反渗透原理和反渗透膜课件.ppt

1、膜法分离简介1748年，Nollet观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进入瓶中发现；19世纪中叶发现了透析现象才重视；1864年，Moritz Traube制成了第一张人造合成膜 亚铁氰化铜膜；1950年，W.Juda等试制成功第一张实用价值的离子交换膜；1960年，Loeb和Sourirajan创制了提高盐截留率和水通量的不对称二醋酸纤维素反渗透膜，制成了第一张高性能膜。可以说，非对称膜的研制成功，使反渗透过程从实验室走向工业应用。经过200年的发展，形成了较为完整和系统的基础理论；近代科学技术的发展为分离膜的研究和制造创造了良好的条件；例如：高分子学科、近代分析技术；现代工业的

2、需求；节能、低品位原材料再利用、消除环境污染的生产新技术等。膜分离技术特点（一）膜分离是一个高效的分离行为；90%的乙醇水溶液、N2和H2的分离,与萃取等的对比。能耗非常低；相比传统分离： 蒸馏、蒸发、等多数分离过程的工作温度在室温；在医药工业、生物技术、食品加工等方面 膜分离技术特点（二）规模和处理能力可在很大范围内变化，而其效率、设备单价、运行费等变化不大；设备体积小、占地较少等；可以方便的插入现行生产工业，不必进行较大改变。膜分离设备本身没有运动的部件，很少需要维护，可靠度很高；按膜的材料分： 醋酸纤维素膜、聚砜膜、聚砜酰胺等按膜的结构分： 对称膜、非对称膜、液膜等按膜的用途分： 反渗透

3、、超滤、微滤电渗析等按膜的作用机理分： 多孔膜、致密膜等按孔径分类的分离膜 主要膜分离过程 膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质微 滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂、溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超 滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水、溶剂无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等透 析脱除溶液中的盐类及低分子物浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸 电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体

4、、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体膜的种类微濾膜: 0.1 到 10 微米細菌和微細的懸浮固體超濾膜: 0.005到0.05微米,乳化油, 顏色 , 膠體鈉濾膜: 0.0005到0.005微米 糖, 染料, 界面活性劑, 礦物質反滲透: 0.0001到0.001微米, 鹽,金屬離子, 礦物質純水膜透过操作方式 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 普遍应用于化工、电子、轻工、纺织、冶金、电

5、力、石油、食品等行业。 微滤：35.71% 反渗透： 13.04% 超滤： 19.10% 电渗析： 3.42% 血液透析： 17.70% 气体分离： 9.32% 其它:1.71% 主要工業主要工業汽车涂装业汽车涂装业飲用水飲用水主要工業主要工業发电业发电业半导体及微电子行业半导体及微电子行业主要工業主要工業飲料制品飲料制品制药及医疗业制药及医疗业反渗透系统膜组件部分基本原理分离机理反渗透膜、组件、装置反渗透基本原理纯水盐溶液半透膜渗透压(b) 渗透平衡纯水盐溶液半透膜(a) 渗透纯水盐溶液半透膜外加压力(c) 反渗透渗透：水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。反渗透：当在浓溶液上

6、加压力，且该压力大于于渗透压时，浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程是渗透的相反的程。反渗透分离机理氢键理论 Reid）等人提出的 ，基于一些离子和分子能够通过膜的氢键的结合而发生联系，从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递 优先吸附毛细孔流理论 索里拉金等人提出了优先吸附毛细孔流理论 溶解-扩散理论 Lonsdale和Riley 氢键理论膜的表面层OH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOC

7、COCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOOOOOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O膜的表面层杂质等离子优先吸附毛细孔流理论Na Cl膜元件H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O膜元件H2OH2OH2ONa ClNa ClNa ClNa ClNa ClH2ONa ClH2OH2OH2ONa

8、ClNa ClH2OH2OH2ONa ClNa ClNa ClH2OH2OH2ONa ClNa ClNa ClH2OH2ONa ClNa ClNa ClNa ClH2OH2OH2ONa ClNa ClNa ClH2OH2OH2ONa ClH2O纯水界面主体溶液压力反渗透反渗透膜、组件、装置膜材料 醋酸纤维素类反渗透膜； 芳香含氮高分子反渗透膜； 聚哌嗪类复合膜；膜性能应具备： 脱盐率高、透水率大； 机械强度好，耐压密； 化学稳定性好； 使用寿命长、性能衰减小； 制膜容易，价格低廉，原料充沛； 还有其他耐溶剂、高温、氯等 双层复合膜结构反渗透反渗透膜材料醋酸纤维素类反渗透膜 OOHHHCH2OH

9、OHHHOHOOHHCH2OHOHHHOHOOHHOHCH2OHHHOHHOOHHOHCH2OHHHOHH反渗透反渗透膜材料芳香含氮高分子反渗透膜CCNHHNCCNHHNCOOOCOOOHNH*Oxy反渗透反渗透膜组件 板式组件： 系紧螺栓式、耐压容器式 管式组件： 内压式、外压式 螺旋卷式组件 中空纤维组件 各种组件性能比较卷式膜结构中心管產品水濃水 ATD進水方向流道膜片膜片流道外殼材料收集通道膜的动画效果反渗透原理反渗透的简单流程图给水产品水q V ,f ,c fq V ,b ,c b浓水q V ,p ,c p反渗透衡量膜性能的主要参数 水通量 温度； pH； 压力； 浓度； 透盐率 电

10、解度； 极性； 离子电价； 水合程度； 分子量； 异构体的支链程度； 通量衰减系数反渗透原理1、反渗透装置重要指标水的回收率 Y (以表示)：Y=q V,p100%q V,fq V ,f 给水流量， m3/ hq V ,p 产品水流量， m3/ h2、反渗透装置重要指标水的脱盐率 SR (以表示)：SR=c f c p100%c fSR=c fA c p100%c fAc f ，c p 分别为给水和产品水的浓度，mol/ L或 c fA 平均给水浓度，mol/ LRO原理简介给水产水浓水75回收率100 m3/ h75 m3/ h25 m3/ h90 脱盐率100 mg/l 钙离子13.3 m

11、g/l 钙离子360 mg/l 钙离子反渗透反渗透装置的组合形式多级串联式；多级组合式；带有中间升压泵的三段组合式；浓缩循环方式；典型反渗透系统设计典型反渗透系统设计膜 组 件保 安 过 滤 器活 性 炭 过 滤 器多 介 质 过 滤 器阻垢剂絮凝剂图 1、 典 型 反 渗 透 系 统 设 计典型反渗透系统设计典型反渗透系统设计软化器絮凝剂多介质过滤器活性炭过滤器保安过滤器膜组件图2、典型反渗透系统设计典型多段反渗透系统产 水浓 水传 感 器 代 号 ：压 力 ，电 导 率 ，流 量 ，温 度图 3、 典 型 多 段 反 渗 透 系 统简单多级反渗透给水一级产水一级浓水二级产水二级浓水膜分离技

12、术近膜分离技术近几几年来在中国电力行业的应用概况年来在中国电力行业的应用概况为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？不同水源（市政废水、循环水排污水、地表水、地下水）所采用的膜处理工艺介绍近几年来中国膜法水处理的典型工程介绍为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？为什么膜分离技术近几年得到了最快速的发展？1.工业节水十五规划。北京高井电厂关于循环排污水回用问题证实了超滤作为反渗透预处理的必要性和可行性；2.电厂环保的要求。山西古交电厂是我国第一个30万千瓦以上机组采用EDI技术的电厂。自此，空冷机组和燃机电

13、厂开始普遍采用EDI；3.地表水水质的变化。江河湖泊水系工业和生活污染加重，华东、华南海水倒灌，影响原有水处理系统的可靠运行。4. 中国工业经济快速发展，特别是能源化工等基础工业。带来日益增长的项目机遇；5. 膜分离工艺的设计、应用日趋成熟。膜法工艺高效、便捷、运行管理方便。不同水源所采用的膜处理工艺介绍不同水源所采用的膜处理工艺介绍市政污水市政污水工业废水工业废水除除COD，氨氮，氨氮超滤超滤+反渗透反渗透EDI / 混床混床超滤超滤+反渗透反渗透锅炉补给水锅炉补给水循环水排污循环水排污循环水系统循环水系统EDI / 混床混床废水处理系统废水处理系统不同水源所采用的膜处理工艺介绍不同水源所采

14、用的膜处理工艺介绍1、地下水：即井水，一般水质稳定，污染可能性低，水中溶解氧少，二价Fe、Mn、H2S等还原性物质多，微生物和菌类较少。仅需简单的预处理。例如：设置多介质过滤、加阻垢剂、5um保安过滤器即可，也可能需要除铁除锰。2、地表水：受季节的影响较大，有发生微生物和胶体两方面高度污染的可能性。所需的预处理较复杂。包括：絮凝/助凝、澄清、多介质过滤、超滤、脱氯、加酸、加阻垢剂等。3、工业和市政废水：含有更复杂的有机和无机成分。有些有机物甚至会严重影响反渗透产水量的下降甚至膜的降解。因此必须有更加周全的预处理。包括：酸碱中和、三级生化处理、加氯氧化、澄清多介质过滤、超滤、脱氯、加酸、加阻垢剂

15、等工艺。4、循环排污水：高硬度、高碱度、高pH值，经循环系统浓缩后已处于过饱和状态；水中投加的药剂量及药剂种类很多，水质成分复杂；有机物及细菌微生物的含量较高。预处理工艺的选择要慎重。膜法的预处理工艺介绍膜法的预处理工艺介绍CODNH3N悬浮物胶体、铁、铝油（石灰）混凝澄清砂滤活性炭超滤有机污染物和胶体类物质对高分子膜影响较大；含有特定污染物的工业废水需要特别留意；各种常规预处理工艺常被用来提高系统的可靠性。脱盐部分的工艺脱盐部分的工艺一级反渗透二级反渗透EDI脱碳一级反渗透复床混床脱碳加碱近几年来典型膜法工程近几年来典型膜法工程1. 工业领域膜法水处理的工程市场约40亿人民币；2. 电力行业

16、，目前已经签约的超滤项目，日产水量100万吨，占中国水处理用超滤市场的70。3. 钢铁行业，市场正在快速膨胀；4. 石化行业，节水减排的需求使得膜法市场处于起步阶段。5. EDI市场，大型火电厂约占30的市场，热电、化工等约占30，其余为电子超纯水市场。近几年来典型膜法工程近几年来典型膜法工程循环排污水循环排污水1.大唐高井电厂，循环水排污水回用于锅炉补给水工程系统产水规模150m3/hMMF高压锅炉用水循环排污水浓水外排1级ROUFEDI2级RO脱碳器浓水浓水电力系统第一个投运的循环水排污水回用工程，自此超滤作为反渗透预处理的工艺开始迅速推广。高井电厂超滤系统火电厂循环水排污水回用第一套全膜

17、工艺（超滤ROROEDI） 用户名称：大唐北京高井电厂 规模： 45m3/h（一期），150m3/h（二期） 投运时间： 2003年8月， 2004年10月电厂循环水补充水为永定河河水；循环水排污水浊度1020NTU，COD-Mn约10ppm，电导率1600S/cm；经预过滤超滤反渗透后作为循环水补水，部分经EDI处理后作为锅炉补给水；高井电厂RO-EDI系统2.托克托电厂托克托电厂200m3/h循环水排污水回用工程循环水排污水回用工程循环排污水机械加速澄清池多介质超滤反渗透离子交换系统2004年7月份投运。原水电导率20003000 S/cm。近几年来典型膜法工程近几年来典型膜法工程循环排污

18、水循环排污水3.包头第二热电厂循环水排污水回用用于锅炉补给水工程（MMF）+UF+RO+（离子交换系统） 2004年10月投运，产水量300t/hr。4.包头第一热电厂循环水排污水回用工程MMF+UF+ACF+RO+离子交换系统 产水量180t/hr。近几年来典型膜法工程近几年来典型膜法工程循环排污水循环排污水混凝、澄清、多介质过滤、活性炭等工艺，根据水质情况设置和采用。1.山西古交电厂2x300MW机组亚临界锅炉MMF+UF+RO+RO+EDI2005年10月投运，产水量120t/hr。该项目是我国第一个30万千瓦以上机组的全膜法工程，自此EDI开始进入我国电力系统。近几年来典型膜法工程近几

19、年来典型膜法工程全膜法全膜法近几年来典型膜法工程近几年来典型膜法工程全膜法全膜法内蒙上都电厂，2x600MW，180t/hr（第一个600MW机组）山西兆光（霍州）电厂，2x300MW大连泰山热电厂，120t/hr惠州深能源丰达电力， 70t/hr深圳东部电厂、青岛黄岛电厂、上海石洞口燃机电厂1.太钢太钢1400m3/h污水回用工程污水回用工程曝气曝气+沉淀沉淀+臭氧氧化臭氧氧化+MMF+1级级RO+2级级RO（部分）（部分）2.邯钢邯钢30000m3/d污水回用工程污水回用工程浸没式浸没式UF+RO4.首钢首钢130m3/h污水回用工程污水回用工程（石灰沉淀（石灰沉淀+砂滤）砂滤） +盘滤盘

20、滤+UF+RO3.安钢安钢500m3/h污水回用工程（规划污水回用工程（规划2000m3/h）（石灰沉淀（石灰沉淀+砂滤）砂滤）+MMF+RO5.石钢污水回用工程石钢污水回用工程（石灰沉淀（石灰沉淀+砂滤）砂滤） +MMF+UF+RO4. 浙江玉环电厂30000m3/d海水淡化工程浸没式UF+SWRO+RO3. 大连石化5600m3/d海水淡化工程MMF+ACF+SWRO+RO+RO6. 天津开发区150000m3/d海水淡化工程混凝澄清+UF+SWRO1.大唐王滩电厂10000m3/d海水淡化工程 自清洗过滤+UF+SWRO+RO+（离子交换系统）5.山东昌邑柳瞳亚海水淡化工程150m3/h

21、海水淡化工程MMF+SWRO+脱气+RO+EDI2.青岛发电厂7000 m3/d海水淡化工程 混凝澄清+自清洗过滤+UF+SWRO+RO+（离子交换）1. 国电大同有限公司10000m3/d市政污水回用工程气浮除油+MBR+弱酸氢离子交换4. 天津咸阳路50000m3/d再生水厂市政污水回用工程沉淀+UF+RO（10000m3/d）3. 北京清河污水处理厂80000m3/d市政污水回用工程自清洗过滤+浸没式UF+ACF2.山西大同热电有限公司市政污水回用于锅炉补给水工程MMF+UF+ACF+RO+RO+EDI5.锡林浩特二电厂市政污水回用用于锅炉补给水工程（石灰澄清+砂滤）+UF+RO+（离子

22、交换系统）6.聊城鲁能热厂市政污水回用用于锅炉补给水工程BAF+MMF+UF+ACF+RO+ （离子交换系统）1.燕化炼油污水回用于锅炉补给水工程燕化炼油污水回用于锅炉补给水工程 二级生化+BAF+混凝沉淀+纤维过滤+UF+RO+ 离子交换 2004年11月正式投运，超滤产水560t/hr。项 目超滤进水CODc（mg/L）40浊度（NTU）5.0 油（mg/L）2氨氮（mg/L）1悬浮物（mg/L）53. 广州石化假定净水（雨水+循环水排污水）污水回用工程预过滤+CMF（320m3/h）+RO（80m3/h)5. 洛阳石化化纤污水回用工程MBR （200m3/h)4. 燕山石化化工污水回用工程浸没式UF (1200m3/h) +RO (800m3/h)2.齐鲁石化地下水（假定污水）回用工程MMF+UF+RO+（离子交换系统）谢谢！