反渗透基础知识

反渗透膜元件知识介绍2、渗透压：cRTππ——渗透压，KPa；c——离子浓度，mol/L；R——气体常数，8.314（LKPa）/（molK）；T——热力学温度，K。式中1、反渗透脱盐的机理：1)毛细孔流理论认为水分子在膜表面形成纯水层，而膜上存在非常细小的孔，纯水可以通过这些孔透过膜2)而溶解扩散理论认为水分子可以通过膜中的分子节点扩散到另一侧。3、产水量：dSKΔπΔPQwwQw——水的透过量；ΔP——膜两侧压力差；Δπ——膜两侧的渗透压差；Kw——膜的纯水渗透系数；S——膜面积；d——膜分离层的厚度。NDPAQwA——膜的水透过常数；NDP——净驱动力（NetDrivePressure，缩写：NDP）。Kw和A两个常数是与膜和温度相关的常数膜的水通量与总驱动压力差成正比4、盐在膜中的透过量：dSKΔCQssΔCBQsQs——膜的透盐量；Ks——膜的盐渗透系数；ΔC——膜两侧盐浓度差；S——为膜面积；d——为膜厚度。B——膜的盐透过常数；ΔC——盐浓度差（盐的扩散驱动力）。从式（3.4）和（3.5）可以看出，对于一个已知的平膜来说：①膜的水通量与总驱动压力差成正比；②膜的透盐量与膜两侧的浓度差成正比，与操作压力无关。膜的透盐量与膜两侧的浓度差成正比，与操作压力无关wspQQC5、透过液的盐浓度：反渗透膜的盐量和水量的比6、透盐率：通常反渗透膜不会百分之百的截留水中的溶解性物质，因此各种盐分均具有一定的透过率100%SPfmpCCSP——透盐率（SaltPassage），%；Cp——透过液盐浓度；Cfm——料液的平均盐浓度。%100SPfmwsCQQ%100NDPΔSPfmCACB7、脱盐率：SP%100Rej.8、回收率：%100Rec.fpQQRec.——回收率（Recovery），%；Qp——产水流量；Qf——进水流量。9、浓差极化：当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。浓差极化效应如下：l膜表面上的渗透压比本体溶液中高，从而降低NDP；l降低水通量（Qw）；l增加透盐量（Qs）；l增加难溶盐的浓度，超过其溶度积并结垢。l胶体物质的扩散速度较盐分小数百至数千倍，因此加剧膜元件的胶体污染浓差极化因子：膜表面盐浓度（Cs）与本体溶液盐浓度（Cb）的比值bsCCfavgpQQpeKRec.22Rec.eKp通常产水通量的增加会增加边界层的盐浓度，从而增加Cs；而给水流量的增加会增大膜表面流速，削减边界层的厚度。因此β值与产水流量（Qp）成正比，与平均进水流量（Qfavg）成反比Kp——比例常数，其值取决于反渗透系统的构成方式。平均进水流量采用进水量和浓缩液流量的算术平均值，β值可以进一步表达为膜元件透过液回收率的函数一级RO系统β因子极限值为1.20二级RO系统β因子最大可容忍到1.7010、错流过滤与全量过滤FeedPermeateDepthFiltrationCrossflowFiltrationMembraneFeedPermeateConcentrateMembrane3Streams2Streams二、影响膜性能的主要参数1、操作压力的影响：水通量的增加与压力成正比。脱盐率同样和压力成正比，但是不同用途膜元件的脱盐率随压力的变化趋势是不同的。原则上说，膜元件的分离层越致密，脱盐率随操作压力的正比变化越不显著，这时脱盐率基本保持一个定值（例如：海水化反渗透膜元件SWC®系列），当膜元件的分离层比较疏松时，操作压力对于脱盐率的影响较大（例如：超低压大通量反渗透膜元件ESPA®系列）。2、给水流量的影响：给水流量对产水量和脱盐率同样存在影响，只是这种影响比较缓和，并不剧烈。随着给水流量的增加，膜表面的流速也增大了，这使得压力随之上升，同时由于流速的升高减少了膜表面的浓差极化，从而提高了脱盐率。0.010.020.030.040.050.060.00.000.501.001.502.002.50操作压力，MPa产水量，m3/d99.099.299.499.699.8100.0脱盐率，%产水量脱盐率（回收率：15%；给水含盐量：1500mg/LNaCl；温度：25℃；pH=6.5–7.0）图操作压力对产水量和脱盐率的影响30.035.040.045.050.0050100150200给水流量，l/min产水量，m3/d99.099.299.499.699.8100.0脱盐率，%PermeateFlowRateRejection（操作压力：1.55MPa；给水含盐量：1500mg/LNaCl；温度：25℃；pH=6.5–7.0）图2.2给水流量对产水量和脱盐率的影响3、给水含盐量的影响：在一定的压力下，当给水中的含盐量增高时产水量就会减少。这是因为给水的渗透压变高，有效压力随之降低的缘故。脱盐率受含盐量影响也非常大，对除海水淡化膜以外的反渗透膜来说，通常当含盐量增高时脱盐率会下降。当进水含盐量在非常的一个范围时，随着含盐量的增加，脱盐率会稍许增加。海水淡化反渗透膜元件不同，由于海水淡化反渗透膜更加致密，在给水含盐量高时，脱盐率会下降得非常缓慢。4、温度的影响温度对脱盐率和产水量的影响非常大。对全部类型的反渗透膜元件来说，当温度升高时，由于水的粘度降低，产水量也随之增加。通常在相同的压力下，温度每上升或下降1℃，产水量可增大或降低3–4%。另一方面温度对于脱盐率的影响根据膜材质的不同而表现的大相径庭。一般来讲温度增高脱盐率降低。这是由于当温度上升时，盐的扩散速度就会增大。0.010.020.030.040.050.060.010100100010000给水含盐量，mg/L产水量，m3/d99.099.299.499.699.8100.0脱盐率，%产水量脱盐率（操作压力：1.55MPa；回收率：15%；温度：25℃；pH=6.5–7.0）图给水含盐量对产水量和脱盐率的影响20.030.040.050.060.010.015.020.025.030.035.040.0给水温度，℃产水量，m3/d99.099.299.499.699.8100.0脱盐率，%RejectionPermeateFlowRate（操作压力：1.55MPa；回收率：15%；给水含盐量：1500mg/LNaCl；pH=6.5–7.0）图给水温度对产水量和脱盐率的影响随着操作压力的升高，产水量和脱盐率均上升。在测试范围内，产水量与操作压力成线性关系，而脱盐率随着压力的不断升高，逐渐趋近一个定值；在测试范围内，随着给水流量的增加，产水量和脱盐率逐渐上升，并且均趋近于一个定值；随着给水含盐量的升高，产水量不断下降，而在测试范围内，脱盐率先是逐渐升高，但经过一个峰值后，则显著下降；在测试范围内，随着给水温度的升高，产水量升高，而脱盐率下降，均呈线性关系5、回收率的影响：回收率是指产水量和进水流量的比值。在压力一定时，回收率提高，膜表面的浓差极化现象也更加严重，有效压力则相对减小，这导致产水量下降，脱盐率降低。反渗透系统在设计和调试时，选择回收率的确定与原水水质密切相关。回收率增高，溶解于溶液中的盐会更加接近饱和状态，有可能析出后在膜表面沉淀并结垢，会对膜性能带来很大的危害。：6、pH值的影响：pH值对纳滤和反渗透膜元件的影响有两个方面：正常运行时对脱盐率的影响；清洗时不同pH值的清洗效果以及清洗时pH值的范围。对第一点来说，正常运行时的pH值应该接近中性，即pH值7左右。这是由两个因素决定的：反渗透膜在pH值7.5–7.8时脱盐率最高：碳酸盐体系的平衡关系：H2CO3H++HCO3-2H++CO32-当pH值小于8时，水中的CO32-和HCO3-开始部分转化为CO2；当pH值小于4时，水中全部CO32-和HCO3-都转化为CO2。20.0095%0.950.051.001910.0090%0.90.101.00186.6785%0.850.151.00175.0080%0.80.201.00164.0075%0.750.251.00153.3370%0.70.301.00142.8665%0.650.351.00132.5060%0.60.401.00122.2255%0.550.451.00112.0050%0.50.501.00101.8245%0.450.551.0091.6740%0.40.601.0081.5435%0.350.651.0071.4330%0.30.701.0061.3325%0.250.751.0051.2520%0.20.801.0041.1815%0.150.851.0031.1110%0.10.901.0021.055%0.050.951.001浓缩倍数回收率产水量浓水量进水量序号20.0095%0.950.051.001910.0090%0.90.101.00186.6785%0.850.151.00175.0080%0.80.201.00164.0075%0.750.251.00153.3370%0.70.301.00142.8665%0.650.351.00132.5060%0.60.401.00122.2255%0.550.451.00112.0050%0.50.501.00101.8245%0.450.551.0091.6740%0.40.601.0081.5435%0.350.651.0071.4330%0.30.701.0061.3325%0.250.751.0051.2520%0.20.801.0041.1815%0.150.851.0031.1110%0.10.901.0021.055%0.050.951.001浓缩倍数回收率产水量浓水量进水量序号图浓缩倍数与回收率关系以上数据是在没有浓水回流的状态下最大值。≤90≤80≤68≤58≤50≤32≤18回收率181286421串联膜以上数据是在没有浓水回流的状态下最大值。≤90≤80≤68≤58≤50≤32≤18回收率181286421串联膜图反渗透膜元件串连长度与回收率的关系00.20.40.60.811.21.41.61.823456789101112pH值透盐率（SP），%图透盐率随pH值的变化曲线CO2HCO3-CO32-0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%345678910111213图水溶液中的碳酸盐体系的平衡关系7、膜表面电荷与给水pH的影响RO膜表面电荷(mV)PH8、进水隔网厚度的影响：优点：膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗周期短，易于清洗干净缺点：给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的切向流速来保证紊流和降低边界层效应；以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。三、反渗透系统设计1、美国海德能公司产品简介RO膜元件类型低压高脱盐CPA2CPA3CPA3-LDCPA4超低压大通量ESPA1ESPA2ESPA2+ESPA4增强型低污染PROC10电中性低污染LFC1LFC3LFC3-LD海水淡化SWC3+SWC4+SWC5特殊用途正电荷膜LFC2NF膜元件类型超低压ESNAESNA1-LFESNA1-LF2高耐氯脱色HYDRACoRe-10/50/70表SWC®系列膜元件的主要业绩用户产水量，m3/d膜元件型号Skikda&BeniSaf，阿尔及利亚300000SWC5Fujairah，阿拉伯联合酋长国170000SWC3Escombreras，西班牙64000SWC5浙江华能玉环电厂11520SWC5浙江浙能乐清电厂10500SWC5山东青岛黄岛电厂II期10000SWC5山东青岛黄岛电厂I期3000SWC3+表LFC®系列和PROCTM系列膜元件的主要业绩用户产水量，m3/d膜元件型号山东滨州魏桥创业集团768