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反渗透技术实用问题集解析篇

来源:海德能膜公司作者:海德能膜发表时间:2013-05-16 14:09:36

  反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过它的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。若用反渗透处理海水,在膜的低压侧得到淡水,在高压侧得到卤水。 反渗透时,溶剂的渗透速率即液流能量N为: N=Kh(Δp-Δπ)  式中Kh为水力渗透系数,它随温度升高稍有增大;Δp为膜两侧的静压差;Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为: π=iCRT 式中i为溶质分子电离生成的离子数;C为溶质的摩尔浓度;R为摩尔气体常数;T为绝对温度。 反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备,主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。 反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单,能耗低,近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水(见卤水)淡化、锅炉用水软化和废水处理,并与离子交换结合制取高纯水,其应用范围正在扩大,已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。

  1.膜元件的标准测试回收率、实际回收率与系统回收率

  海德能RO膜价格提供膜元件标准回收率为膜元件生产厂家在标准测试条件所采用的回收率。海德能公司苦咸水膜元件的标准回收率15%,海水膜元件10%。

  膜元件实际回收率是膜元件实际使用时的回收率。为了降低膜元件的污染速度、保证膜元件的使用寿命,膜元件生产厂家对单支膜元件的实际回收率作了明确规定,要求每支l米长的膜元件实际回收率不要超过18%,但当膜元件用于第二级反渗透系统水处理时,则实际回收率不受此限制,允许超过18%。

  系统回收率是指反渗透装置在实际使用时总的回收率。系统回收率受给水水质、膜元件的数量及排列方式等多种因素的影响,小型反渗透装置由于膜元件的数量少、给水流程短,因而系统回收率普遍偏低,而工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,所以实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。

  在某些情况下,对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费,此时在设计反渗透装置时就需要采取一些不同的对策,较常见的方法是采用浓水部分循环,即反渗透装置的浓水只排放一部分,其余部分循环进入给水泵入口,此时既可保证膜元件表面维持一定的横向流速,又可以达到用户所需要的系统回收率,但切不可通过直接调整给水/浓水进出口阀门来提高系统回收率,如果这样操作,就会造成膜元件的污染速度加快,导致严重后果。

  系统回收率越高则消耗的水量越少,但回收率过高会发生以下问题。

  ①产品水的脱盐率下降。

  ②可能发生微溶盐的沉淀。

  ③浓水的渗透压过高,元件的产水量降低。

  一般苦咸水脱盐系统回收率多控制在75%,即浓水浓缩了4倍,当原水含盐量较低时,有时也可采用80%,如原水中某种微溶盐含量高,有时也采用较低的系统回收率以防止结垢。

  2.如何确定系统回收率

  工业用大型反渗透装置由于膜元件的数量多、给水流程长,实际系统回收率一般均在75%以上,有时甚至可以达到90%。对于小型反渗透装置也要求较高的系统回收率,以免造成水资源的浪费。

  应该主要根据以下两点来确定系统的回收率。

  ①根据膜元件串联的长度。

  ②根据是否有浓水循环以及循环流量的大小。

  在系统没有浓水循环时,一般按照以下规定:决定膜元件和系统回收率。

  表-1 回收率和膜元件串联数量

  膜元件串联数量/支 1 2 4 6 8 12 18

  较大系统回收率/% <18 <32 <50 <58 <68 <80 <90

  3.膜元件标准测试压力与实际使用压力

  膜元件标准测试压力为膜元件生产厂家在标准测试条件下所使用的压力,以海德能公司CPA系列产品为例,其标准测试压力为1.55MPa(225psi或者15.5bar)。

  膜元件使用压力为膜元件实际工作时所需要的压力,很多设计人员或使用人员以为膜元件的标准压力即为膜元件的使用压力,从而造成有时系统产水量很大,用户认为膜元件生产厂家的产品质量很好,不知道此时由于系统平均水通量过高,超出了前面所介绍的设计产水量的要求,为反渗透系统长期安全运行埋下了祸根。有时系统产水量很小,认为膜元件生产厂家的质量不好,向膜元件生产厂家索赔。

  实际上膜元件的标准压力与膜元件的使用压力有着本质的不同,膜元件标准压力是膜元件生产厂家为了检验其膜元件质量而人为设定的压力,而实际使用压力则受到温度、平均水通量选取值、进水含盐量、系统回收率、膜元件种类等各种因素的影响,膜元件的使用压力应根据各种因素的不同而不同。较简单的办法就是通过膜元件生产厂家提供的计算软件进行实际计算。

  4.什么叫背压,产水背压会有什么不良后果

  在反渗透水处理领域,背压指的是产品水侧的压力大于给水侧的压力的情况。如前面介绍,卷式膜元件类似一个长信封状的膜口袋,开口的一边粘接在含有开孔的产品水中心管上。将多个膜口袋卷绕到同一个产品中心管上,使给水水流从膜的外侧流过,在给水压力下,使淡水通过膜进入膜口袋后汇流人产品水中心管内。

  为了便于产品水在膜袋内流动,在信封状的膜袋内夹有一层产品水导流的织物支撑层;为了使给水均匀流过膜袋表面并给水流以扰动,在膜袋与膜袋之间的给水通道中夹有隔网层。

  膜口袋的三面是用粘结剂粘接在一起的,如果产品水侧的压力大于给水侧的压力,那么这些粘接线就会破裂而导致膜元件脱盐率的丧失或者明显降低,因此从安全的角度考虑,反渗透系统不能够存在背压。

  由于反渗透膜过滤是通过压力驱动的,在正常运行时是不会存在背压的,但是如果系统正常或者故障停机,阀门设置或者开闭不当,那么就有可能存在背压,因此必须妥善处理解决背压的问题。

  5.为什么高压泵后面应设手动调节门和电动慢开门

  配制标准测试溶液的水源为反渗透产水,因而几乎不带杂质,不存在膜元件被污染的问题。在实际使用时,除了二级反渗透系统的进水是以一级反渗透系统的产水作为原水外,其他反渗透系统的进水几乎都是经普通预处理后的原水。尽管预处理工艺去除了其中一部分杂质,但与标准测试条件下所用水源相比,其进水水质仍然较差。所以膜元件设计产水量应该小于标准产水量,此时如仍按标准产水量作为设计产水量,则反渗透膜元件很快就会受到污染,造成膜元件损坏。

  为了避免上述情况的发生,膜元件生产厂家提供了设计导则,以使设计人员有据可依。设计导则建议应根据不同的进水水源来选取不同的设计产水量。

  即使在实际使用时按照膜元件生产厂家提供的设计导则使用,但是反渗透膜元件仍然会慢慢受到污染,当然在一段时间后可以通过化学清洗部分恢复其性能,但却很难完全恢复其性能,所以有经验的设计人员在设计时应该考虑到这一问题,此时应该选用能够保证3年后达到设计产水量的给水泵,即需要设计更高压力的给水泵,但系统初始投运时不需要很高的压力就可以达到设计产水量,所以系统在初始运行时给水泵压力富裕,随着时间的推移,压力富裕逐渐减少,因此高压泵后面应设手动调节门来调节给水压力。有些时候可以对给水泵设置变频调节装置,此时可以用变频的方法来实现给水压力的调节。

  高压泵后面的手动调节门在设置后一般不需要经常调节,在一段时间内基本上是保持在恒定的位置,在系统每次启动时也不需要开闭此阀门。

  但是如果高压泵后面没有其他阀门,此时每次启动系统时,高压泵的高压水源会直接冲击膜元件,特别是在系统中存在空气时就会产生“水锤”的现象,这样容易造成膜元件的破裂。

  为了防止上述现象的发生,应该在高压泵后面设电动慢开门,在启动高压泵后慢慢打开电动慢开门,也即慢慢向系统的反渗透膜上加载压力,电动慢开门应该是全开全闭阀门,其全开全闭时间是可以调节的,但一般设定为45~60s。所以从反渗透膜元件的安全角度考虑应该设置电动慢开门。

  6.为什么要设置自动冲洗功能

  给水进入反渗透系统后分成两路,一路透过反渗透膜表面变成产水,另一路沿反渗透膜表面平行移动并逐渐浓缩,在这些浓缩的水流中包含了大量的盐分,甚至还有有机物、胶体、微生物和细菌、病毒等。在反渗透系统正常运行时,给水/浓水流沿着反渗透膜表面以一定的流速流动,这些污染物很难沉积下来,但是如果反渗透系统停止运行,这些污染物就会立即沉积在膜的表面,对膜元件造成污染。所以要在反渗透系统中设置自动冲洗系统,利用干净的水源对膜元件表面进行停运冲洗,以防止这些污染物的沉积。

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