RO膜
反渗透膜
RO是英文Reverse Osmosis 的缩写,中文意思是反渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度,水一旦加压之后,将由高浓度流向低浓度,亦即所谓逆渗透原理:由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之一(0.0001微米),一般肉眼无法看到,细菌、病毒是它的5000倍,因此,只有水分子及部分矿物离子能够通过(通过的离子无益损取向),其它杂质及重金属均由废水管排出。所有海水淡化的过程,以及太空人废水回收处理均采用此方法,因此RO膜又称体外的高科技“人工肾脏”。国内外,医学军用民用领域,都采取顶级RO膜进行高分子过滤。
发展背景
1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑问,因为陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水的。经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄膜非常精密,海水经由海鸥吸入体内后加压,再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水,而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外,此即往后反渗透法的基本理论架构,并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备,在1960年经美国联邦政府专案资助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜,一年约投入四亿美元经费研究,以运用于太空人使用,使太空船不用运载大量的饮用水升空,直到1960年投入研究工作的学者、专家越来越多,使之质与量更加精进,从而解决了人类饮用水中的难题。
工作原理
要了解反渗透,首先要了解“渗透”的概念。
渗透是一种物理现象。当两种含有不同盐类的水,如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现,含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而所含的盐分并不渗透,这样,逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止,这一过程称为渗透。然而,要完成这一过程需要很长时间。但如果在含盐量高的水侧,施加一个压力,其结果也可以使上述渗透停止,这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大,可以使方向向反方向渗透,而盐分剩下。因此,反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压力到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中杂质、盐分的目的。
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,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,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。
经典模型
反渗透机理模型有几个经典模型
(1)先吸附毛细孔模型:弱点干态电镜下,没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。由Sourirajan提出。
(2)溶解扩散模型:不认为有孔。
(3)干闭湿开模型:上个世纪80,90年代,邓宇等提出的,能够解释1和2模型的统一的现代最贴切的逆渗透机理模型。既“干闭湿开”反渗透模型,统一了两个最经典的反渗透机制模型,细孔模型,溶解扩散模型。即
膜干时,膜收缩致密,孔隙闭合,电镜下看不到;
膜湿时,膜材料溶胀,膜的孔隙被溶剂溶胀,孔打开。合并就是“干闭湿开”脱盐模型。
污染分析
为了提高清洗效果,清洗前需要对膜污染的状况进行分析,确定污染物的种类,根据反渗透膜污染、结垢的具体情况,选择有针对性的清洗剂进行清洗。
1.分析途径
(1)分析系统运行数据。
(2)分析给水中潜在的污染、结垢成分。
(3)分析SDI仪的膜过滤器收集的污染物。
(4)分析滤芯过滤器的污染物。
(5)检查管道内表面和膜元件两端的状况。
(6)必要时剖开膜元件进行分析,查找污染、结垢成分。
2.分析方法
RO膜污染严重时,可通过染色试验、显微镜分析、傅立叶变换红外线光谱(FTIR)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、能源频射X光线(EDX)分析等查找原因判断故障位置。实际应用中常采用以下简便易行的分析方法。
在确定系统已经发生污染,需要实施化学清洗时,最好先打开压力容器端板,直接观察污染物在压力容器端板与膜元件之间的间隙内累积的情况。一般根据直接观察即可基本确定污染物的类型,从而确定相应的清洗方案。
①前段污染观察
预处理滤料(石英砂、活性炭)泄漏、胶体污染、有机物污染和生物污染时,前端最严重,可以从前端膜元件入口观察到颗粒物及粘液状污染;发生生物污染时会发现腥臭味粘液物质,灼烧刮取的生物粘泥(粘膜),会有蛋白质的焦臭气味。
②末端污染观察
无机盐结垢在系统末端最为严重,在末端膜元件端头处可以摸到粗糙的粉状物。用盐酸(pH3~4)溶解时有气体冒出,说明沉淀物极可能是CaCO3。硫酸盐垢、硅垢在pH很低时也很难溶解。如果垢在0.1mol/LHF溶液中是可溶的,则可能是硅垢。
用途
RO膜民用方面最多是用于纯水机方面,作为纯水机净化的过滤装置之一,在自来水到净水的过滤中起了最核心的作用。RO膜能够有效的去除水中钙、镁、细菌、有机物、无机物、金属离子和放射性物质等,经过该装置净化出的水晶莹清澈、甜美甘醇。该装置适用于家庭和宾馆、酒店、医院等企事业单位饮用净水使用。
清洗方案
清洗RO膜元件的一般步骤:
一、用泵将干净、无游离氯的反渗透产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
二、用干净的产品水在清洗箱中配制清洗液(不同的膜需不同的清洗液)。
三、将清洗液在压力容器中循环1小时或预先设定的时间。
四、清洗完成以后,排净清洗箱并进行冲洗,然后向清洗箱中充满干净的产品水以备下一步冲洗。
五、用泵将干净、无游离氯的产品水从清洗箱(或相应水源)打入压力容器中并排放几分钟。
六、在冲洗反渗透系统后,在产品水排放阀打开状态下运行反渗透系统,直到产品水清洁、无泡沫或无清洗剂(通常15~30分钟)。
膜元件的储存
1.反渗透纯净水设备膜元件在装入压力容器前,不要打开密封包装,在阴凉干燥处存放,避免阳光直射。
2.不可受冻结冰。
膜元件的安装
1.ge纯水机在安装膜元件前,应保证系统已经完成清洁工作。
2.膜元件在装入系统时,要适当润滑O型圈和浓水密封圈,可使用硅基胶或50%甘油水溶液,禁止使用油、油脂、凡士林或石油类化合物。
3.在将膜元件逐一装入压力容器时,在压力容器端板处通过加入垫圈的方法消除间隙,以防止在系统启动和停机时膜元件在压力容器中蹿动,同时可降低膜元件外连接处渗漏的可能性。
新膜清洗
1.新系统在安装膜元件后要进行彻底冲洗,将系统中残留的杂质、溶剂和保护液完全清洗干净。
2.产水用于饮用时,需至少冲洗24小时。
3.系统的启动与运行。
4.在系统启动之前,浓水阀门应保持完全开启。系统启动后可逐渐缓慢关闭浓水阀门,使系统达到设定的回收率。浓水阀关闭时严禁启动设备。
5.在系统运行期间,任何时候(包括系统的预启动、常规操作、冲洗及化学清洗)都不可关闭产水管路上的阀门。
6.在高压运行之前,通过软启动机构或变频调速进行低压冲洗以排出空气。
特别注意
1.保证给水浊度<1.0 NTU或SDI15<5,给水温度<45℃,进水中不含可能对膜造成物理及化学损伤的有害物质。
2.任何时候膜元件进水中的余氯含量不得超过0.05mg/L,否则将会导致膜元件不可恢复的氧化损坏。
维护保养
1.在正常运行一段时间后,膜元件会受到给水中可能存在的悬浮物或难溶物的污染。在标准条件下系统性能下降10%,或显然发生结垢或污堵时,应及时进行清洗。定期地进行水冲洗和化学加药清洗可恢复膜元件的性能,延长膜元件的使用寿命。
2.系统在短期停止运行期间,应每隔5天冲洗系统,冲洗后关闭阀门防止结垢堵塞。
3.系统长期停运(30天以上),添加1%亚硫酸氢钠溶液,以防止细菌繁殖。
参考资料
最新修订时间:2024-12-19 19:33
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