1、(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) 了解測定反滲透膜分離的主要工藝參數(shù)(4) 掌握利用電導(dǎo)法確定鹽濃度的方法。實驗原理14( Microfiltration ， MF ) 、 超濾 ( Ultrafiltration, UF ) 、納濾( Nanofiltration, NF )、反滲透(RO)、滲透汽化(Pervaporation, PV )和氣體分反滲透膜通常認為是表面致密的無孔膜，可截留1-10? 小分子物質(zhì)，反滲透膜能截水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從含有多種無機物、有機物和微生物的水體中，提取純凈水的物質(zhì)分離過程。其原理如圖1。2

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，則水分子將從純水一側(cè)通過膜向咸水一側(cè)透過，結(jié)果使咸水一側(cè)的液位上升，直到某一高度，此所謂滲透過程。如圖(b)所示，當滲透達到動態(tài)平衡狀態(tài)時，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N 。如圖 (c)所示，當咸水一側(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，實現(xiàn)反滲透過程。此時,在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高,超過純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，使咸水得到淡化，這就是反滲透脫鹽的基本原理。通常，膜的性能是指膜的物化穩(wěn)定性和膜的分離透過性。膜的物化穩(wěn)定性的主要指標是

3、：膜材料、膜允許使用的最高壓力、溫度范圍、適用的PH范圍，以及對有機溶劑等化學(xué)藥品的抵抗性等。膜的分離透過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。3、 實驗內(nèi)容反滲透膜是實現(xiàn)反滲透的過程的關(guān)鍵，要求具有較好的分離透過性和物化穩(wěn)定性。反滲透膜的分離透過性可用以下幾個參數(shù)來描述：1. 溶質(zhì)分離率(脫鹽率)R式中，2. 溶劑透過速率(水通量)Jw式中，3. 水的回收率Y式中，/h/h/h4. 濃縮倍數(shù)CF本實驗主要實驗內(nèi)容是：a) 測定不同進料流速對膜分離效率的影響，即在同一操作壓力下，改變總進料速

4、度，記錄不同的濃縮液流速、透過液流速及出口純水電阻值；b) 計算水通量，作出J 曲線；c) 計算出脫鹽率和回收率；d) 分析操作條件變化對反滲透效果的影響。4、 實驗裝置與設(shè)備4.1 實驗流程本裝置采用反滲透膜過濾與離子交換技術(shù)相結(jié)合，以城市自來水為原料，制備超純水供實驗室特殊分析使用，出水水質(zhì)可自動檢測，裝置操作簡單，穩(wěn)定性好，具有 很高的實用價值。3 純水制備流程理想的反滲透膜應(yīng)耐化學(xué)和微生物侵蝕，使之在運行過程中膜的分離性能和機械性能保持穩(wěn)定。因此，反滲透凈水工藝不是單一的反滲透脫鹽過程，還應(yīng)包括預(yù)處理過程，就是通過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水要

5、求，保護反滲透膜的正常使用。同時，經(jīng)過反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過95%，但透過液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率、TOC指標一般還達不到高純水要求，工業(yè)上通常采用混床樹脂處理，對水中剩余的陰陽離子進行交換，使水進一步得到凈化。最后，采用紫外殺菌，可降低水中的TOC。本實驗以自來水為原水，設(shè)計了預(yù)處理（活性炭、精濾）、反滲透脫鹽、混床樹脂處理及紫外線殺菌等凈化單元，研究了自來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。4 反滲透膜分離制高純水裝置流程圖4.2 主要設(shè)備1) 自來水預(yù)過濾器：10 英寸活性炭預(yù)過濾和5 m 精過濾；2) 原料儲槽：容積50 升，材質(zhì)A

6、BS工程塑料；3) Y預(yù)過濾器：材質(zhì)工程塑料，進口；4) 增壓泵：型號FLUID-O-TECH 1533，進口；5) 壓力控制器：型號Fannio FNC-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 98%7) 膜殼： 2521 型不銹鋼膜殼；8) 電導(dǎo)儀：型號RM-220，在線檢測純水電阻儀；9) 流量計：規(guī)格10 100L/H 和1 7L/M ，面板式有機玻璃轉(zhuǎn)子流量計；10) 紫外殺菌器：在線流過式殺菌器；11) 核級混合樹脂床，約3 公斤；12) 管道及閥門：UPVC管閥；13) 不銹鋼電控柜及不銹鋼支架。5、 實驗操作步驟1. 關(guān)閉系統(tǒng)排

7、空閥，打開凈水出口閥 、超純水出口閥 ；2. 接通自來水與預(yù)過濾系統(tǒng)，過濾水進入儲槽；3. 接通電源，打開總電源開關(guān)；4. 打開泵回路閥 、濃水旁路閥 ，將濃水流量閥 調(diào)至最大；5. 儲槽中有一定水位高度后開啟輸液泵，取儲槽中水樣，測定其電導(dǎo)率6. 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(膜進口壓力)控制在1.0-1.5Mpa 內(nèi)某一值；7. 若制備超純水，切換閥 到混合樹脂床，純水可單獨收集，打開濃水出口閥 ，濃水直接排放，調(diào)節(jié)一定的自來水進水流速，保持儲槽內(nèi)水位基本不變；8. 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，同時記錄

8、濃縮液、透過液流量，計算回收率；9. 適當打開泵回路閥， 改變總進料速度，重復(fù)第68 操作步驟，比較3 個不同流量下超純水的水質(zhì)變化；10. 停車時，先打開壓力調(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)閉自來水進水。6、 實驗數(shù)據(jù)處理a） 數(shù)據(jù)記錄溫度：25；膜面積：1 m2 ；操作壓力；自來水123平均電導(dǎo)率（ms/ cm）372375373373.3溫度：25；操作壓力0.25MPa ；濃縮液流量：4.9L/min ；透過液流量：78L/h ；實驗組數(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

9、）8.107.938.058.03溫度：25；操作壓力0.30MPa ；濃縮液流量：4.8L/min ；透過液流量：83L/h ；實驗組數(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：25；操作壓力0.375MPa ；濃縮液流量：4.3L/min ；透過液流量：94L/h ；實驗組數(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C）（ mg/L ）與電根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析整理得出不同水型總含鹽量（導(dǎo)率（ ）

10、（ s/cm）和水溫（t）（）之間存在下列關(guān)系式： -價型水： -價型水：重碳酸鹽型水：不均齊價型天然水：對于不清楚水的離子組成，暫不能確定其水型時，可作如下考慮，當常溫下電導(dǎo)率小于 1200ms/cm時，可按重碳酸鹽型水處理，電導(dǎo)率大于1500 ms/cm時，可按-價型水處理，其余則按不均齊價型水處理。實驗舉例：RO 系統(tǒng)進水壓力為0.6MPa 時，濃水壓力0.5MPa，濃水流量13.5L min ，純水3.2 L min，水溫 29.2。1) 進水電導(dǎo)548 ms/ cm；2) 純水電導(dǎo)10.3 ms/cm；NF 系統(tǒng)操作壓力為0.6MPa 時，濃水壓力0.47MPa，濃水流量11L mi

11、n，產(chǎn)水 6L min ，水溫 29.2。3) 進水電導(dǎo)536 ms/ cm；4) 產(chǎn)水電導(dǎo)124 ms/ 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1200 ms/ cm， 可按重碳酸鹽型水處理：實驗組數(shù)123透過液流量QP（L/h ）788394濃縮液流量Q M（ L/min ）4.94.84.3純水回收率Y0.20970.22370.2670操作壓力（MPa）0.250.300.375進水電導(dǎo)率（ms/cm）373.3373.3373.3進水鹽濃度（mg/L ）254.4882254.4882254.4882凈水電導(dǎo)率（ ms/cm）28.1729.230.73鹽濃度（mg

12、/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)實驗數(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。實驗誤差分析：由于實驗裝置存在較為嚴重的系統(tǒng)誤差，認為讀取流量計讀數(shù)不 準，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

13、以操作壓力增大，導(dǎo)致更多的水喝水中的雜質(zhì)透過膜，回收率增大，同時純水鹽濃度增大。2) 結(jié)合反滲透脫鹽與離子交換技術(shù)，說明本工藝的優(yōu)點？在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中水的化學(xué)位升高,超過純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過膜透過到純水一側(cè)，使咸水得到淡化；經(jīng)過反滲透膜脫鹽，水的脫鹽率可超過95%，但透過液中還存在一定濃度的離子，其電導(dǎo)率一般還達不到高純水要求，通常采用混床樹脂處理，對水中剩余的陰陽離子進行交換，使水進一步得到凈化。本實驗脫鹽率在98%以上。設(shè)備操作簡單，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？如果與處理不當或不夠，會發(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。如不及時清洗還會對摸造成不可逆的損傷，縮短膜壽命，嚴重時必須提前更換膜元件。4) 常規(guī)的樹脂再生，是如何實現(xiàn)的？常規(guī)的樹脂再生，可從堿液開始再生，樹脂在酸化后全轉(zhuǎn)化成氫型樹脂，不