浓水二级产水二级浓水膜分离技术近几年来在中国电力行业的应用概况为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？不同水源（市政废水、循环水排污水、地表水、地下水）所采用的膜处理工艺介绍近几年来中国膜法水处理的典型工程介绍为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？1.工业节水十五规划。北京高井电厂关于循环排污水回用问题——证实了超滤作为反渗透预处理的必要性和可行性；2.电厂环保的要求。山西古交电厂是我国第一个30万千瓦以上机组采用EDI技术的电厂。自此，空冷机组和燃机电厂开始普遍采用EDI；3.地表水水质的变化。江河湖泊水系工业和生活污染加重，华东、华南海水倒灌，影响原有水处理系统的可靠运行。4.中国工业经济快速发展，特别是能源化工等基础工业。带来日益增长的项目机遇；5.膜分离工艺的设计、应用日趋成熟。膜法工艺高效、便捷、运行管理方便。不同水源所采用的膜处理工艺介绍市政污水工业废水除COD，氨氮…超滤+反渗透EDI/混床超滤+反渗透锅炉补给水循环水排污循环水系统EDI/混床废水处理系统不同水源所采用的膜处理工艺介绍1、地下水：即井水，一般水质稳定，污染可能性低，水中溶解氧少，二价Fe、Mn、H2S等还原性物质多，微生物和菌类较少。仅需简单的预处理。例如：设置多介质过滤、加阻垢剂、5um保安过滤器即可，也可能需要除铁除锰。2、地表水：受季节的影响较大，有发生微生物和胶体两方面高度污染的可能性。所需的预处理较复杂。包括：絮凝/助凝、澄清、多介质过滤、超滤、脱氯、加酸、加阻垢剂等。3、工业和市政废水：含有更复杂的有机和无机成分。有些有机物甚至会严重影响反渗透产水量的下降甚至膜的降解。因此必须有更加周全的预处理。包括：酸碱中和、三级生化处理、加氯氧化、澄清多介质过滤、超滤、脱氯、加酸、加阻垢剂等工艺。4、循环排污水：高硬度、高碱度、高pH值，经循环系统浓缩后已处于过饱和状态；水中投加的药剂量及药剂种类很多，水质成分复杂；有机物及细菌微生物的含量较高。预处理工艺的选择要慎重。膜法的预处理工艺介绍CODNH3－N悬浮物胶体、铁、铝油（石灰）混凝澄清砂滤活性炭超滤有机污染物和胶体类物质对高分子膜影响较大；含有特定污染物的工业废水需要特别留意；各种常规预处理工艺常被用来提高系统的可靠性。脱盐部分的工艺一级反渗透二级反渗透EDI脱碳一级反渗透复床混床脱碳加碱近几年来典型膜法工程1.工业领域膜法水处理的工程市场约40亿人民币；2.电力行业，目前已经签约的超滤项目，日产水量100万吨，占中国水处理用超滤市场的70％。3.钢铁行业，市场正在快速膨胀；4.石化行业，节水减排的需求使得膜法市场处于起步阶段。5.EDI市场，大型火电厂约占30％的市场，热电、化工等约占30％，其余为电子超纯水市场。近几年来典型膜法工程——循环排污水1.大唐高井电厂，循环水排污水回用于锅炉补给水工程系统产水规模150m3/hMMF高压锅炉用水循环排污水浓水外排1级ROUFEDI2级RO脱碳器浓水浓水电力系统第一个投运的循环水排污水回用工程，自此超滤作为反渗透预处理的工艺开始迅速推广。高井电厂超滤系统火电厂循环水排污水回用第一套全膜工艺（超滤－RO－RO－EDI）用户名称：大唐北京高井电厂规模：45m3/h（一期），150m3/h（二期）投运时间：2003年8月，2004年10月电厂循环水补充水为永定河河水；循环水排污水浊度10－20NTU，COD-Mn约10ppm，电导率1600S/cm；经‘预过滤－超滤－反渗透’后作为循环水补水，部分经EDI处理后作为锅炉补给水；高井电厂RO-EDI系统2.托克托电厂200m3/h循环水排污水回用工程循环排污水→机械加速澄清池→多介质→超滤→反渗透→离子交换系统2004年7月份投运。原水电导率2000－3000S/cm。近几年来典型膜法工程——循环排污水3.包头第二热电厂循环水排污水回用用于锅炉补给水工程（MMF）+UF+RO+（离子交换系统）2004年10月投运，产水量300t/hr。4.包头第一热电厂循环水排污水回用工程MMF+UF+ACF+RO+离子交换系统产水量180t/hr。近几年来典型膜法工程——循环排污水混凝、澄清、多介质过滤、活性炭等工艺，根据水质情况设置和采用。1.山西古交电厂2x300MW机组亚临界锅炉MMF+UF+RO+RO+EDI2005年10月投运，产水量120t/hr。该项目是我国第一个30万千瓦以上机组的全膜法工程，自此EDI开始进入我国电力系统。近几年来典型膜法工程——全膜法近几年来典型膜法工程——全膜法内蒙上都电厂，2x600MW，180t/hr（第一个600MW机组）山西兆光（霍州）电厂，2x300MW大连泰山热电厂，120