1、反滲透水處理武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院吳志明滲透滲透：當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)的現(xiàn)象。 由于水向鹽水一側(cè)的滲透，使得鹽水的水位被抬高，由此在膜的兩邊形成水位差，從而導(dǎo)致鹽水一側(cè)的水壓大于純水一側(cè)的水壓，最終因水壓的原因，使得純水不再向鹽水一側(cè)滲透。由于滲透使得膜的兩邊對膜的壓力產(chǎn)生差異，其差值就被稱為滲透壓。純水鹽水純水鹽水膜膜滲 透 原 理 示 意 圖反滲透反滲透：在以上裝置達到平衡后，若在膜的鹽水一側(cè)施加壓力，而且這個壓力大于純水的滲透壓力時，水的流向就會發(fā)生逆轉(zhuǎn)，此時，鹽水中的水將流入純水一側(cè)。反滲透的結(jié)果

2、就是鹽水中的水分子進入到純水一側(cè)，實現(xiàn)了水的凈化。生水中含有各種離子，如Ca2+、Mg2+、HCO3-等，可以將生水看作鹽水，經(jīng)過反滲透處理，就將這些離子處理了，再進入鍋爐就不會造成危害了。 濃水給水產(chǎn)品水反滲透的簡單流程圖反滲透膜交叉過濾原理給水濃水滲透水反滲透膜概述復(fù)合膜由三層組成，超薄脫鹽層（在最上面）、中間多孔的聚砜內(nèi)夾層、最下面的聚酯支撐網(wǎng)層。 /td/tr卷式膜管式膜中空纖維膜主要膜的種類膜的種類膜的功能分離驅(qū)動力透過物質(zhì)被截留物質(zhì)微濾多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差水、溶劑和溶解物懸浮物、細菌類、微粒子超濾脫除溶液中的膠體、各類大分子壓力差溶劑、離子和小分子蛋白質(zhì)、各類酶、細菌

3、、病毒、乳膠、微粒子反滲透和納濾脫除溶液中的鹽類及低分子物壓力差水、溶劑無機鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等透析脫除溶液中的鹽類及低分子物濃度差離子、低分子物、酸、堿無機鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等電滲析脫除溶液中的離子 電位差離子無機、有機離子滲透氣化溶液中的低分子及溶劑間的分離壓力差、濃度差蒸汽液體、無機鹽、乙醇溶液氣體分離氣體、氣體與蒸汽分離濃度差易透過氣體不易透過氣體反滲透膜概述反滲透可以除去0.0001um的顆粒雜質(zhì)，一般可除去150200的有機物，除鹽率可高達95%以上，是高含鹽水采用的主要預(yù)脫鹽手段之一，也是當今世界公認的較先進的水處理技術(shù)，運行壓力一般為1.46.0MP

4、a。注意：反滲透膜中物理意義上的孔是不存在的，甚至用高倍率的顯微鏡也無法找到，所以其工作原理并不像有空膜的過濾或者超濾那樣，它不屬于常規(guī)過濾。卷式反滲透膜元件展開圖卷式反滲透膜解剖圖Product tube集水管Feed water原 水Brine seal密封件Permeate滲透液Concentrate濃縮液Reverse Osmosis membrane RO 膜Permeate carrier滲透液流向Feed water原 水Tricot導(dǎo) 布Mesh spacer導(dǎo) 網(wǎng)膜排列構(gòu)造圖Brine seal密封件Product tube集水管Permeate滲透液Concentrate濃

5、縮液Pressure Vessel耐壓膜殼Element膜元件Connector連接件Feed water原 水反滲透膜對溶質(zhì)的去除規(guī)律對無機物的去除率高于有機物，且只能較好地去除分子量大于100的有機物。對離子溶質(zhì)的去除率高于非離子溶質(zhì)，且非離子溶質(zhì)的直徑越大（M越大），其去除率越高。一般來說，一價離子透過率大于二價離子；二價離子透過率大于三價離子；同價離子水合半徑越小，透過率越大，即K+Na+Ca2+Mg2+Fe3+Al3+（透過率越來越?。７礉B透膜對溶質(zhì)的去除規(guī)律分子量低于100的氣體很容易通過膜，如CO2和H2S的透過率幾乎為100%。HCO3-和F-的透過率隨pH值升高而降低。反滲

6、透膜對弱酸的去除率較低，且與分子質(zhì)量有關(guān)。檸檬酸、酒石酸、醋酸的分子量依次降低，其去除率也依次減少。醋酸纖維素膜（CA膜 ）在2.03.0MPa的運行壓力作用下，會發(fā)生壓密現(xiàn)象，從而降低透水量。但這種現(xiàn)象主要發(fā)生在運行的第一年，且是不可逆的。給水壓力和溫度越高，壓密速度越快，這種現(xiàn)象類似于塑料和金屬在壓力下的“應(yīng)變”。當壓力超過3.5MPa時，CA膜的壓密十分嚴重，因此，CA膜不適合在如此高壓下運行。CA膜平整且不帶電，可忍受通常濃度的殺菌劑，如殘余氯。適用于市政水、地表水、高微生物含量水。殘余氯還可抑制和殺死微生物，保護膜。復(fù)合膜 是一種新研制出來的膜，并于20世紀80年代得到應(yīng)用。與CA膜

7、相比，不易水解，可在pH211之間運行，抗生物侵蝕能力強，且能抗膜的壓密。最大優(yōu)點： 一、可在較低壓力下運行（常規(guī)復(fù)合膜為1.6MPa，超低壓復(fù)合膜為1.0MPa，而CA膜為2.8MPa），節(jié)約能源； 二、不易水解，透鹽量能維持穩(wěn)定，不像CA膜，其透鹽量隨時間增長而增加。復(fù)合膜復(fù)合膜的水通量（單位時間、單位膜面積的滲透水量）比CA膜要大，使得其運行的壓力?。?.4MPa），系統(tǒng)更加節(jié)能。復(fù)合膜對氧化劑如殘余氯較敏感，要求給水中把它除去，但微生物對膜的污染機會也增加了。所以對于地表水、井水作為原水時，微生物的繁殖使得選用復(fù)合膜受到限制，尤其是對于間斷運行的系統(tǒng)。復(fù)合膜CA膜在pH56之間運行，所

8、以在運行時要調(diào)整酸度。復(fù)合膜可在pH211間運行，但并不等于可節(jié)約大量的酸，因為對多數(shù)水質(zhì)，都需要加酸才能防止進水濃縮了四倍的濃水中的CaCO3垢在膜表面上形成。復(fù)合膜的價格較CA膜高，但因運行壓力低，對電價較高的地區(qū)，仍然可以通過使用常規(guī)復(fù)合膜或超低壓復(fù)合膜，以節(jié)省運行費用。RO系統(tǒng)中水的回收率與濃縮系數(shù)的關(guān)系102030405060707580859095CF1.111.251.431.672.002.503.334.05.06.671020從表中可以看出，隨著回收率的升高，濃縮系數(shù)呈指數(shù)形式增長。當回收率超過75%時，濃縮系數(shù)迅速增加，從75%95%，濃縮系數(shù)也從4.0迅速增加到20，即

9、回收率達到95%時，進水被濃縮了20倍。同時，當回收率超過75%時，水質(zhì)會迅速下降。原水的預(yù)處理原水中存在懸浮物、膠體等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)一旦與反滲透膜接觸，尤其是在反滲透系統(tǒng)內(nèi)濃縮后接觸時，會造成對膜的污染，影響膜的性能。常用的預(yù)處理方法有：混凝與沉淀處理、水的過濾處理、水的氯化處理、水中鐵的去除等常規(guī)技術(shù)，以及微濾、超濾、疊片過濾等技術(shù)。膠體的混凝沉淀混凝沉淀主要是依照電中和作用和吸附架橋作用的原理進行的。電中和作用是指投加于水中的混凝劑,經(jīng)水解后形成帶正電荷的膠粒,能和水中帶負電荷的膠粒相互吸引,使彼此的電荷中和而凝聚。凝聚的顆粒稱絨體或礬花,它們具有強大的吸附能力,能吸附懸浮物質(zhì)、部分細菌

10、和溶解性物質(zhì)。絨體通過吸附,體積逐漸增大,易于下沉,下沉過程中還可以進一步吸附上述物質(zhì)。膠體的混凝沉淀吸附架橋作用是指混凝劑溶解在水中以后,經(jīng)水解和縮聚形成絨型結(jié)構(gòu)的高聚物。后者能強烈的吸附膠體微粒。隨著吸附微粒的增多,高聚物會彎曲變形和成網(wǎng),從而起到架橋的作用,使微粒間的距離縮短而互相粘結(jié),逐漸形成粗大的絮聚體。絮聚體也能吸附部分細菌和溶解性物質(zhì),最終因重力而下沉。以上兩種作用原理所引起的凝聚和絮聚,總稱為混凝。影響混凝效果的因素混凝劑的用量。對于不同的水質(zhì)，應(yīng)選擇混凝劑加入的最佳用量，這需要通過燒杯試驗來決定。目前一些水廠開始采用流動電流混凝控制技術(shù)來選擇混凝劑的用量，其速度更快。水中離子

11、或雜質(zhì)。水中離子量的多少和種類、濁度高低，以及水中TOC（總有機碳）和DOC（溶解有機碳）或色度的大小等對混凝劑的確定和混凝效果也有直接的影響。水力條件?；炷齽?、助凝劑的加入地點，以及藥品加入后的混合效果，在加藥點和澄清設(shè)備中形成的水力條件等對混合效果均有影響。常見混凝劑和助凝劑常見的混凝劑有：硫酸鋁、聚合氯化鋁（PAC）、硫酸亞鐵、氯化鐵、聚合鐵（PFS）等。常見的助凝劑：用于調(diào)節(jié)pH值的石灰（CaO）或純堿（NaCO3）；作為氧化劑的氯（Cl2）或漂白粉（CaOCl2）；作為絮凝物加固劑的水玻璃（Na2OSiO2 yH2O）；用作高分子吸附劑的聚丙烯酰胺（PAM）等。沉淀與過濾經(jīng)過混凝劑混

12、凝的原水需要進一步經(jīng)過沉淀、澄清和過濾。沉淀和澄清就是利用凝聚沉降的原理，把原水中微小的懸浮物和膠體雜質(zhì)經(jīng)過混凝處理后（形成較大的 顆粒），從水中分離出來。過濾的目的就是進一步除去水中的懸浮物。常見的過濾材料有磺化煤、石英砂、活性炭等過濾材料。氯化處理氯氣、次氯酸作為殺菌劑，廣泛應(yīng)用與水處理中。在反滲透系統(tǒng)中，為了防止反滲透膜的微生物污染，對反滲透進水要進行氯化處理。Cl2 + H2O HClO + HCl當溶液的pH值為56.5時，水中90%以上的氯以次氯酸形式存在，殺菌效果最好。 pH值9時，次氯酸只有0.21mol/L的殺菌效果，多數(shù)氯以次氯酸根的形式存在，因而殺菌效果級差。氯化處理膜元

13、件是醋酸纖維素（CA膜）材料時，反滲透進水pH值一般控制在56之間。對于殺菌效果而言，有明顯的經(jīng)濟型，因為這個酸度下，有利于防止膜的水解。對于復(fù)合膜，因其pH值允許在310之間，當對反滲透器進水進行預(yù)氯化處理時，pH值不宜過高。在一些水處理系統(tǒng)中，為了達到良好的殺菌效果，適當加酸降低pH值也是必要的。水中鐵的去除反滲透系統(tǒng)對鐵的含量有嚴格的限制，因其會在系統(tǒng)中污染膜，還有可能在鐵細菌存在時，形成鐵銹軟泥。除鐵的方法有：混凝法、化學(xué)沉淀法、錳砂過濾法等，前兩種較為常用?；炷ㄊ怯没炷齽┗炷?。化學(xué)沉淀法是將Fe2+氧化成Fe3+， Fe3+在水中發(fā)生水解反應(yīng)，生成難溶的氫氧化鐵沉淀而析出，從而達到

14、除去鐵的目的。4 Fe2+ +O2 + 10H2O = 4Fe（OH）3 + 8H+氯的去除RO膜對殘余氯的忍受度，一般以ppmh表示，它 水中殘余氯的含量（ppm）乘以膜接觸該水的時間（h）得到的。如中空PA膜對殘余氯的忍受度為1000 ppmh，表示高膜接觸0.1ppm殘余氯10000小時，不會有明顯的降解。當使用中空PA膜和復(fù)合膜時，大多數(shù)制造商要求給水中氯濃度為零。所以對于中空PA膜和復(fù)合膜，氯的去除就非常重要。氯的去除加亞硫酸鈉。向含有殘余氯的水中加入一定量的還原劑亞硫酸鈉，發(fā)生脫氯反應(yīng)：Na2SO3+HClO=Na2SO4+HClNaHSO3+HClO=NaHSO4+HCl亞硫酸鈉

15、的加藥量可以按照下式估算：氯的去除式中 需投加純凈的亞硫酸鈉量，mg/L加藥系數(shù)，可取23 水中溶解氧濃度，mg/L 水中殘余氯含量，mg/L63，8，71Na2SO3,1/2O2,Cl2的摩爾質(zhì)量。因Na2SO3有較強的還原性，它還能與水中的溶解氧發(fā)生反應(yīng)：2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4氯的去除還原劑還可以用Na2S3O5（偏亞硫酸鈉）除去游離氯：Na2S3O5+H2O+2HOCl 2NaCl+2H2SO4NaHSO3和Na2S3O5是反滲透水處理較常用的還原劑，NaHSO3一般以液態(tài)供應(yīng)，偏亞硫酸鈉以固態(tài)供應(yīng)。當偏亞硫酸鈉與水混合時，會產(chǎn)生有刺激的煙霧。氯的去除加入還原劑時，

16、為確保RO給水中的氧化劑，可利用ORP計（氧化還原電位計）監(jiān)測水，一般ORP讀數(shù)應(yīng)小于175mV。還原狀態(tài)的水環(huán)境能導(dǎo)致厭氧菌的繁殖，某種厭氧菌還會還原SO42-為H2S，最佳還原電位為-100-200mV，因此，維持稍正值的還原電位有助于控制該類微生物的活性。為確保水中氯完全反應(yīng)，還應(yīng)該加入1ml/L的富裕量。如計算需加0.44ml/L，但實際需加1.44ml/L給水的加酸除垢在反滲透除鹽過程中，由于膜對水中的CO2 透過率幾乎為100%，而對Ca2+的透過率幾乎為零。當回收率為75%時，濃水濃度比進水濃度高4倍，將會導(dǎo)致濃水側(cè)的pH值升高和Ca2+的增加，同時pH的增高會引起水中HCO3-

17、轉(zhuǎn)化為CO32-，極易造成CaCO3在膜表面析出，損壞膜元件，造成膜的透水率和脫鹽率下降。所以在反滲透系統(tǒng)中，通常需要加酸來調(diào)節(jié)pH值，防止CaCO3在膜表面析出。給水的加酸除垢加酸量的大小需要依據(jù)朗格里爾指數(shù)（LSI）來判斷，即使?jié)馑粋?cè)的LSI0，使碳酸鈣無法析出。加酸一般選擇鹽酸或硫酸。依據(jù)膜的特性，加硫酸比加鹽酸要好，因為SO42-比Cl-更不容易通過透過膜。但加硫酸會增大硫酸鈣在膜表面沉淀，因此，具體選用那種酸要依據(jù)實際情況而定。給水加酸除垢的機理按照離子平衡理論，當溶液的pH4時，溶液中幾乎是以CO2和H2CO3的形式存在。當pH為610時，溶液中HCO3-是主要的存在形式。當pH

18、8.4時，溶液中幾乎只含有HCO3-。當pH10.5時，CO32-是溶液中的主要存在形式。所以為防止CaCO3沉淀的生成，可以調(diào)節(jié)水的pH值，從而達到防止碳酸鈣垢在膜的表面生成。阻垢劑阻垢劑對防止難容鹽的析出在反滲透膜上是十分有效的。其機理是通過延緩鹽晶體生長來推遲沉淀的過程，促使晶體不會形成一定大小和足夠的濃度而沉淀下來。大多數(shù)阻垢劑有一定分散劑的作用，防止顆粒聚集成足以沉淀下來的大顆粒。即在反滲透水中難容鹽來不及沉淀在膜表面上，就已隨濃水排到RO裝置之外了。常見的阻垢劑低分子量聚丙烯酸脂。含有多個羧基（-COOH），分子量在1000到5000之間，那個極好地阻止碳酸鹽垢的形成，但在作為分散

19、劑作用上有一定局限。六偏磷酸鈉（SHMP）是低成本的阻垢劑。但不穩(wěn)定，混合（溶解）難些，超過3天就會水解成磷酸鹽，易形成磷酸鈣沉淀。有機磷酸鹽。穩(wěn)定且與SHMP類似，具有阻垢和分散的作用。常見的阻垢劑高分子量聚丙烯酸脂（M=600025000）是最好的分散劑，但其阻垢的性能不如低分子量的聚丙烯酸脂?；旌献韫竸?。如低分子量的聚丙烯酸脂與高分子量的聚丙烯酸脂混合；低分子量的聚丙烯酸脂與有機磷酸鹽混合。即保持良好的阻垢性能，也有較好的分散劑的性能。常見難容鹽的溶度積鹽 類KSP（離子以“mol/L”表示KSP（離子以“mg/L”表示CaSO42.510-596300SrSO46.310-75300B

20、aSO42.010-102.64CaF25.010-11723Si(OH)42.010-396(mg/LSiO2)難容鹽沉淀的判斷當溶液金屬離子的濃度與陰離子濃度的乘積（離子積）大于KSP的時候，沉淀析出。當溶液金屬離子的濃度與陰離子濃度的乘積（離子積）等于KSP的時候，溶液飽和。當溶液金屬離子的濃度與陰離子濃度的乘積（離子積）小于KSP的時候，沉淀溶解。為防止RO膜上結(jié)垢，為慎重起見，一般要求離子積0.8 KSP。 水流量，m3/h； 每小時加藥量，L/h； 阻垢劑濃度。對SHMP，一般配成10%，其他阻垢劑見廠家說明； 阻垢劑的溶液密度； 加藥量，mg/L。阻垢劑加藥量的計算加阻垢劑后允許

21、的離子積值鹽 類離 子 乘 積不加阻垢劑加SHMP加其他阻垢劑CaSO40.8KSP1.5KSP及1.010-3按照廠家要求確定SrSO40.8KSP50KSPBaSO40.8KSP50KSPCaF20.8KSP50KSP反滲透膜的清洗在正常運行條件下，反滲透膜可能被無機物垢、膠體、金屬氧化物等污染。污染物沉積在膜的表面上，會引起反滲透裝置出水率下降或拖延率下降；對裝置的誤操作也會引起膜的污染。為回復(fù)膜的良好透水性，就需要對膜教學(xué)化學(xué)清洗。反滲透膜清洗的條件膜的供應(yīng)商會提供清洗的條件。供應(yīng)商未提供清洗條件的，凡是具備下列條件之一的，需要對膜元件教學(xué)清洗： 標準滲透水流量下降10%15%； 標準系統(tǒng)壓差增加10%15%； 標準系統(tǒng)脫鹽率下降1%2%或產(chǎn)品水含鹽量明顯增加； 已經(jīng)證實有污染或結(jié)垢發(fā)生。陶氏RO膜的清洗條件以上的標準（基準）比較條件取自系統(tǒng)經(jīng)過最初48 小時運行時的操作性能。注意：如果進水溫度降低，元件產(chǎn)水量也會下降，這是正常現(xiàn)象并非膜的污染所致。標準化產(chǎn)水量降低10%以上進水和濃水之間的標準化壓差上升了15%標準化透鹽率增加5%以上常見的膜污染及表現(xiàn)污染類型主要表現(xiàn)形式碳酸鹽垢滲透水流量下降、脫鹽率下降鐵、錳標