反滲透培訓(xùn)教材

V:1.0精選工程方案

反滲透培訓(xùn)教材

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第一部分反滲透培訓(xùn)教材

一、概述

反滲透是二十世紀(jì)后期迅速發(fā)展起來的膜法水處理方式，它是苦咸水處理、海水淡化、除鹽水、純水、

高純水等制備的最有效方法之一。它中心技術(shù)是反滲透膜，該膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有

半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力的作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過，從而達(dá)到水體淡化、凈化

的目的。

早在1748年就法國人AbbieNellet就發(fā)現(xiàn)了滲透現(xiàn)象。1950美國人Hassler提出了利用與滲透相反的過

程進(jìn)行海水淡化的設(shè)想。但是，只有當(dāng)1960年LoebSourirajan用醋酸纖維素作材料、研制成第一張高分離效

率和高透水量的反滲透膜以后，反滲透技術(shù)才從可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

1960年世界第一張不對稱醋酸纖維膜的出現(xiàn)使反滲透膜應(yīng)用于工業(yè)上制水成為可能。初期是板式膜、管

式膜，在六十年代中、后期出現(xiàn)了卷式、中空纖維膜，七十年代初期又研制出海水淡化膜。在1972至1977

的五年間，世界范圍內(nèi)的反滲透裝置數(shù)量增加了15倍，制水容量增加了41倍，直至八十年代以后仍以14-30%

的速度遞增。反滲透除在苦咸水、海水淡化中使用外，還廣泛應(yīng)用于純水制備、廢水處理以及飲用水、飲料

和化工產(chǎn)品的濃縮、回收工藝等多種領(lǐng)域。

反滲透水處理工藝基本上屬于物理方法，他在諸多方面具有傳統(tǒng)的水處理方法所沒有的優(yōu)異特點(diǎn)：

反滲透是在室溫條件下，采用無相變的物理方法得以使水淡化、純化；

依靠水的壓力作為動力，其能耗在眾多處理方法中最低；

化學(xué)藥劑量少。無需酸、堿再生處理；

無化學(xué)廢液及廢酸、堿排放，無酸堿中和處理過程，無環(huán)境污染；

系統(tǒng)簡單、操作方便，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，兩級反滲透可取得高質(zhì)量的純水；

適應(yīng)于較大范圍的原水水質(zhì)，即適用于苦咸水、海水以至污水的處理，也適用于低含鹽量的淡水處

理。

設(shè)備占地面積少，需要的空間也?。?/p>

運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備維修工作量少。

對鍋爐補(bǔ)給水處理，反滲透法也具有常規(guī)的離子交換處理方式難以比擬的優(yōu)異特色，如：

產(chǎn)水中的二氧化硅少，去除率可達(dá)％,有效的避免了發(fā)電機(jī)組隨壓力升高對Si02的選擇性攜帶所引

起的硅垢，以及天然水中硅對離子交換樹脂的污染，造成再生困難、運(yùn)行周期短等問題，并影響除

硅效果；

產(chǎn)水中有機(jī)物、膠體等物質(zhì)，去除率可達(dá)到95%,避免了由于有機(jī)物分解所形成的有機(jī)酸對汽輪機(jī)

尾部的酸性腐蝕的問題；

反滲透水處理系統(tǒng)可連續(xù)產(chǎn)水，無運(yùn)行中停止再生等操作，沒有產(chǎn)水水質(zhì)忽高忽低的波動，對發(fā)電

機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，保證電廠的安全經(jīng)濟(jì)有著不可估量的作用。因而，反滲透在發(fā)電廠的鍋爐補(bǔ)給水

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處理中的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注。

我國自七十年代末采用反滲透除鹽技術(shù)，至今已有幾十個電廠相繼應(yīng)用。在世界范圍內(nèi)，至九十年代初，

反滲透水處理容量已超過400萬噸/天以上，其中海水淡化達(dá)52萬噸/天，而且每年還在以18%的速度遞增。

目前，采用反滲透除鹽方式占所有除鹽方式的85%,離子交換除鹽方式也在逐步為反滲透所代替，并且其投

資會在較短時間回收。特別是新膜品種的出現(xiàn)（1977年出現(xiàn)TFC復(fù)合膜，1980年出現(xiàn)低壓反滲透膜，1993

年出現(xiàn)高脫鹽率膜，其脫鹽率達(dá)到％）,更有利于反滲透技術(shù)得發(fā)展。預(yù)言家認(rèn)為：二十一世紀(jì)。反滲透技術(shù)

的發(fā)展正在方興未艾，且必將有更大的飛躍。

二、反滲透的基本原理

1、半透膜

半透膜是廣泛存在于自然界動植物體器官上的一種選擇透過性膜。嚴(yán)格地說，是只能透過溶劑（通常指水）

而不能透過溶質(zhì)的膜。工業(yè)使用的半透膜多是高分子合成的聚合物產(chǎn)品。

2、滲透、滲透壓

當(dāng)把溶劑和溶液（或把兩種不同濃度的溶液）分別置于此膜的兩側(cè)時，溶劑將自發(fā)地穿過半透膜向溶液（或

從低濃度溶液向高濃度溶液）側(cè)流動，這種現(xiàn)象叫滲透，如果上述過程中溶劑是純水，溶質(zhì)是鹽份，當(dāng)用理想

半透膜將他們分隔開時，純水側(cè)會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水側(cè)，此過程如圖（a）所示。

純水側(cè)的水流入鹽水側(cè)，鹽水側(cè)的液位上升，當(dāng)上升到一定程度后，水通過膜的凈流量等于零，此時該

過程達(dá)到平衡，與該液位高度差對應(yīng)的壓力稱為滲透壓。

（a）滲透（b）反滲透

圖

一般來說，滲透壓的大小取決也溶液的種類、濃度和溫度而與半透膜本身無關(guān)。通?？捎孟率接嬎銤B透壓。

△n=ACRT

△n滲透壓R氣體常數(shù)

△C濃度差T溫度

3、反滲透

當(dāng)在膜的鹽水側(cè)施加一個大于滲透壓的壓力時，水的流動向就會逆轉(zhuǎn)，此時鹽水中的水將流入純水側(cè)，這

種現(xiàn)象叫做反滲透，該過程如圖（b）所示。

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滲透壓

OOO

滲透及滲透平衡狀態(tài)?OOO

□OO

4、反滲透系統(tǒng)流量和物料守衡

反滲透的簡單流程圖如圖所示

原水（

Q1-----原水流量Q2-------產(chǎn)水流量Q3------濃水流量

C1——原水中物質(zhì)濃度C2——產(chǎn)水中物質(zhì)濃度C3——濃水中物質(zhì)濃度

在反滲透系統(tǒng)中，水體流量和水體中的各項(xiàng)物質(zhì)的量總是保持不變的，它存在著兩個平衡方程:

Q1=Q2+Q3()

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QIXC1=Q2XC2+Q3XC3（）

從平衡方程我們可以看出，在保持原水水量恒定的話，要提高產(chǎn)水，可以通過減少濃水來實(shí)現(xiàn)，反之

亦然：同理，在流量不變的情況下，由平衡方程可以看出，產(chǎn)水水質(zhì)越好，濃水的水質(zhì)就越差。

三、反滲透膜

1反滲透膜的性能要求和指標(biāo)

為適應(yīng)水處理應(yīng)用的需求，反滲透膜必須具有在應(yīng)用上的可靠性和形成工業(yè)規(guī)模的經(jīng)濟(jì)性，其一般要求是：

對水的滲透性要大，脫鹽率要高；

具有一定的強(qiáng)度，不致因水的壓力和拉力影響而變形、破裂。膜的被壓實(shí)性盡可能最小，水通量衰

減小，保證穩(wěn)定的產(chǎn)水量；

結(jié)構(gòu)要均勻，能制成所需要的結(jié)構(gòu)；

能適應(yīng)較大的壓力、溫度和水質(zhì)變化；

具有好的耐溫、耐酸堿、耐氧化、耐水解和耐生物侵蝕性能；

使用壽命要長；

成本要低。

1.2根據(jù)以上要求，膜的使用者在選擇膜時或使用膜前應(yīng)該了解并掌握如下膜的物理、化學(xué)穩(wěn)定性和膜的分離

特性指標(biāo)。

膜材質(zhì)

允許使用的最高壓力

允許使用的溫度范圍

允許的最大給水量

適用的PH范圍

耐03和CL2等氧化性物質(zhì)的能力

抗微生物、細(xì)菌的侵蝕能力

耐膠體顆粒及有機(jī)物的污染能力

1.3膜的分離透過特性指標(biāo)

膜的分離透過特性指標(biāo)包括脫鹽率、回收率、水流通量及流量衰減系數(shù)（或膜通量保留系數(shù)）

脫鹽率（SaltRejection）指給水中總?cè)芙夤腆w物（TDS）中未透過膜部分的百分?jǐn)?shù)。

脫鹽率=（1-產(chǎn)品水總?cè)芙夤绦挝?給水總?cè)芙夤绦挝铮I00%

回收率（Recovery）指產(chǎn)水流量與給水流量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。

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回收率=（產(chǎn)品水流量/給水流量）XI00%

一般影響回收率的因素，主要有進(jìn)水水質(zhì)，濃水的滲透壓、易結(jié)垢物質(zhì)的濃度、污染膜物質(zhì)等因素。

水通量（Flux）為單位面積膜的產(chǎn)水流量，與進(jìn)水類型有關(guān)

進(jìn)水類型一般復(fù)合膜的水通量（GFD）

反滲透產(chǎn)品水20~30

深井水14-18

地表水8?14

廢水8~12

流量衰減系數(shù)指反滲透裝置在運(yùn)行過程中產(chǎn)水量衰減的現(xiàn)象。即運(yùn)行一年后產(chǎn)水流量與出水運(yùn)行產(chǎn)

水流量下降的比值（復(fù)合膜一般不超過3%）。

膜通量保留系數(shù)指運(yùn)行一段時間后產(chǎn)水流量與初始運(yùn)行產(chǎn)水流量的比值（一般三年可達(dá)到以上）。

2膜脫鹽機(jī)理和遷移擴(kuò)散方程

膜脫除水中鹽分并使水分子透過膜的機(jī)理說明，目前存在多種見解。基本上可以看作有孔和無空的兩種解

釋，主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細(xì)孔流動理論和溶解擴(kuò)散理論。為了闡明其不同點(diǎn)，現(xiàn)簡要加以說明：

氫鍵理論是把醋酸纖維膜看作高度有序的矩陣結(jié)構(gòu)的聚合物，膜的活性集團(tuán)乙?；?C=O）具有與水分子形

成氫鍵的能力，形成“結(jié)合水”，而水中溶解的其它粒子和分子則不能。在水的壓力下第一個進(jìn)入膜的水

分子由于第一個氫鍵斷裂下來，到下一個活性集團(tuán)形成新的氫鍵……如此不斷移位而使水及氫鍵傳遞通

過膜層。而鹽分則被分離出去。

選擇性吸附毛細(xì)孔理論是把膜看作一種微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)（5-10A）,以Gibbs吸附方程為基礎(chǔ)。膜的親水性決

定了選擇吸附純水而排斥鹽分的特性，在固液表面上形成純水層（約）。在施加壓力下，純水層中的水分

子不斷通過毛細(xì)管流過膜。

溶解擴(kuò)散理論

在反滲透水處理中是把膜視作無孔的，按溶解擴(kuò)散方程計算的。這一理論是將膜當(dāng)作溶解擴(kuò)散場，

認(rèn)為水分子、溶質(zhì)都可溶于膜內(nèi)，并在推動力下進(jìn)行擴(kuò)散，淡水分子和鹽分的溶解和擴(kuò)散速度不同，因

而表現(xiàn)了不同的透過性。定量的描述反滲透過程中的產(chǎn)水量和鹽透過量是劑壓差（AP）和濃度差（AC）

為擴(kuò)散傳質(zhì)作為推動力。其擴(kuò)散方程是：

Qw=KW（△P-A兀）A/T

式中：Qw-產(chǎn)水量

Kw-系數(shù)

△P-膜兩側(cè)的壓差

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△n-滲透壓

A-膜的面積

T-膜的厚度

Kw與膜的性質(zhì)和水溫有關(guān)，Kw越大，說明膜的滲水性能越好。

Qs=KsXACXA/T

式中，Qs-產(chǎn)水量

Ks-系數(shù)

△C-膜兩側(cè)的濃度差

A-膜的面積

T-膜的厚度

Ks與膜的性質(zhì)、鹽的種類以及水溫有關(guān)，Ks越小，說明膜的脫鹽性能越好。

從以上倆式可以看出，對膜來說，Kw大Ks小則質(zhì)量較好。相同面積和厚度的膜，其產(chǎn)水量與凈驅(qū)動壓力

成正比，鹽透過量至于膜兩側(cè)濃度差成正比，而與壓力無關(guān)。

3膜的運(yùn)行條件的影響及濃差極化

膜的水通量和脫鹽率是反滲透過程的關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)。

這兩個參數(shù)將受到一下因素的影響，主要有：

壓力

溫度

回收率

給水含鹽量

壓力

給水壓力升高，水通量增大，產(chǎn)品水含鹽量（TDG）下降，脫鹽率提高。

溫度

在提高給水溫度而其它運(yùn)行參數(shù)不變時，產(chǎn)品水通量和鹽透過量均增加。溫度升高，水的粘度減小，一般

產(chǎn)水量可增大2-3%；但同時溫度升高，膜的鹽透過率系數(shù)Ks變大，因而鹽透過量有所增加。

回收率

增大回收率，產(chǎn)品水通量下降，是因?yàn)闈馑}含量增大，導(dǎo)致滲透壓升高，在給水壓力不變的情況下，A

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P-A”變小，因而Qw減小。同時，與與濃水鹽濃度升高，使AC增大，故鹽透過量Qs增大，產(chǎn)品水含鹽量升

同。

給水含鹽量

給水含鹽量增加，產(chǎn)品水通量和脫鹽率都下降。由于給水TDS增加，AC增加，故Qs增加，即鹽透過量

增加；而且，滲透壓也增加，在給水壓力不變的情況下，AP-An變小，故Qw減小。

膜表面的濃差極化

反滲透過程中，水分子透過后，膜界面層中含鹽量增大，形成濃度較高的濃水層，此層與給水水流的濃度形成很大

的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為膜的濃差極化.濃差極化會對運(yùn)行產(chǎn)生極為有害的影響.

濃差極化的危害

由于界面層中的濃度很高，相應(yīng)的會使?jié)B透壓升高.當(dāng)滲透壓升高后，勢必使原來的運(yùn)行條件的產(chǎn)水量下降.

為欲達(dá)到原來所需的產(chǎn)水量，就要提高給水壓力，增加電能消耗.

由于界面層的濃度升高，膜兩側(cè)的AC增大，使產(chǎn)品的鹽透過量增大.

由于界面層的濃度升高，對易結(jié)垢的物質(zhì)增加了沉淀結(jié)垢傾向，造成膜的污垢污染.為了恢復(fù)膜的性能，要頻

繁的清洗,并可能造成膜性能的下降.

由于形成的濃度梯度，會以一定措施使鹽分的擴(kuò)散離開膜表面，但膠體物質(zhì)的擴(kuò)散要比鹽分的擴(kuò)散速度小數(shù)

百數(shù)千倍，因而濃度極化是促成膜表面膠體污染的重要原因.

消除濃差極化的措施

要嚴(yán)格控制膜的水通量

嚴(yán)格控制回收率

嚴(yán)格按照膜生產(chǎn)廠家的設(shè)計導(dǎo)則設(shè)計R0系統(tǒng)

4膜的種類及其結(jié)構(gòu)形態(tài)分類

反滲透膜的類別

按膜本身的結(jié)構(gòu)形態(tài)分類

均質(zhì)膜為同一種材質(zhì)、厚度均一的膜。為了增加強(qiáng)度以便耐壓，膜的厚度較厚，整個膜厚都起著屏蔽層

的作用，因而透水性較差。

非對稱膜為同一種材質(zhì)，制作成致密的表皮層和多孔支持層。表皮層很薄，起鹽分離作用，厚約?um,

因?yàn)樽枇^小，膜的水通量較均質(zhì)膜高。

復(fù)合膜為不同材質(zhì)制成的幾層膜的復(fù)合體，如圖1-3-5。表層為致密屏蔽表皮（起阻止并分離鹽分的作用），

厚約為um,表皮敷在強(qiáng)度較高的多孔層上，多孔層厚約40um,最底層為無紡織物支撐層，厚約120um,

起支持整個膜的作用。

4.I.2按膜加工外形分類

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平面膜由平面膜作為中間原材料，可以加工成板式、管式或卷式反滲透膜。

中空纖維膜以熔融紡絲經(jīng)過中空纖維的紡絲、熱處理等工藝制成的很細(xì)很細(xì)的非對稱結(jié)構(gòu)的中空纖維膜。

4.I.3按膜的材質(zhì)分類

醋酸纖維素膜一般是用纖維素經(jīng)脂化生成三醋酸纖維素，再經(jīng)過兩次水解，成一、二、三醋酸纖維素的

混合物制成的膜。

芳香聚酰胺膜一般是高交聯(lián)芳香聚酰胺作為膜表皮的致密脫鹽層。

4.2芳香聚酰胺超薄復(fù)合膜與醋酸纖維素膜性能對比

(1)復(fù)合膜的化學(xué)穩(wěn)定性好，醋酸纖維素膜不可避免地會發(fā)生水解。

(2)復(fù)合膜的生物穩(wěn)定性好，不易受微生物侵襲，而醋酸纖維素膜易受微生物侵襲。

(3)復(fù)合膜的傳輸性好。

(4)復(fù)合膜在運(yùn)行中不會被壓緊，因此產(chǎn)水量隨使用時間改變小，而醋酸纖維膜在運(yùn)行中會被壓緊，因而產(chǎn)

水量不斷下降。

(5)復(fù)合膜的脫鹽率隨時間改變小，而醋酸纖維素膜由于不可避免的水解，脫鹽率不斷下降。

(6)復(fù)合膜由于Kw大，其工作壓力低，反滲透給水泵用電量與醋酸纖維膜相比幾乎減少一半。

(7)醋酸纖維膜的壽命一般僅為三年，而復(fù)合膜可使用五年。

(8)復(fù)合膜的缺點(diǎn)是抗氯性較差，價格較貴。

四、反滲透裝置(膜組件)

1.膜元件

I.1膜元件的種類及主要特點(diǎn)

工業(yè)上使用的膜元件主要有四種基本形式：管式、平板式、中空纖維式和渦卷式。管式和平板式兩種是反

滲透最初始的產(chǎn)品形式，中空纖維式元件和渦卷式元件是管式和平板式膜元件的改進(jìn)和發(fā)展。

管式膜元件將管狀膜襯在耐壓微孔管上，并把許多單管以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接裝配成管束。由內(nèi)壓式或

外壓式兩種。?般用內(nèi)壓式，其優(yōu)點(diǎn)是水流流態(tài)好，易安裝、清洗、拆換，缺點(diǎn)是單位面積小。

平板式膜元件是由一定數(shù)量的承壓板組成，承壓板兩側(cè)覆蓋微孔支撐板，其表面覆以平面成為最基本的

反滲透單元。迭和一定數(shù)量的基本單元并裝入壓力容器中，構(gòu)成反滲透器。此種形式能承受高的壓力，缺

點(diǎn)是占地面極大，水流分布均勻差，擾動差，易產(chǎn)生濃差極化。

中空纖維膜元件將中空纖維絲成束地以U形彎的形式把中空纖維開口端鑄于管板上，類似于列管式熱交

換器的管束和管板間的連接。由于纖維間是相互接觸的，故纖維開口端與管板的密封是以環(huán)氧樹脂用離心

澆鑄的方式進(jìn)行的，其后，管板外側(cè)用激光切割以保證很細(xì)纖維也能是開口的。在給水壓力作用下，淡水

透過每根纖維管壁進(jìn)入管內(nèi)，由開口端匯集流出壓力容器為產(chǎn)品水。

該種形式的優(yōu)點(diǎn)是單位面枳的填充密度最大，結(jié)構(gòu)緊湊；缺點(diǎn)是要求給水水質(zhì)處理最嚴(yán)，污染堵塞是清洗

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困難。

如上所述，管式、平板是膜元件的填充密度很低，但可應(yīng)用于高污染給水或粘度高的液體的處理；中空纖

維膜元件易污染，影響其在一般水處理情況下使用。

渦卷式反滲透元件六十年代中期問世，無前述各形式的缺點(diǎn)，特別是1980年出現(xiàn)低壓復(fù)合膜后，膜的性能

指標(biāo)各項(xiàng)均好，不易污染，且可低壓運(yùn)行，投資少，耗電低，脫鹽率高（可達(dá)％）,壽命長。因之渦卷式復(fù)合是

當(dāng)前工業(yè)水處理首選的膜元件。

1.2渦卷式膜元件

基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示

渦卷式膜元件類似一個長信封狀的口袋，開口的一邊粘接在含有開孔的產(chǎn)品水中心管上。將多個膜口袋卷

繞到同一個產(chǎn)品水中心管上。是給水流從膜的外側(cè)流過，在給水壓力下，是淡水通過膜進(jìn)入膜口袋后匯流入產(chǎn)

品水中心管內(nèi)。

為了便于產(chǎn)品水在膜袋內(nèi)流動，在信封狀的膜袋內(nèi)夾有一層產(chǎn)品水導(dǎo)流的織物支撐層；為了是給水均勻流

過膜代表面并給水流以擾動，在膜袋與膜袋之間的給水通道上加有隔網(wǎng)層。

渦卷式反滲透膜元件給水流動與傳統(tǒng)的過濾方向不同：給水是從膜元件端部引入，給水沿著膜表面平行的

方向流動，被分離的產(chǎn)品水是垂直與膜表面，透過膜進(jìn)入產(chǎn)品水膜袋的。如此，形成了一個垂直、橫向相互交

叉的流向。而傳統(tǒng)的過濾，水流式從濾層上面進(jìn)入，產(chǎn)品水從下排出，水中的顆粒物質(zhì)全部截留與濾層上。渦

卷式膜元件的工作則不然，給水中被膜截留下的鹽分和膠體顆粒物質(zhì)仍留在給水（逐步的成為濃水）中，并被

橫向水流帶走。如果膜元件的水通量過大，或回收率過高（指超過制造廠導(dǎo)則規(guī)定），鹽分和膠體滯留在膜表面

上的可能性就越大。濃度過高會形成濃差極化，膠體顆粒會污染膜表面。

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圖4-1

四種反滲透膜元件特點(diǎn)的比較

以下是四種膜元件特點(diǎn)的比較，可以看出它們之間各個方面的差異:

系統(tǒng)費(fèi)用：管式、平板式〉中空纖維式、渦卷式

設(shè)計靈活性：渦卷式〉中空纖維〉平板式〉管式

清洗方便性：平板式＞管式〉渦卷式〉中空纖維式

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系統(tǒng)占地面即：管式＞平板式＞渦卷式〉中空纖維式

污堵的可能性：中空纖維〉渦卷式〉平板式〉管式

耗能：管式〉平板式〉中空纖維式》渦卷式

1.4國內(nèi)常用的反滲透膜元件

DOW,海德能，流體，藍(lán)星，世韓，國產(chǎn)等。

2.壓力容器

壓力容器用于裝填膜元件。在實(shí)際運(yùn)行過程中，給水從壓力容器一端的給水管路進(jìn)入膜元件。在膜元

件內(nèi)一部分給水穿過膜表面而形成低含鹽量的產(chǎn)品水，剩余部分水繼續(xù)沿給水通道向前流動而進(jìn)入下一個

膜元件，由于這部分水含鹽量比進(jìn)水要高，在反滲透系統(tǒng)中稱為濃水。產(chǎn)品水和濃水最后由產(chǎn)品水通道和

濃水通道引出壓力容器。

給水在壓力容器中每一個膜元件上均產(chǎn)生一個壓力降，如果不采取措施，這一壓力降足以使膜卷伸出而

對膜元件造成損害。為此在壓力容器內(nèi)的每一個膜元件的一端均有一個防膜卷伸出裝置，以防止運(yùn)行時膜

卷伸出。同時設(shè)計給水流量不能超過設(shè)計導(dǎo)則給定的數(shù)值，運(yùn)行時單個膜元件的壓降不允許超過規(guī)定值。

膜元件與膜元件之間采用的是內(nèi)聯(lián)接件連接，為了防止在連接處濃水泄漏，在膜元件與膜元件之間有密

封。

五、反滲透裝置給水的要求及預(yù)處理

1.渦卷式反滲透裝置給水和一般要求

運(yùn)行極限值

膜的類型...................................聚酰胺復(fù)合膜

最高運(yùn)行壓力................................600psi(41Bar)

最高運(yùn)行溫度........................................45oC

最大給水濁度........................................1NTU

游離氯容忍量.....................................＜

連續(xù)運(yùn)行pH范圍.....................................2—11

短時清洗pH范圍(30分鐘)...........................1-12

坡大給水流量...............................70gpm(16m3/h)

最大給水SDI................................................................................SDI5

所以對反滲透原水的預(yù)處理非常重要，要求進(jìn)水必須滿足上面的要求，這是反滲透安全長期運(yùn)行的基本保證，如果不能

滿足上述要求，將很有可能造成水質(zhì)下降，膜元件污堵，甚至造成膜元件不可修復(fù)的破壞！

2反滲透給水預(yù)處理的必要性

為了保持膜組件良好的設(shè)計性能和長時間的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證膜的使用壽命，必須對原水進(jìn)行適當(dāng)

的預(yù)處理。根據(jù)水源的水質(zhì)條件、膜組件的特性，選擇適合的預(yù)處理方式。

2.1不同原水水源，由于組成與雜質(zhì)成分不同，其預(yù)處理對象區(qū)別如下：

地下水是從井中取出的水，水中混濁物質(zhì)、膠體含量很少；因而井水的污染指數(shù)幾乎是＜,一般＜,故

反滲透培訓(xùn)教材

預(yù)處理系統(tǒng)相對比較簡單。

地下水不與大氣接觸，水中溶解氧少，含二價Fe、Mn、H2s等還原性物質(zhì)多，有的也含有Sr、Ba等

鹽類，不含微生物和菌類。

地表水溶解氧含量大，在陽光下具有生物生存的條件，因而水中往往有微生物存在，而不存在還原性

物質(zhì)。一般地表水含有以硅、鋁為主的懸浮物和膠體物以及有機(jī)物形成的膠體物質(zhì)。

海水中則含有顯著的微生物，如藻類、粘泥和膠體硅等。

2.2促使膜性能降低的兒種膜污染

使膜本身發(fā)生化學(xué)變化。包括使芳香聚酰胺膜的氨基受氯和其他氧化性因素作用而破壞；使醋酸纖維基團(tuán)

受溫度和PH影響而水解；使膜受強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的溶解等。

使膜表面或膜內(nèi)受水中懸浮物、膠體顆粒的覆蓋和堵塞。

使膜受水中微生物、細(xì)菌的繁殖產(chǎn)生的菌團(tuán)和粘膜對反滲透膜的污堵、侵蝕和生物降解。

3給水預(yù)處理

膜的污染、堵塞和侵蝕性因素：結(jié)垢物、金屬氧化物、懸浮物和膠體、有機(jī)物、生物污染等方面，所以主

要針對這些因素采用相應(yīng)的預(yù)處理方式，通常是采用過濾的方式去除，當(dāng)采用多介質(zhì)過濾器時，必須在反滲透

之前設(shè)置5微米保安過濾器等特殊的過濾措施；如果用超濾做預(yù)處理可以考慮不用5um過濾器，因?yàn)槌瑸V的過

濾精度是（見表5-1）。

針對水中的污染物種類采用相應(yīng)的預(yù)處理方式見表5-2。

表5-1按孔徑分類的分離膜

孔徑

1A2050100A2005001000A200050001即2

1r11

H,(2.3)a-原卵膠油乳大

0?(2.9)OH-情清體乳膠

分離對象C0(3.1)各丫化球

HQ(3.4)白毒料液前

濁（MF）

瓏（MF）

分離法

I納渡3丁|

氣體分離?液體分離反滲透（RO）I

1渺透汽化膜?1透析膜ED|微流膜MF

超渡膜

分離膜

的種類|納施(NF)|

1氣體分離膜］1反渺透膜RO1圓盤過漁

|內(nèi)于式扶膜IEM1I股過這

_________________1__________________

反滲透培訓(xùn)教材

表5-2

被處理的物質(zhì)預(yù)處理措施

CaCOa、CaSO4、CaCCh是否結(jié)垢可通過對濃水LSI的計算來確定，當(dāng)LSI<0

BaS04、時，水質(zhì)穩(wěn)定；當(dāng)LSI>0時，應(yīng)進(jìn)行處理。CaSOa、BaSCh、

SrSO,是否結(jié)垢可通過離子積與溶度積的關(guān)系來確定，當(dāng)

SrSO$結(jié)垢物質(zhì)

Ip〈時，水質(zhì)穩(wěn)定；當(dāng)Ip>時，應(yīng)進(jìn)行處理?？筛鶕?jù)具體情

況選擇合適的處理措施：

鈉離子交換軟化

加無機(jī)或有機(jī)阻垢劑

氫離子交換后脫CO2

加酸

加石灰進(jìn)行沉淀處理

水中顆粒物質(zhì)砂、粘泥及SiCh等粒徑大于2um的顆粒，可通過過

濾的方式處理；

粒徑小于2um的顆粒，可通過凝聚、雙濾料過濾，

粒徑為2-10um的顆粒以形成膠體，采取凝聚過濾方

式處理。

粒徑大于5um的顆粒不允許進(jìn)入膜元件，因此在高

壓泵進(jìn)水口前設(shè)置5um保安過濾器。在保安過濾器

前必須設(shè)置機(jī)械過濾器。保安過濾器運(yùn)行周期一般為

1-3個月。

鐵、鋅、硫化物水中溶有的鐵、鈦或硫化氫，遇到空氣或氯氣可能被氧化。

膜所容許的鐵濃度，隨PH、溶解氧的不同而變化很大，

一般在。Fe<L時，加酸至Ph為，對膜無污染。

給水中最大允許含鐵量與含氧和PH的關(guān)系大致是：

O2(mg/L)PH允許Fe2+(mg/L)

<<

6-7

5-10>7

降低原水中大量鐵，可采用曝氣化、過濾脫流。

井水中存在H2s時，如被氧化成硫磺會污染膜表面。

反滲透培訓(xùn)教材

可采用曝氣氧化、過濾脫流。

重金屬經(jīng)氯化或空氣氧化后，通過過濾或滯留凝聚過

濾出去。

管道、泵等設(shè)備銹蝕采用耐腐蝕材料的管道和設(shè)備，低壓部分采用塑料，

產(chǎn)物高壓部分采用316SS,或內(nèi)襯耐蝕聚合材料。

注意管道系統(tǒng)嚴(yán)密性，以防空氣進(jìn)入使鐵氧化。

防止結(jié)垢的加酸系統(tǒng)及相關(guān)的水系統(tǒng)都要采用防腐蝕

材料。

膠體物質(zhì)地面水含膠體物較多，主要是鋁酸鹽類的粘土，這類

膠體顆粒大小在范圍，采用凝聚、沉淀過濾或直流凝

聚，使膠體顆粒增大至10-20um,過濾出去。

當(dāng)懸浮物、膠體含量較多時，需經(jīng)過澄清、過濾。

選用合適的凝聚劑，注意陽離子性聚合物會導(dǎo)致膜的

不可逆污堵。

有效的混凝-過濾配合時采用聚合鋁和雙濾料（石英砂

和的無煙煤）以及加凝聚劑混凝后再經(jīng)細(xì)砂?濾層，

層高800mm）過濾。

有機(jī)物有機(jī)物對膜污染是復(fù)雜的，有些影響不大，反滲透膜可將

之除去，一般按污染指數(shù)來判斷，規(guī)定TOC<3mg/L.

地表水應(yīng)盡量在凝聚澄清過程中去除，然后雙濾料過

濾，或直流凝聚。也可采用活性炭作為凝聚澄清的進(jìn)

一步處理。

反滲透膜也可采用超濾去處有機(jī)物、膠體等雜質(zhì)。

氯醋酸纖維膜要求給水中含有殘余氯，以防細(xì)菌滋生，而氯

含量過高又會破壞膜。最大允許連續(xù)余氯的含量為lmg/L。

復(fù)合膜抗氯性差，一般不允許含有余氯。采取加氯殺菌后，

需加亞硫酸氫鈉除余氯，反應(yīng)如下：

Na2s2O5+H2O—>2NaHSOs

NaHSO3+HCLO—>HCL+NaHSO4

理論上，的Na2s2。5可以去除1kg余氯，然而一般在有溶

解氧的情況下，對苦堿水去除1kg余氯投加3kg的

反滲透培訓(xùn)教材

Na2s2O5。

Na2s2O5在涼爽干燥的貯存條件下，庫存的有效期為4?6

個月。溶液的有效期則隨濃度而改變。

使用活性炭過濾清除余氯的反應(yīng)如下：

C+CI2+H2O—>4HC1+CO2

濁度和SDI為降低水中的濁度和SDI主要采用凝聚、澄清、過濾（雙

濾料和細(xì)砂）。對于不同水源的原水，由于選用的通量不

同要求SDI值也不同，一般要求SDI<5,它體現(xiàn)水中膠體

等顆粒物質(zhì)的多少，因而越小越好。

油和脂進(jìn)入膜組件的水不允許含有油和脂。處理油和脂一般采用

活性炭過濾。也可采用超濾。

SiO2膜元件運(yùn)行中濃水不允許析出SiO2,過飽和的SiO2可能聚

合而形成不溶解的膠體硅、硅膠而引起結(jié)垢。

防止SiO2結(jié)垢的措施：

控制系統(tǒng)回收率，這是一種最容易的防硅垢的方法，

靠降低系統(tǒng)回收率使?jié)馑械腟iO2的濃度降低到符

合文件的SiO2（LIMIT）溶解度，對給定的PH值和

溫度。

可采取石灰軟化，一般可降低給水中50%的SiOz。

六、反滲透系統(tǒng)的設(shè)計及維護(hù)要點(diǎn)

I設(shè)計要點(diǎn)

I.1確定系列（單元）

根據(jù)用戶用水情況，R0裝置的總?cè)萘靠煞譃閹讉€單元，因?yàn)镽0單元的清洗和維修需要停運(yùn)。

反滲透培訓(xùn)教材

1.2確定膜的型式和型號

對于容量較大的反滲透系統(tǒng)，均選用渦卷型反滲透膜，對于大型電站水處理系統(tǒng)，反滲透之后要進(jìn)行精處

理，經(jīng)詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，往往會得出宜選用復(fù)合膜元件的結(jié)論，然后確定采用哪個廠家的膜元件及其型號。

1.3確定系統(tǒng)回收率，選定壓力容器

根據(jù)系統(tǒng)回收率選用壓力容器。如系統(tǒng)回收率為75%,則考慮采用六個1米長膜元件裝一個壓力容器，或

者4個米長的膜元件裝一個壓力容器。一般采用“一級兩段”的排列方式。

RO系統(tǒng)回收率的定義是R0產(chǎn)水量與給水量之比，回收率越高消耗的水量越少，但回收率過高會存在以下

問題。

產(chǎn)品水的脫鹽率下降。

可能發(fā)生微溶鹽的沉淀。

濃水的滲透壓過高，膜元件的產(chǎn)水量降低。

一般苦堿水脫鹽系統(tǒng)回收率多采用75%,即濃水濃縮了四倍，當(dāng)原水含鹽量較低時，有時也可采用80%,

如原水中某種微溶鹽含量高，有時也采用較低的系統(tǒng)回收率以防結(jié)垢。

確定膜元件的數(shù)量

根據(jù)膜元件生產(chǎn)廠家提供的設(shè)計導(dǎo)則，根據(jù)原水水源和給水的SD】確定采用的水通量數(shù)值。

以每單元指定的RO的產(chǎn)水量除以每支膜元件的平均產(chǎn)水量即估出膜元件的數(shù)量，如采用六個膜元件的壓

力容器，則除以六，同上取整數(shù)得出壓力容器總數(shù)，再將壓力容器總數(shù)分為兩段，使兩端壓力容器總數(shù)之比接

近2：1,然后利用廠家提供的軟件，將每個壓力容器內(nèi)膜元件數(shù)、膜元件型號、產(chǎn)水量、回收率、水文、水質(zhì)、

使用年限等輸入即可求出給水壓力、濃水壓力、給水滲透壓、濃水滲透壓、濃水的LSI、產(chǎn)品水和水中離子含

量等數(shù)據(jù)。每輸入一個各段壓力容器的數(shù)量，即可得出一組計算結(jié)果。對比相應(yīng)膜元件的設(shè)計通量、系統(tǒng)溫度、

系統(tǒng)壓力、各報警參數(shù)等就可以確定膜元件的數(shù)量和膜組件的排列方式。反滲透系統(tǒng)分析軟件打印的結(jié)果，參

見附錄1.

壓力容器

大型RO裝置，壓力容器組件應(yīng)單獨(dú)布置在滑架上，壓力容器布置的最高高度應(yīng)便于裝卸膜元件。

裝有6個8040型（68英寸，長4（）英寸）膜元件的壓力容器，當(dāng)運(yùn)行時（受壓時）將約伸長13mm,直徑

將增大，因此不能限制壓力容器的膨脹，否則引起壓力容器的翹曲，發(fā)生膜元件O型密封圈的泄漏而產(chǎn)生溝流，

以及膜元件連接件“O”型圈的泄漏，并且與壓力容器連接的管也應(yīng)采取軟管連接。

RO裝置的管路、閥門、儀表的布置應(yīng)便于操作和調(diào)節(jié)。

膜元件的背壓

防止膜孔袋粘接線破裂，在設(shè)計上就必須考慮靜背壓問題。對醋酸膜元件，任何時候產(chǎn)品水側(cè)的壓力都不

能高于給水及排水的壓力，膜不允許承受反壓。對于復(fù)合膜元件靜背壓必須小于5psi。粘接線的破裂是由于膜

口袋兩側(cè)的壓差而非流量。由于逆止閥不能瞬間關(guān)閉，不能保證絕對嚴(yán)密，所以在系統(tǒng)中設(shè)置逆止閥等均不能

徹底解決背壓問題。

反滲透培訓(xùn)教材

為防止發(fā)生水錘，在給水泵出口應(yīng)裝設(shè)慢開門。

為防止膜卷伸出，要求設(shè)計時給水的流量不能超過設(shè)計導(dǎo)則規(guī)定的數(shù)值，運(yùn)行時單個膜元件的壓降不允許超過

規(guī)定值，F(xiàn)luidSystem規(guī)定單個膜元件的壓降必須小于lOpsi。

在設(shè)計時系統(tǒng)應(yīng)考慮在5um過濾器之前裝有不符合RO進(jìn)水要求的不合格水排放。

在RO停運(yùn)后需要進(jìn)行沖洗，對復(fù)合膜元件最好采用反滲透產(chǎn)水進(jìn)行沖洗。

2反滲透裝置運(yùn)行，維護(hù)要點(diǎn)

運(yùn)行中要控制產(chǎn)水量和系統(tǒng)回收率，防止?jié)獠顦O化

RO裝置的運(yùn)行，對產(chǎn)水量和系統(tǒng)回收率的控制非常重要。

鹽的透過量與膜兩側(cè)的濃度差和溫度有關(guān)，所以當(dāng)產(chǎn)水量低時脫鹽率降低。當(dāng)膜發(fā)生污染和結(jié)垢，往往使

膜表面粗糙，是滯流層增厚而導(dǎo)致極化嚴(yán)重。因此要根據(jù)產(chǎn)品水流量表和濃水流量表控制高壓泵出口閥和RO

排水閥；并且要維持表計的準(zhǔn)確性：（一）表計需要校對；（二）應(yīng)選用性能優(yōu)越的流量計。

反滲透膜元件脫鹽率下降可能存在的原因：

*壓力容器中元件之間連接件的“O”型密封圈和出水管接頭的“O”密封圈泄漏；

*膜口袋接線破裂，膜被硬顆粒劃破；

*由于高壓泵啟動時發(fā)生水力沖擊負(fù)荷（水錘）使膜元件或其連接件破損；

*醋酸纖維被細(xì)菌侵襲而使脫鹽率降低：醋酸纖維膜本身的水解是不可避免的，其脫鹽率將隨時間不斷降低。

*膜元件的O型密封圈與壓力容器內(nèi)之間發(fā)生泄漏，可能有一部分進(jìn)水沒有經(jīng)過反滲透膜元件而發(fā)生旁路。

以上情況應(yīng)避免發(fā)生。

反滲透裝置需要裝設(shè)的儀表和控制設(shè)備

為了是RO能安全可靠地運(yùn)行，便與運(yùn)行過程中的監(jiān)督，應(yīng)該裝設(shè)必要的儀表和控制設(shè)備，一般需要裝

設(shè)的表計有溫度表、壓力表、流量表、PH