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反滲透基本原理與應用

2011-12-09

  反滲透基本原理與應用

  1、反滲透基本原理

  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,此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側,這種現象稱為滲透,若在膜的鹽水側施加壓力,那么水的自發流動將受到抑制而減慢,當施加的壓力達到某一數值時,水通過膜的凈流量等于零,這個壓力稱為滲透壓力,當施加在膜鹽水側的壓力大于滲透壓力時,水的流向就會逆轉,此時,鹽水中的水將流入純水側,上述現象就是水的反滲透(RO)處理的基本原理。

  2、反滲透簡介

  RO(Reverse Osmosis)反滲透技術是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術,源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究,后逐漸轉化為民用,目前已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

  RO反滲透膜孔徑小至納米級(1納米=10-9米),在一定的壓力下,H2O分子可以通過RO膜,而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過RO膜,從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。

  RO膜過濾后的純水電導率 5 s/cm, 符合國家實驗室三級用水標準。再經過原子級離子交換柱循環過濾,出水電阻率可以達到18.2M .cm,超過國家實驗室一級用水標準(GB682—92)。

  3、 滲透預處理目的及考慮因素

  使用反滲透系統時,尤其應注意原水預處理。為了避免堵塞反滲透系統,原水應經預處理以消除水中的懸浮物,降低水的濁度;此外,還應進行殺菌以防微生物的孽生長大。

  由于反滲透對原水中的懸浮物的要求很高,所以常用一種水質對受懸浮物污染情況的污染指數來對水質進行檢測。此法實質上是測定反滲透系統受水中懸浮物的污堵的情況。進入反滲透系統水的污染指數以不大于5為宜,建議值一般小于3。預處理時還應該考慮到進水的pH值。各種半透膜都有其最適宜的運行pH值,故需按反滲透膜的要求,調節進水的pH值。預處理時還應該考慮到進水的溫度。膜的透水量是隨水溫的增高而增大的,但溫度過高會加快醋酸纖維素膜的水解速度,且使有機膜變軟,易于壓實。所以,對于有機膜來說,通常將溫度控制在約20—40℃范圍內為宜,復合膜溫度控制在約5—45℃范圍內為宜。

  4、 預處理中滅菌應怎樣做

  水的常規滅菌處理為投藥與紫外線滅活。例如目前廣泛作為飲料水的純凈水就是經反滲透脫鹽后,再經紫外線殺菌處理的。小容量用水(小于10t/h),可以使用二氧化氯或臭氧殺菌。工業上生產中則以氯氣或次氯酸鈉為多見,也可使用二氧化氯或臭氧。外購的氯氣用鋼瓶貯存,用加氯機投加,電解食鹽(或海水)得到的是次氯酸鈉,無需專用投加設備,即可送入被處理水中。

  臭氧用凈化過的空氣經高壓放電裝置制取,目前有中小型臭氧發生器用于小區供水或中央空調冷卻水系統的滅菌,同樣適用于反滲透裝置的滅活處理,多余的臭氧同樣可以用活性碳吸收處理。二氧化氯可由氯酸鈉制取,在飲用水處理和工業冷卻水處理中使用的也很多。氯酸鈉有爆炸危險,應謹慎使用。

  在反滲透水處理工藝中,除了運轉中的殺菌之外,還有設備停用中的殺菌問題。通常在停機48h以內可用原水沖洗,超過48h可用1.5%亞硫酸氫鈉液保存,達到2周應使用甲醛消毒液殺菌或廠家提供的消毒液滅菌。萬萬不可用市售的84消毒液對膜元件殺菌!

  5、滅菌的必要性

  在水處理工藝中,活性碳過濾器用于對有機物的吸附和對過量氯(余氯)的吸附去除,對前者去除能力較差,通常為50%,對后者則很強,可以完全脫除余氯,這是由于在對余氯吸附的同時,還有自身被氯化的作用。

  活性碳吸附水中營養物質,可以成為細菌微生物的溫床,微生物對水的阻力影響較大,因此,應定期進行反洗處理。如果反洗不能奏效時,應進行滅菌處理。實際上,按照進水濁度安排合理的反沖洗制度更具有實際意義,由于微生物膜與微生物黏泥難于清凈,采取空氣擦洗是必要的。

  6、如何減少故障和降低反滲透清洗頻率

  減少故障和降低反滲透清洗頻率,應該采取以下措施。

  a) 在取得水質全分析的基礎上設計反滲透系統;

  b) 在進行設計前確定RO進水SDI值;

  c) 如果進水水質變化,需要作出相應的設計調整;

  d) 必須保證足夠的預處理;

  e) 選擇正確的膜元件,醋酸纖維素膜或者低污染膜元件對于處理比較復雜的地表水或污水可能更為適用;

  f) 選擇比較保守的水通量;

  g) 選擇合理的水回收率;

  h) 設計足夠的橫向流速及濃水流速;

  i) 對運行數據進行標準化。

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