反滲透系統(tǒng)中濃差極化現(xiàn)象分析

1、反滲透系統(tǒng)中濃差極化現(xiàn)象分析作者：萊特萊德大連水處理 在純水制備工藝的反滲透膜過程中，由于膜的選擇透過性，溶劑（水）從膜體的高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，而大部分溶質(zhì) （鹽）被膜體阻攔。 在高壓側(cè)從膜表面到溶液（給/濃水）主體間形成遞減的鹽濃度梯度的 現(xiàn)象稱作濃差極化，而高壓側(cè)膜表面鹽濃度與給/濃水主體鹽濃度之比 稱為濃差極化系數(shù)（即B值）。影響濃差極化系數(shù)的因素主要有系統(tǒng) 工藝（如壓力、流速、溫度）、膜體材料（如高脫鹽率膜產(chǎn)生高濃差極化 系數(shù)）、給水水質(zhì)（如鹽濃度、無機(jī)鹽構(gòu)成、溶液pH值、離子強(qiáng)度） 等。濃差極化是指，當(dāng)水透過膜并截留鹽時(shí)，在膜表面會(huì)形成一個(gè)流 速非常低的邊界層，邊界層中的鹽濃度比進(jìn)水

2、本體溶液鹽濃度高，這 種鹽濃度在膜面增加的現(xiàn)象叫做濃差極化。濃差極化會(huì)使實(shí)際的產(chǎn)水 通量和脫鹽率低于理論估算值。濃差極化效應(yīng)如下：膜表面上的滲透壓比本體溶液中高，從而降低 NDP;降低水通量（Qw）；增加透鹽量（Qs）;增加難溶鹽的濃度，超過其溶度積并結(jié)垢。濃差極化因子 （3被 定義為膜表面鹽濃度（Cs）與本體溶液鹽濃度（Cb）的比值：1、濃差極化現(xiàn)象與濃差極化系數(shù)由于濃差極化現(xiàn)象增大了膜小側(cè)的滲透壓，在同等工作壓力作用 下，系統(tǒng)的純驅(qū)動(dòng)壓減小，與純驅(qū)動(dòng)壓成正比的水通量將下降。與此 同時(shí)，由于濃差極化現(xiàn)象增大了膜兩側(cè)的鹽濃度差，與鹽濃度差成正比的鹽通量將上升。因此，濃差極化現(xiàn)象將使反滲透系統(tǒng)的

3、水通量下 降及透鹽率上升。2、濃差極化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)反滲透水處理設(shè)備純水制備技術(shù)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)過多年歷 程。在長期的反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，對(duì)于游離氯、難溶鹽 與污染指數(shù)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)運(yùn)行的限制因素得到了充分的關(guān)注，而 作為重要限制因素之一的濃差極化問題往往未能得到應(yīng)有的重視。根 據(jù)我們前期的研究工作，可以得出以下結(jié)論：1 .在難溶鹽含量較高的給水條件下，系統(tǒng)回收率與膜系統(tǒng)排列方 式主要決定于系統(tǒng)給水中的難溶鹽飽和濃度指標(biāo)。2 .在難溶鹽含量較低的給水條件下，系統(tǒng)回收率與膜系統(tǒng)排列方 式主要決定于系統(tǒng)的濃差極化指標(biāo)。3 .影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的濃水難溶鹽最大飽和濃度，并非發(fā)生在系 統(tǒng)末端

4、的濃水中，而是發(fā)生在系統(tǒng)末端的膜表面。換言之，系統(tǒng)中最 大的難溶鹽飽和濃度約為末端濃水中的飽和濃度與該處濃差極化系數(shù) 的乘積。正是由于此問題未得到應(yīng)有的重視，不少系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果與 設(shè)計(jì)期望值之間差距較大。在研究濃差極化現(xiàn)象對(duì)反滲透系統(tǒng)的作用時(shí)，濃差極化作為一種與系統(tǒng)運(yùn)行共生的現(xiàn)象，它影響哪些系統(tǒng)性能 ? 它如何影響系統(tǒng)性能?應(yīng)將濃差極化系數(shù)控制在怎樣的程度?這些問題就成為反滲透系統(tǒng)的工藝研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的重要課題。 反滲透系統(tǒng)，純水制備，膜元件3 、濃差極化系數(shù)與系統(tǒng)性能的關(guān)系圖 1 示出了一個(gè)6 支 ESPA4-4040 膜串聯(lián)反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)曲線。該系統(tǒng)給水為引黃入津后的天津

5、市政供水，電導(dǎo)為 600 m末端的濃差極化系數(shù)呈 1.3 的較高數(shù)值， 而造成系統(tǒng)結(jié)垢的各難溶鹽低于相應(yīng)的飽和析出濃度。上述情況下，隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，系統(tǒng)的性能指標(biāo)產(chǎn)生了不同程度的變化，圖 1中產(chǎn)水量曲線是基本保持(3值與工作壓力恒定條件下， 系統(tǒng)產(chǎn)水量與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系曲線; 透鹽率曲線是基本保持(3值與工作壓力恒定條件下，系統(tǒng)透鹽率與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系曲線。4、濃差極化相關(guān)參數(shù)那么哪些參數(shù)會(huì)影響濃差極化因子(3泥？通常產(chǎn)水通量的增加會(huì)增加邊界層的鹽濃度，從而增加 Cs; 而給水流量的增加會(huì)增大膜表面流速，削減邊界層的厚度。因此( 值與產(chǎn)水流量(Qp) 成正比，與平均進(jìn)水流量 (Qfavg) 成反比：式中： Kp 比例常數(shù)，其值取決于反滲透系統(tǒng)的構(gòu)成方式。平均進(jìn)水流量采用進(jìn)水量和濃縮液流量的算術(shù)平均值， ( 值可以進(jìn)一步表達(dá)為膜元件透過液回收率的函數(shù)：美國海德能公司推薦的一級(jí)反滲透系統(tǒng)濃差極化因子極限值為 1.20 ，對(duì)于一支 40 英寸長的膜元件來