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    反滲透膜在水處理中的系統設計指南

    2012-06-27 09:46:35

      【反滲透膜的特殊應用】

      一個反滲透系統的優先設計點和需要水量等參數有關,同時也受反滲透膜元件和原水的自身特點的限制。舉例說明,從難溶鹽和膠體汙染角度考慮,多段的反滲透系統回收率可能達到88%。單支膜元件流程的系統即使不會結垢並且SDI3.0-5.0沒有問題,但系統回收率還是15%。

      另一方面, 海水淡化系統只有30-45%的回收率(多支膜串聯),主要因爲濃水的滲透壓高的原因,一般海水膜元件長期運行時*高的操作壓力在69bar左右。單支海水膜元件*高回收率只有10%左右(SDI<5)。

      在海水系統中,即使在允許的*高壓力下,滲透液水量也相對較低,而在苦鹹水系統中,即便沒有達到41bar的操作極限,滲透液流量也會很高。盡管爲了*大限度減少膜元件費用而增加滲透液流量是很誘人的,但是爲了防止汙染和結垢,這個流量是要被限制的,例如:系統設計中流量極限取決于進水中的汙染趨勢。

      系統設計指南

      上面提到了影響海水淡化系統的主要因素有滲透壓和海水膜元件的物理耐久特性,雖然在苦鹹水系統中,進水中的結垢和汙染趨勢對系統設計有很大影響,但在海水系統中這兩個因素的影響不大。單段海水系統回收率通常可以做到30- 40%左右。

      比較而言,由于進水中汙染和結垢趨勢多種多樣,加之在回收率超過50%時要采用多段排列,苦鹹水系統的設計需要更加地精心。單位膜面積産水量越大(即平均産水通量越大),膜的汙染越快,化學清洗越頻繁。SDI值的高低代表水中汙染物質的多少。

      某些應用領域,原水爲少量特殊的溶液如廢水或工藝水,間歇式操作是適合的方法。原水收集在一個水箱裏等待處理。産品水收集走,濃水循環回原水箱。在一次間歇操作結束時,排放掉原水箱中的少量濃水,按標准方法清洗膜元件,再將原水箱注入溶液等待處理。

      間歇式運行系統

      間歇式的改進方式是半間歇式模式。系統運行時不斷給原水箱補充源水,當水箱中完全充滿濃縮液時停止運行,這樣也可以使原水箱小一點。間歇式操作的壓力恒定不變,所以産水量隨進水濃度增大而減少。表1的設計導則對間歇操作也適用,如果有合理的清洗頻率, 産水通量可以適當超出。

      超濾膜在水處理設備中的作用

      工業工件的潤滑、清洗和石油化工行業的煉制及加工會産生許多含油的廢水,含油的廢水一般爲漂浮油、分散油和乳化油三種形態存在其中乳化油的分離技術難度*大,用電解法或化學法破乳使油粒凝聚的成本比較高,而超濾這種膜就可以直接可將油水分離,特別適用于高濃度乳化油的處理淨化回收。超濾淨水設備處理乳化油廢水時,界面的活性劑可以透過,而超濾膜對油完全阻止,隨著濃度的不斷增加油就會漂浮油浮于液面上,再用收集油裝置即可去除。

      液膜法除酚速度快、流程簡單,可處理各種濃度含酚廢水。北京大學環境研究機構所采用液膜法兩段逆流連續萃取除酚,將煤油活性劑、氫氧化鈉水溶液混合攪拌制成乳狀液,處理後的工業含酚廢水中酚含量從800mg/L降至0.5mg/L。當今,我國在液膜處酚技術方面已進入工業應用階段。

      生物膜廢水處理相關技術是把膜分離技術和廢水處理中的汙泥工藝相結合,將生物器與膜組件合用的一項淨水技術。其過程爲:汙水進入生物器與生物相充分反應後,再循環泵的有效作用下,流經膜組件,排放過濾出水,生物相回流入生物反應器。膜組件取代了傳統工藝的二次沉澱池,且比之傳統工藝有許多優點:

      (1)膜生物反應器中同時進行生物處理和過濾消毒作用,所以其出水水質良好;

      (2)在反應器中可獲得較高的微生物濃度,提高處理負荷;

      (3)水力停留時間與汙泥齡完全分離,使生物處理過程易于控制且具有更高的可靠性和靈活性;

      (4)可以截留短時間難于降解的大分子有機物;

      (5)設備緊湊,占地少。

      【反滲透膜的評價指標及影響因素】

      反滲透膜元件的脫鹽率在其制造成形時就已確定,脫鹽率的高低取決于反滲透膜元件表面超薄脫鹽層的致密度,脫鹽層越致密脫鹽率越高,同時産水量越低。反滲透對不同物質的脫除率主要由物質的結構和分子量決定, 海德能反滲透膜元件 對高價離子及複雜單價離子的脫除率可以超過99%,對單價離子如:鈉離子、鉀離子、氯離子的脫除率稍低,但也超過了98%;對分子量大于100的有機物脫除率也可達到 98%。

      2、産水量(水通量)

      産水量(水通量)DD指反滲透系統的産能,即單位時間內透過膜水量,通常用噸/小時或加侖/天來表示。

      滲透流率DD滲透流率也是表示反滲透膜元件産水量的重要指標。指單位膜面積上透過液的流率,通常用加侖每平方英尺每天(GFD)表示。過高的滲透流率將導致垂直于膜表面的水流速加快,加劇膜汙染。

      3、 回收率

      回收率--指膜系統中給水轉化成爲産水或透過液的百分比。膜系統的回收率在設計時就已經確定,是基于預設的進水水質而定的。回收率通常希望*大化以便提高經濟效益,但是應該以膜系統內不會因鹽類等雜質的過飽和發生沉澱爲它的極限值。 回收率=(産水流量/進水流量)×100%

      二、反滲透的影響因素 反滲透 膜的水通量和脫鹽率是反滲透過程中關鍵的運行參數,這兩個參數將受到壓力、溫度、回收率、給水含鹽量、給水PH值因素的影響。

      1、進水壓力

      進水壓力本身並不會影響鹽透過量,但是進水壓力升高使得驅動反滲透的淨壓力升高,使得産水量加大,同時鹽透過量幾乎不變,增加的産水量稀釋了透過膜的鹽分,降低了透鹽率,提高脫鹽率。當進水壓力超過一定值時,由于過高的回收率,加大了濃差極化,又會導致鹽透過量增加,抵消了增加的産水量,使得脫鹽率不再增加。

      2.、進水溫度 溫度對反滲透的運行壓力、脫鹽率、壓降影響*爲明顯。溫度上升,滲透性能增加,在一定水通量下要求的淨推動力減少,因此實際運行壓力降低。同時溶質透過速率也隨溫度的升高而增加,鹽透過量增加,直接表現爲産品水電導率升高。 溫度對反滲透各段的壓降也有一定的影響,溫度升高,水的粘度降低,壓降減少,對于 反滲透 膜的通道由于汙堵而使湍流程度增強的裝置,粘度對壓降的影響更爲明顯。 反滲透膜産水電導對進水水溫的變化十分敏感,隨著水溫的增加,水通量也線性的增加,進水水溫每升高1℃,産水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透過膜的水分子粘度下降、擴散性能增強。進水水溫的升高同樣會導致透鹽率的增加和脫鹽率的下降,這主要是因爲鹽分透過膜的擴散速度會因溫度的提高而加快。

      【反滲透膜的基本分離特性】

      1) 無機物的脫除率比有機物的脫除率高,有機物分子量大于100的也有比較高的脫除率。

      2) 離子態溶質的脫除率好于非離子態溶質。

      脫除率高于Na+。

      4) 無機物溶質脫除率與離子大小和水合離子大小有關。離子半徑或水合離子半徑越大,脫除率就越高。

      5) 非離子態溶質的分子量越大,脫除率越高。

      6) 分子量小于100的氣體分子很容易滲透過膜片。例如,氨氣、氯氣、二氧化碳、氧氣和硫化氫容易透過膜。

      7) 弱酸的脫除率低並且和分子量有關。以下三種酸的脫除率因分子量減少而降低。檸檬酸高于酒石酸高于乙酸。

      ◎ CSM反滲透膜的特性

      1) 高水通量和高脫鹽率

      2) 化學穩定性好 (pH2 - 12)

      3) 使用壽命長

      4) 抗生物汙染

      5) 可使用壓力範圍廣泛(20 - 1000psi)

      6) 可使用溫度範圍廣泛(4℃ - 45℃)

      7) 經濟性好

      間歇式操作與連續操作的比較

      優勢 :

      • 系統回收率可以*大化

      • 清洗容易操作

      缺點 :

      • 産水質量不穩定

      • 泵選擇偏大

      • 運行費用偏高

      單支壓力容器系統

      單支壓力容器*多可以串聯安裝7支膜元件,第1支膜的濃水作爲第2支膜的進水流入下一支膜。 如此下去,所有膜元件的産水管連接並與容器兩端端板上的産水口連接,産水收集可以在其中任何一端。

      單支壓力容器系統中的膜元件數量根據産水需要而定。

      進水經過截止閥進入膜系統,首先通過保安過濾器,然後進入高壓泵,通過高壓泵升壓後,再進入膜組件的入口,産品水離開膜組件時,爲防止産水背壓造成膜元件的損壞,産水壓力不應高于0.3 bar( 5 psi )。

      濃水端出口的壓力幾乎與進水壓力相當,系統從進水到濃水出口之間的壓差通常在0.3-2.0 bar之間,它取決于元件數量、進水流速和水溫。濃水控制閥控制濃水流量和系統的回收率,系統回收率不得超過設計規定值。

      單段系統

      在單段系統中,兩個或兩個以上的膜組件並聯在一起,進水、産水和濃水均由總管管路系統分別相連。其它方面與單支組件系統相同。單段系統通常用于要求系統回收率小于 50%,


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