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反渗透技术丨反渗透技术原理优点及反渗透技术改进措施浅析

供稿:中国工控网 2016/6/29 11:43:09

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  • 关键词: 反渗透技术
  • 摘要:反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”,缩写为“RO”。

什么是反渗透

反渗透就是对溶液施加一个大于渗透压的压力,使水透过特制的半透膜,从溶液中分离出来。因为这个过程和渗透现象相反,所以称为反渗透。

反渗透技术原理

反渗透技术,是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为10A左右),因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97%-98%)。反渗透是目前高纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术,它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物;反渗透(RO)、超过滤(UF)、微孔膜过滤(MF)和电渗析(EDI)技术都属于膜分离技术。

反渗透技术优点

①反渗透膜的性能明显提高。1978年成功地开发了海水淡化复合膜(采用脂肪族聚酰胺复合物为材料)至今,经过近20年的不断发展,海水淡化反渗透复合膜的性能已经有了较大的提高,反渗透复合膜系采用芳香族聚酰胺的材料,特征水通量是1978年的2倍,盐的透过率大约为1978年的四分之一。如此的技术进步使得海水淡化制取饮用水从原来的二级流程简化为一级流程,且膜的价格稳中有降。

②功交换器的研制成功。据报导,一种新型能量回收装置已经成功地用于NewProvidece13600m3/dCayman岛的5000m3/d海水反渗透淡化系统上。这种能量回收装置称为功交换器,将排放的浓盐水压力传给补给海水,转换效率高达89%~96%.由于浓盐水的能量回收充分,据测算系统的吨水能量消耗仅为2.6kWh.这种功交换器是1998年反渗透海水淡化技术的一个新里程碑,更为意义重大的是该数据是从商业规模的淡化装置上得来的。

③段间能量回收透平的成功应用。

④微滤技术用于海水预处理。鉴于传统地加入化学药剂和二级过滤的预处理技术不一定能很好地去除进料海水中的胶体类物质,提出了利用膜处理作为反渗透预处理工艺流程。该流程的核心是采用大孔径中空纤维超滤或微滤膜,超滤膜的截留分子量为(10~20)×104u,微滤膜的孔径为0.2μm

经过一定的工业规模运行,膜技术的预处理工艺已经基本成熟,并具有如下两个新颖性能:

1. 可自动、频繁脉冲式冲洗中空纤维管(某些型号采用反洗),其特点是通过短时间的停运来保持稳定的产水通量。

2. 可在一很低的横流速度下工作,甚至可以在单向流动状态下工作(全流过滤)。

反渗透技术改进

1机械过滤器的设计

进口设备正常使用率低的主要原因是预处理设备没有结合我国原水水质差的特点,机械过滤器反冲洗不彻底,上层滤砂结块,SDI(污染指标)升高,造成了膜的污堵,影响系统运行。RO装置一般要求SDI<4(各膜元件生产商对sdi有不同的要求),要达到上述要求,笔者通过调研及实践提出以下建议:

1.1机械过滤器的选择

结合我国原水水质及设备材质、填料的情况,建议使用双层过滤料过滤器。从过滤的机理来说,应由大而小,而实际上机械过滤器都是通过上层最细的砂层来截留,故最上层砂容易堵塞、结块,水头损失增长快。若在砂上层再添加颗粒状无烟煤则增加容污能力,运行周期长,水头损失增长较慢,实践中应用效果良好。

1.2机械过滤器的反冲洗

机械过滤器由于内部装填石英砂比重较大,反冲不易,许多系统运行不稳定是忽视了反冲洗彻底、干净这个过程,系统上设置的反冲装置均达不到反冲洗强度的要求,这是许多水处理设备生产厂及工程公司存在的问题。经笔者与某处理设备有限公司共同研究及实践,采用气、水反复冲洗的方法,机械过滤器污堵后的反冲洗效果十分明显,砂层清洗情况十分干净,性能恢复良好,具体措施是:

①在设计反冲洗装置时,反冲泵、管道必须符合反冲洗量的要求,反冲洗强度为12~15L/(s�m2);

②采用压缩空气擦洗滤料,使滤料表面的污泥等物脱落,其强度为18~25L/(s�m2)。

1.3内部填料的选择

内部填料,根据其排水结构的不同可选用不同粒径的石英砂,但最上层石英砂粒径应在0.3mm.在最上部装填0.5~1.0mm颗粒无烟煤,其高度不低于200mm.

2活性碳吸附的应用

活性碳吸附器主要有二个功能:①吸附水中部分有机物,吸附率为60%左右;②吸附水中余氯。对于直接抽取地下水的用户,可取消活性碳,若硬度较大则选用软水器,地表水则必须使用活性碳,因为水中杀菌剂活性余氯具有较强的氧化性,会损坏RO膜,根据RO系统进水要求余氯<0.1mg/L,所以用活性碳去吸附余氯。另外活性碳脱除余氯并不是单纯的吸附作用,而是在其表面发生催化作用,所以活性碳不存在吸附饱和的问题,只是损失碳而己。

3混凝药剂的选择

在机械过滤器前加入各种凝聚剂及高分子絮凝剂,以去除水中悬浮物、胶体等杂质,但如果不根据水源实情,一味地添加,不仅改善不了水质,相反会因药剂本身或药剂中所含杂质而使水中带入对RO膜有害的物质,国内有许多制药厂水处理系统存在上述问题。所以药剂的选择大有讲究。根据RO膜的特点:

①凝聚剂应避免使用铝盐类。铝盐类凝聚剂使凝聚过程中易产生铝胶,进入RO表面后不易清洗;

②不应使用阳离子型高分子絮凝剂。RO膜为阴离子型,阳离子型高分子絮凝剂易与膜结合生成一种难以清洗的高分子膜。如果不重视上述情况,轻则减短膜寿命,重则部分膜元件报废。同时药剂之间的兼容性也不容忽视,如选用了ST高分子絮凝剂应配合ArgoAF150ul同时使用。

4 RO系统的探讨

4.1保安过滤器的重要性

保安过滤器主要目的是为了保证RO进水不损坏膜组件,一般选用过滤孔径为5μm,根据前后压差来确定调换滤芯,压差控制在58.8kPa以内。

目前国内系统均选用线绕或折迭二种一次性滤芯,即使前后压差不大的滤芯,使用时间也不宜过长,因为滤芯易滋长细菌,建议采用14~15t/(h�m2)(m2为滤芯过滤面积。)

4.2阻垢剂的使用

反渗透膜污染可分为:生物污染、悬浮物污染、化学污染、胶体污染、细菌污染等。目前反渗透系统中阻垢剂使用最多的为六偏磷酸钠,但六偏磷酸钠易分解成磷酸根,而磷酸根又是细菌的营养源,所以使用不当易造成生物污染。另外六偏磷酸钠不易溶解,本身的结垢也影响系统的运行。笔者调研了几家系统运行良好的厂家,发现均使用英国产FLOCON260产品,该产品做为阻垢剂同时具有:

①可抑制细菌生长而延长清洗周期;

②可防止原水中溶解和不溶解的铁形成铁胶而影响系统运行和造成膜不可逆污染;

③提高了饱和临界值(LSI值可达2.5),对绝大部分原水可以不加酸,对小部分原水也可大量减少酸的投加,从而降低了反渗透出水中CO2;

④药剂的成份稳定,可以长时间存放及开盖使用。为了保证RO系统的正常运行,除了选用适宜的阻垢剂品种之外,还应根据原水水质对加药量进行计算,英国Argo已开发成套软件,只需将原水水质输入电脑,各种药剂用量由程序确定。

4.3大流量冲洗的配置

反渗透在水质分离过程中,膜表面含有许多污染物,由于水分离方向与水流方向呈90�关系,所以膜表面污染物部分可通过大量冲洗来去除,实际上原来国产组装设备均忽视了该清洗装置,而进口设备上均配备了清洗装置。目前笔者接触的一些水处理设备工程公司,均已开发PLC自控大流量冲洗系统,该套装置有利于RO膜使用寿命的延长。

2.4.4化学清洗液的选择

RO系统在正常运行情况下,每年只需清洗3、4次,不同的污染应选用不同的药剂。国内一般选用柠檬酸及EDTA为主要成份,但往往清洗效果不佳,而进口清洗液清洗效果明显。如蚌埠第一制药厂,由于淮河水污染严重,操作管理又存在一些问题,结果造成RO膜严重污堵,通过3、4次酸洗碱洗,均无明显效果。针对上述情况,笔者与设备生产厂分析了污堵原因,基本判定为生物污染,大胆使用有针对性的进口化学清洗药剂FIOCLEANMC11后,基本恢复原有性能,且加强管理后运行至今性能稳定。

4.5反渗透装置的设计

RO装置设计计算有一套复杂的计算方式,目前国外各膜元件商均已开发了专用软件,只要设计人员根据原水水质报告及各膜元件性能初步确定方案,然后将原水水质输入电脑,由程序软件来验证初步方案的可行性,若不行则发出警告,并告之哪一部分设计不合理。另外设计者应根据膜元件使用手册中的要求,注意设计应配备的各种保护措施。

5混床紫外线杀菌器及膜滤的选用

混床是提高水质的最终手段,紫外线杀菌器能杀灭水中的细菌,然后通过膜滤,去除细菌尸体,这几套设计均可采用常规产品,在此不作叙述。

 


审核编辑(王雪)
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