反滲透膜分離制高純水試驗(yàn)

1、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)熟悉反滲透法制備超純水的工藝流程;(2)掌握反滲透膜分離原理及操作技能;(3)了解測(cè)定反滲透膜分離的主要工藝參數(shù)掌握利用電導(dǎo)法確定鹽濃度的方法。實(shí)驗(yàn)原理工業(yè)化應(yīng)用的膜分離包括微濾(Microfiltration,MF)、 超濾(Ultra巾ltration,UF)、 納濾(Nanofiltration,NF)、反滲透(RO)、滲透汽化(Pervaporation,PV)和氣體分1-10?小分子物質(zhì)，反滲透膜能截留水體中絕大多數(shù)的溶質(zhì)。反滲透凈水就是以壓力為推動(dòng)力，利用反滲透膜只能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的選擇透過(guò)性，從含有多種無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和微生物的水體中，提取純凈水的物質(zhì)分離過(guò)

2、程。其原理如圖1。圖2反滲透與滲透現(xiàn)象如圖(a)所示，用半透膜將純水與咸水分開(kāi)，則水分子將從純水一側(cè)通過(guò)膜向咸水一側(cè)透過(guò)，結(jié)果使咸水一側(cè)的液位上升，直到某一高度，此所謂滲透過(guò)程。如圖（b）所示，當(dāng)滲透達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，半透膜兩側(cè)存在一定的水位差或壓力差，此為指定溫度下溶液的滲透壓No反滲透膜通常認(rèn)為是表面致密的無(wú)孔膜，可截留如圖（c）所示，當(dāng)咸水一側(cè)施加的壓力P大于該溶液的滲透壓N,可迫使?jié)B透反向，實(shí)現(xiàn)反滲透過(guò)程。此時(shí)，在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高，超過(guò)純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過(guò)膜透過(guò)到純水一側(cè)，使咸水得到淡化，這就是反滲透脫鹽的基本原理。通常，膜的性能是指膜

3、的物化穩(wěn)定性和膜的分離透過(guò)性。膜的物化穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是：膜材料、膜允許使用的最高壓力、溫度范圍、適用的PH范圍，以及對(duì)有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品的抵抗性等。膜的分離透過(guò)性指在特定的溶液系統(tǒng)和操作條件下，脫鹽率、產(chǎn)水流量和流量衰減指數(shù)。根據(jù)膜分離原理，溫度、操作壓力、給水水質(zhì)、給水流量等因素將影響膜的分離性能。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容反滲透膜是實(shí)現(xiàn)反滲透的過(guò)程的關(guān)鍵，要求具有較好的分離透過(guò)性和物化穩(wěn)定性。反滲透膜的分離透過(guò)性可用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)描述：1 .溶質(zhì)分離率（脫鹽率）RR=式中，.二二一：二二%透過(guò)液溶質(zhì)濃度，kmol/m32 .溶劑透過(guò)速率（水通量）Jw“，劃式中，V-透過(guò)楙湘，LS-反髓麻質(zhì)面札9-操作

4、帥，h3 .水的回收率YQpQpr=x100%=x100%QPQP+QM式中，：二i/h/hQM伍加和航Eh4 .濃縮倍數(shù) CFQF1QM7本實(shí)驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是：a）測(cè)定不同進(jìn)料流速對(duì)膜分離效率的影響，即在同一操作壓力下，改變總進(jìn)料速度，記錄不同的濃縮液流速、透過(guò)液流速及出口純水電阻值；b）計(jì)算水通量，作出J-8曲線；c）計(jì)算出脫鹽率和回收率；d）分析操作條件變化對(duì)反滲透效果的影響。四、實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備4.1實(shí)驗(yàn)流程本裝置采用反滲透膜過(guò)濾與離子交換技術(shù)相結(jié)合，以城市自來(lái)水為原料，制備超純水供實(shí)驗(yàn)室特殊分析使用，出水水質(zhì)可自動(dòng)檢測(cè)，裝置操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，具有很高的實(shí)用價(jià)值圖 3 純水制備流程理想

5、的反滲透膜應(yīng)耐化學(xué)和微生物侵蝕，使之在運(yùn)行過(guò)程中膜的分離性能和機(jī)械性能保持穩(wěn)定。因此，反滲透凈水工藝不是單一的反滲透脫鹽過(guò)程，還應(yīng)包括預(yù)處理過(guò)程，就是通過(guò)一些物化手段去除原水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)，使其滿足反滲透膜處理的進(jìn)水要求，保護(hù)反滲透膜的正常使用。同時(shí)，經(jīng)過(guò)反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過(guò)95%但透過(guò)液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率、TOC旨標(biāo)一般還達(dá)不到高純水要求，工業(yè)上通常采用混床樹(shù)脂處理，對(duì)水中剩余的陰陽(yáng)離子進(jìn)行交換，使水進(jìn)一步得到凈化。最后，采用紫外殺菌，可降低水中的TOC本實(shí)驗(yàn)以自來(lái)水為原水，設(shè)計(jì)了預(yù)處理（活性炭、精濾）、反滲透脫鹽、混床樹(shù)脂處理及紫外線殺菌等凈化單元，研究了自

6、來(lái)水深度處理的反滲透凈水工藝。流程示意圖如圖4所示。裝置流程圖如圖4所示。圖 4 反滲透膜分離制高純水裝置流程圖4.2主要設(shè)備1）自來(lái)水預(yù)過(guò)濾器：10英寸活性炭預(yù)過(guò)濾和5Nm精過(guò)濾；2）原料儲(chǔ)槽：容積50升，材質(zhì)ABS工程塑料；4.3Y預(yù)過(guò)濾器：材質(zhì)工程塑料，進(jìn)口；4）增壓泵：型號(hào)FLUID-O-TECH1533,進(jìn)口；5）壓力控制器：型號(hào)FannioFNC-K20;6）反滲透膜組件：2521型低壓反滲透膜，純水通量40-45L/H，脫鹽率冷8%7）膜殼：2521型不銹鋼膜殼；8）電導(dǎo)儀：型號(hào)RM-220,在線檢測(cè)純水電阻儀；9）流量計(jì)：規(guī)格10-100L/H和17L/M,面板式有機(jī)玻璃轉(zhuǎn)子流

7、量計(jì)；10）紫外殺菌器：在線流過(guò)式殺菌器；11）核級(jí)混合樹(shù)脂床，約3公斤；12）管道及閥門(mén)：UPVC管閥；13）不銹鋼電控柜及不銹鋼支架。五、實(shí)驗(yàn)操作步驟漀甀爀椀攀爀一攀眀.關(guān)閉系統(tǒng)排空閥，打開(kāi)凈水出口閥、超純水出口閥；漀甀爀椀攀爀一攀眀.接通自來(lái)水與預(yù)過(guò)濾系統(tǒng)，過(guò)濾水進(jìn)入儲(chǔ)槽；漀甀爀椀攀爀一攀眀.接通電源，打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)；漀甀爀椀攀爀一攀眀.打開(kāi)泵回路閥、濃水旁路閥，將濃水流量閥調(diào)至最大；漀甀爀椀攀爀一攀眀.儲(chǔ)槽中有一定水位高度后開(kāi)啟輸液泵，取儲(chǔ)槽中水樣，測(cè)定其電導(dǎo)率漀甀爀椀攀爀一攀眀.水正常循環(huán)后（注意排氣），逐步關(guān)閉泵回路閥和濃水旁路閥，調(diào)節(jié)壓力閥，使系統(tǒng)壓力（膜進(jìn)口壓力）控制在1.0-

8、1.5Mpa內(nèi)某一值；漀甀爀椀攀爀一攀眀.若制備超純水，切換閥到混合樹(shù)脂床，純水可單獨(dú)收集，打開(kāi)濃水出口閥,濃水直接排放，調(diào)節(jié)一定的自來(lái)水進(jìn)水流速，保持儲(chǔ)槽內(nèi)水位基本不變；漀甀爀椀攀爀一攀眀.穩(wěn)定2030分鐘后出口水質(zhì)基本穩(wěn)定， 記錄出口純水電阻值，同時(shí)記錄濃縮液、透過(guò)液流量，計(jì)算回收率；漀甀爀椀攀爀一攀眀.適當(dāng)打開(kāi)泵回路閥，改變總進(jìn)料速度，重復(fù)第68操作步驟，比較3個(gè)不同流量下超純水的水質(zhì)變化；漀甀爀椀攀爀一攀眀.停車(chē)時(shí)，先打開(kāi)壓力調(diào)節(jié)閥、旁路閥及泵回路閥，使系統(tǒng)壓力小于0.2Mpa,再關(guān)閉輸液泵及總電源，隨后關(guān)閉自來(lái)水進(jìn)水。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理a)數(shù)據(jù)記錄溫度：25c;膜面積：1m2;操作壓力

9、自來(lái)水123平均電導(dǎo)率(ms/cm)372375373373.3溫度：25C;操作壓力0.25MPa;濃縮液流量：4.9L/min;透過(guò)液流量：78L/h;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)28.128.228.228.17純水電導(dǎo)率(ms/cm)8.107.938.058.03溫度：25C;操作壓力0.30MPa;濃縮液流量：4.8L/min;透過(guò)液流量：83L/h;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)29.129.329.229.2純水電導(dǎo)率(ms/cm)9.339.499.349.39溫度：25C;操作壓力0.375MPa;濃縮液流量：4.3L/min;透過(guò)液流量：94L/

10、h;實(shí)驗(yàn)組數(shù)123平均凈水電導(dǎo)率(ms/cm)30.630.631.030.73純水電導(dǎo)率(ms/cm)10.9711.0510.9811b)數(shù)據(jù)處理根據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析整理得出不同水型總含鹽量(導(dǎo)率(or)(pS/crn)和水溫(t)()之間存在下列關(guān)系式：i-i價(jià)型水：c=網(wǎng)1M瞄力沖n-n價(jià)型水：c=0.5140*黑7止,招脫d斑重碳酸鹽型水：C二OB382e0001B：St=J3：00口期。二04381/：加吐出0/一九州2噸“er11脂1C)(mg/L)與電不均齊價(jià)型天然水:對(duì)于不清楚水的離子組成，暫不能確定其水型時(shí)，可作如下考慮，當(dāng)常溫下電導(dǎo)率小于1200ms/cm時(shí)，可按重

11、碳酸鹽型水處理，電導(dǎo)率大于1500ms/cm時(shí)，可按I-I價(jià)型水處理，其余則按不均齊價(jià)型水處理。實(shí)驗(yàn)舉例:RO系統(tǒng)進(jìn)水壓力為0.6MPa時(shí)，濃水壓力0.5MPa,濃水流量13.5L/min,純水3.2L/min,水溫29.2C。進(jìn)水電導(dǎo)548ms/cm;純水電導(dǎo)10.3ms/cm;NF系統(tǒng)操作壓力為0.6MPa時(shí)，濃水壓力0.47MPa,濃水流量11L/min,產(chǎn)水6L/min,水溫29.2C。進(jìn)水電導(dǎo)536ms/cm;產(chǎn)水電導(dǎo)124ms/cm;根據(jù)以上原則，不確定水中離子具體組成，且電導(dǎo)率小于1200ms/cm可按重碳酸鹽型水處理：-=一透過(guò).量5透過(guò)液凍量QP+濃縮液流量QM純水鹽濃度C=

12、0.8382g微犯82必一皿對(duì)產(chǎn)9=4.0127mg/L凈水鹽濃度C=08382mom由2吻湎=i5,5813mg/L進(jìn)水鹽濃度C=08382/.加】監(jiān)限/年限)皿=取鉆解純水回收率y7878+19X60X100%=20.97%純水脫鹽率=1-透過(guò)液濃度進(jìn)水鹽濃度15.5813254,4882X100%=98.429b凈水脫鹽率=1-透過(guò)液濃度進(jìn)水鹽濃度155813254,4882X100%=93.88%實(shí)驗(yàn)組數(shù)123透過(guò)液流量 QP（L/h）788394濃縮液流量 QM（L/min）4.94.84.3純水回收率 Y0.20970.22370.2670操作壓力（MPa）0.250.300.37

13、5進(jìn)水電導(dǎo)率（ms/cm）373.3373.3373.3進(jìn)水鹽濃度（mg/L）254.4882254.4882254.4882凈水電導(dǎo)率（ms/cm）28.1729.230.73鹽濃度（mg/L）15.581316.198017.1174脫鹽率0.93880.93640.9327純水電導(dǎo)率（ms/cm）8.039.3911鹽濃度（mg/L）4.01274.75215.6386脫鹽率0.98420.98130.9778七、結(jié)果及討論根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在不同的操作壓力下，反滲透效果不同；隨著操作壓力的增大，純水回收率增大，純水和凈水的鹽濃度也隨之增大，脫鹽率下降，反滲透效果隨之降低。實(shí)驗(yàn)誤差分析：

14、由于實(shí)驗(yàn)裝置存在較為嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差，認(rèn)為讀取流量計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)，造成誤差1）分析超純水水質(zhì)隨回收率變化的原因?純水電導(dǎo)率隨著回收率的增大而增大，原因：膜的截留能力有限，膜有損耗，所以操作壓力增大，導(dǎo)致更多的水喝水中的雜質(zhì)透過(guò)膜，回收率增大，同時(shí)純水鹽濃度增大。2）結(jié)合反滲透脫鹽與離子交換技術(shù)，說(shuō)明本工藝的優(yōu)點(diǎn)？在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高，超過(guò)純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過(guò)膜透過(guò)到純水一側(cè)，使咸水得到淡化；經(jīng)過(guò)反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過(guò)95%，但透過(guò)液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率一般還達(dá)不到高純水要求，通常采用混床樹(shù)脂處理，對(duì)水中剩余的陰陽(yáng)離子進(jìn)行交換，使水進(jìn)一步得到凈化。本實(shí)驗(yàn)脫鹽率在98%以上。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，脫鹽率高。3）反滲透膜是耗材，膜組件受污染后有哪些特征？如果與處理不當(dāng)或不夠，會(huì)發(fā)生結(jié)垢和污染現(xiàn)象。反滲透膜組件結(jié)垢和污染不單是產(chǎn)水水質(zhì)惡化、產(chǎn)水率下降、系統(tǒng)壓降增大、能耗增加，透過(guò)液的回收率降低，制得高純水電導(dǎo)率升高；壓力變化離子濃度相應(yīng)變化。如不及時(shí)清洗還會(huì)對(duì)摸造成不可逆的損傷，縮短膜壽命，嚴(yán)重時(shí)必須提前更換膜元件。4）常規(guī)的樹(shù)脂再生，是如何實(shí)現(xiàn)的？常規(guī)的樹(shù)脂再生，可從堿液