反滲透原理和反滲透膜【行業(yè)優(yōu)選】

1、膜法分離簡介,1,二類精制,1748年，Nollet觀察到水可以通過覆蓋在盛有酒精溶液瓶口的豬膀胱進入瓶中發(fā)現； 19世紀中葉發(fā)現了透析現象才重視； 1864年，Moritz Traube制成了第一張人造合成膜 亞鐵氰化銅膜； 1950年，W.Juda等試制成功第一張實用價值的離子交換膜； 1960年，Loeb和Sourirajan創(chuàng)制了提高鹽截留率和水通量的不對稱二醋酸纖維素反滲透膜，制成了第一張高性能膜?？梢哉f，非對稱膜的研制成功，使反滲透過程從實驗室走向工業(yè)應用。,膜法分離技術發(fā)展簡史,2,二類精制,經過200年的發(fā)展，形成了較為完整和系統(tǒng)的基礎理論； 近代科學技術的發(fā)展為分離膜的研究和

2、制造創(chuàng)造了良好的條件；例如：高分子學科、近代分析技術； 現代工業(yè)的需求； 節(jié)能、低品位原材料再利用、消除環(huán)境污染的生產新技術等。,膜分離技術迅猛發(fā)展的原因,3,二類精制,膜分離技術特點（一）,膜分離是一個高效的分離行為； 90%的乙醇水溶液、N2和H2的分離,與萃取等的對比。 能耗非常低； 相比傳統(tǒng)分離： 蒸餾、蒸發(fā)、等 多數分離過程的工作溫度在室溫； 在醫(yī)藥工業(yè)、生物技術、食品加工等方面,4,二類精制,膜分離技術特點（二）,規(guī)模和處理能力可在很大范圍內變化，而其效率、設備單價、運行費等變化不大； 設備體積小、占地較少等； 可以方便的插入現行生產工業(yè)，不必進行較大改變。 膜分離設備本身沒有運動

3、的部件，很少需要維護，可靠度很高；,5,二類精制,按膜的材料分： 醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚砜酰胺等 按膜的結構分： 對稱膜、非對稱膜、液膜等 按膜的用途分： 反滲透、超濾、微濾電滲析等 按膜的作用機理分： 多孔膜、致密膜等,膜的分類,6,二類精制,按孔徑分類的分離膜,7,二類精制,主要膜分離過程,8,二類精制,膜的種類,9,二類精制,膜透過操作方式,10,二類精制,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,11,二類精制,普遍應用于

4、化工、電子、輕工、紡織、冶金、電力、石油、食品等行業(yè)。 微濾：35.71% 反滲透： 13.04% 超濾： 19.10% 電滲析： 3.42% 血液透析： 17.70% 氣體分離： 9.32% 其它:1.71%,膜分離技術應用簡介,12,二類精制,主要工業(yè),汽車涂裝業(yè),飲用水,13,二類精制,主要工業(yè),發(fā)電業(yè),半導體及微電子行業(yè),14,二類精制,主要工業(yè),飲料制品,制藥及醫(yī)療業(yè),15,二類精制,16,二類精制,17,二類精制,18,二類精制,反滲透系統(tǒng)膜組件部分,基本原理 分離機理 反滲透膜、組件、裝置,19,二類精制,反滲透基本原理,滲透：水從稀溶液一側通過半透膜向濃溶液一側自發(fā)流動的過程。

5、,反滲透：當在濃溶液上加壓力，且該壓力大于于滲透壓時，濃溶液中的水就會通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這一過程是滲透的相反的程。,20,二類精制,反滲透分離機理,氫鍵理論 Reid）等人提出的 ，基于一些離子和分子能夠通過膜的氫鍵的結合而發(fā)生聯系，從而通過這些聯系發(fā)生線形排列型的擴散來進行傳遞 優(yōu)先吸附毛細孔流理論 索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附毛細孔流理論 溶解-擴散理論 Lonsdale和Riley,21,二類精制,氫鍵理論,膜的表面層,22,二類精制,優(yōu)先吸附毛細孔流理論,23,二類精制,反滲透反滲透膜、組件、裝置,膜材料 醋酸纖維素類反滲透膜； 芳香含氮高分子反滲透膜； 聚哌嗪

6、類復合膜； 膜性能應具備： 脫鹽率高、透水率大； 機械強度好，耐壓密； 化學穩(wěn)定性好； 使用壽命長、性能衰減小； 制膜容易，價格低廉，原料充沛； 還有其他耐溶劑、高溫、氯等,24,二類精制,雙層復合膜結構,25,二類精制,反滲透反滲透膜材料,醋酸纖維素類反滲透膜,26,二類精制,反滲透反滲透膜材料,芳香含氮高分子反滲透膜,27,二類精制,反滲透反滲透膜組件,板式組件： 系緊螺栓式、耐壓容器式 管式組件： 內壓式、外壓式 螺旋卷式組件 中空纖維組件 各種組件性能比較,28,二類精制,卷式膜結構,29,二類精制,30,二類精制,31,二類精制,32,二類精制,膜的動畫效果,33,二類精制,反滲透原

7、理,34,二類精制,反滲透衡量膜性能的主要參數,水通量 溫度； pH； 壓力； 濃度； 透鹽率 電解度； 極性； 離子電價； 水合程度； 分子量； 異構體的支鏈程度； 通量衰減系數,35,二類精制,反滲透原理,1、反滲透裝置重要指標水的回收率 Y (以表示)：,q V,f 給水流量， m3/ h,q V,p 產品水流量， m3/ h,2、反滲透裝置重要指標水的脫鹽率 SR (以表示)：,c f ，c p 分別為給水和產品水的濃度，mol/ L,或,c fA 平均給水濃度，mol/ L,36,二類精制,RO原理簡介,給水,產水,濃水,75回收率,100 m3/ h,75 m3/ h,25 m3/

8、 h,90 脫鹽率,100 mg/l 鈣離子,13.3 mg/l 鈣離子,360 mg/l 鈣離子,37,二類精制,反滲透反滲透裝置的組合形式,多級串聯式； 多級組合式； 帶有中間升壓泵的三段組合式； 濃縮循環(huán)方式；,38,二類精制,典型反滲透系統(tǒng)設計,39,二類精制,典型反滲透系統(tǒng)設計,40,二類精制,典型多段反滲透系統(tǒng),41,二類精制,簡單多級反滲透,給水,一級產水,一級濃水,二級產水,二級濃水,42,二類精制,膜分離技術近幾年來在中國電力行業(yè)的應用概況 為什么膜分離技術近幾年得到了最快速的發(fā)展？ 不同水源（市政廢水、循環(huán)水排污水、地表水、地下水）所采用的膜處理工藝介紹 近幾年來中國膜法水

9、處理的典型工程介紹,43,二類精制,為什么膜分離技術近幾年得到了最快速的發(fā)展？,44,二類精制,為什么膜分離技術近幾年得到了最快速的發(fā)展？,1.工業(yè)節(jié)水十五規(guī)劃。北京高井電廠關于循環(huán)排污水回用問題證實了超濾作為反滲透預處理的必要性和可行性； 2.電廠環(huán)保的要求。山西古交電廠是我國第一個30萬千瓦以上機組采用EDI技術的電廠。自此，空冷機組和燃機電廠開始普遍采用EDI； 3.地表水水質的變化。江河湖泊水系工業(yè)和生活污染加重，華東、華南海水倒灌，影響原有水處理系統(tǒng)的可靠運行。 4. 中國工業(yè)經濟快速發(fā)展，特別是能源化工等基礎工業(yè)。帶來日益增長的項目機遇； 5. 膜分離工藝的設計、應用日趨成熟。膜法

10、工藝高效、便捷、運行管理方便。,45,二類精制,不同水源所采用的膜處理工藝介紹,46,二類精制,不同水源所采用的膜處理工藝介紹,1、地下水：即井水，一般水質穩(wěn)定，污染可能性低，水中溶解氧少，二價Fe、Mn、H2S等還原性物質多，微生物和菌類較少。僅需簡單的預處理。例如：設置多介質過濾、加阻垢劑、5um保安過濾器即可，也可能需要除鐵除錳。 2、地表水：受季節(jié)的影響較大，有發(fā)生微生物和膠體兩方面高度污染的可能性。所需的預處理較復雜。包括：絮凝/助凝、澄清、多介質過濾、超濾、脫氯、加酸、加阻垢劑等。 3、工業(yè)和市政廢水：含有更復雜的有機和無機成分。有些有機物甚至會嚴重影響反滲透產水量的下降甚至膜的降

11、解。因此必須有更加周全的預處理。包括：酸堿中和、三級生化處理、加氯氧化、澄清多介質過濾、超濾、脫氯、加酸、加阻垢劑等工藝。 4、循環(huán)排污水：高硬度、高堿度、高pH值，經循環(huán)系統(tǒng)濃縮后已處于過飽和狀態(tài)；水中投加的藥劑量及藥劑種類很多，水質成分復雜；有機物及細菌微生物的含量較高。預處理工藝的選擇要慎重。,47,二類精制,膜法的預處理工藝介紹,COD NH3N 懸浮物 膠體、鐵、鋁 油,有機污染物和膠體類物質對高分子膜影響較大； 含有特定污染物的工業(yè)廢水需要特別留意； 各種常規(guī)預處理工藝常被用來提高系統(tǒng)的可靠性。,48,二類精制,脫鹽部分的工藝,一級反滲透,二級反滲透,EDI,脫碳,一級反滲透,復床

12、,混床,脫碳,加堿,49,二類精制,近幾年來典型膜法工程,1. 工業(yè)領域膜法水處理的工程市場約40億人民幣； 2. 電力行業(yè)，目前已經簽約的超濾項目，日產水量100萬噸，占中國水處理用超濾市場的70。 3. 鋼鐵行業(yè)，市場正在快速膨脹； 4. 石化行業(yè)，節(jié)水減排的需求使得膜法市場處于起步階段。 5. EDI市場，大型火電廠約占30的市場，熱電、化工等約占30，其余為電子超純水市場。,50,二類精制,近幾年來典型膜法工程循環(huán)排污水,1.大唐高井電廠，循環(huán)水排污水回用于鍋爐補給水工程,系統(tǒng)產水規(guī)模150m3/h,MMF,高壓鍋爐用水,循環(huán)排污水,濃水外排,1級RO,UF,EDI,2級RO,脫碳器,

13、濃水,濃水,電力系統(tǒng)第一個投運的循環(huán)水排污水回用工程，自此超濾作為反滲透預處理的工藝開始迅速推廣。,51,二類精制,高井電廠超濾系統(tǒng),火電廠循環(huán)水排污水回用第一套全膜工藝（超濾ROROEDI） 用戶名稱：大唐北京高井電廠 規(guī)模： 45m3/h（一期），150m3/h（二期） 投運時間： 2003年8月， 2004年10月,電廠循環(huán)水補充水為永定河河水； 循環(huán)水排污水濁度1020NTU，COD-Mn約10ppm，電導率1600S/cm； 經預過濾超濾反滲透后作為循環(huán)水補水，部分經EDI處理后作為鍋爐補給水；,高井電廠RO-EDI系統(tǒng),52,二類精制,2.托克托電廠200m3/h循環(huán)水排污水回用工

14、程 循環(huán)排污水機械加速澄清池多介質超濾反滲透離子交換系統(tǒng) 2004年7月份投運。原水電導率20003000 S/cm。,近幾年來典型膜法工程循環(huán)排污水,53,二類精制,3.包頭第二熱電廠循環(huán)水排污水回用用于鍋爐補給水工程 （MMF）+UF+RO+（離子交換系統(tǒng)） 2004年10月投運，產水量300t/hr。 4.包頭第一熱電廠循環(huán)水排污水回用工程 MMF+UF+ACF+RO+離子交換系統(tǒng) 產水量180t/hr。,近幾年來典型膜法工程循環(huán)排污水,混凝、澄清、多介質過濾、活性炭等工藝，根據水質情況設置和采用。,54,二類精制,1.山西古交電廠2x300MW機組亞臨界鍋爐 MMF+UF+RO+RO+

15、EDI 2005年10月投運，產水量120t/hr。 該項目是我國第一個30萬千瓦以上機組的全膜法工程，自此EDI開始進入我國電力系統(tǒng)。,近幾年來典型膜法工程全膜法,55,二類精制,近幾年來典型膜法工程全膜法,內蒙上都電廠，2x600MW，180t/hr（第一個600MW機組） 山西兆光（霍州）電廠，2x300MW 大連泰山熱電廠，120t/hr 惠州深能源豐達電力， 70t/hr 深圳東部電廠、青島黃島電廠、上海石洞口燃機電廠,56,二類精制,鋼鐵企業(yè)污水回用工程,1.太鋼1400m3/h污水回用工程 曝氣+沉淀+臭氧氧化+MMF+1級RO+2級RO（部分）,2.邯鋼30000m3/d污水回

16、用工程 浸沒式UF+RO,4.首鋼130m3/h污水回用工程 （石灰沉淀+砂濾） +盤濾+UF+RO,3.安鋼500m3/h污水回用工程（規(guī)劃2000m3/h） （石灰沉淀+砂濾）+MMF+RO,5.石鋼污水回用工程 （石灰沉淀+砂濾） +MMF+UF+RO,57,二類精制,海水淡化工程,4. 浙江玉環(huán)電廠30000m3/d海水淡化工程 浸沒式UF+SWRO+RO,3. 大連石化5600m3/d海水淡化工程 MMF+ACF+SWRO+RO+RO,6. 天津開發(fā)區(qū)150000m3/d海水淡化工程 混凝澄清+UF+SWRO,1.大唐王灘電廠10000m3/d海水淡化工程 自清洗過濾+UF+SWRO

17、+RO+（離子交換系統(tǒng)）,5.山東昌邑柳瞳亞海水淡化工程150m3/h海水淡化工程 MMF+SWRO+脫氣+RO+EDI,2.青島發(fā)電廠7000 m3/d海水淡化工程 混凝澄清+自清洗過濾+UF+SWRO+RO+（離子交換）,58,二類精制,市政污水回用工程,1. 國電大同有限公司10000m3/d市政污水回用工程 氣浮除油+MBR+弱酸氫離子交換,4. 天津咸陽路50000m3/d再生水廠市政污水回用工程 沉淀+UF+RO（10000m3/d）,3. 北京清河污水處理廠80000m3/d市政污水回用工程 自清洗過濾+浸沒式UF+ACF,2.山西大同熱電有限公司市政污水回用于鍋爐補給水工程 MMF+UF+ACF+RO+RO+EDI,5.錫林浩特二電廠市政污水回用用于鍋爐補給水工程 （石灰澄清+砂濾）+UF+RO+（離子交換系統(tǒng)）,6.聊城魯能熱廠市政污水回用用于鍋爐補給水工程 BAF+MMF+UF+ACF+RO+ （離子交換系統(tǒng)）,59,二類精制,石化污水回用工程,1.燕化煉油污水回用