水处理应用
与其他传统分离工程相比,反渗透分离过程有其*特的优势:(1)压力是反渗透分离过程的主动力,不经过能量密集交换的相变,能耗低;(2)反渗透不需要大量的沉淀剂和吸附剂,运行成本低;(3)反渗透分离工程设计和操作简单,建设周期短;(4)反渗透净化效率高,环境友好。因此,反渗透技术在生活和工业水处理中已有广泛应用,如海水和苦咸水淡化、医用和工业用水的生产、纯水和**纯水的制备、工业废水处理、食品加工浓缩、气体分离等。
海水和苦咸水淡化
20世纪60年代以来,反渗透脱盐已成为一种获取饮用水的重要途径,是解决淡水资源紧缺的一种有效方法。目前,反渗透脱盐技术主要应用在两个方面:海水淡化和苦咸水脱盐。
全世界海水淡化装置中约有30%是利用反渗透技术实现的,通过反渗透膜可除去海水中99%以上的盐离子, [2] 得到可饮用的淡水。以色列的反渗透海水淡化技术比较良好,2005年阿什克伦建造了当时世界上大的反渗透海水淡化装置,产水量为3.3×105m3·d-1,占到以色列全部水需求量的15%,产水成本约为0.53美元·m-3。我国大的反渗透海水淡化站位于大连市长海县。
苦咸水在我国北方地区分布较为广泛,含盐离子较多,可通过反渗透技术进行除盐淡化处理,达到饮用水标准。马莲河流域**工程利用马莲河上游环江苦咸水资源,采用反渗透膜技术,建立1000m3·d-1苦咸水淡化工程,出水水质达到国家生活饮用水卫生标准,有效解决了环县城区5万居民饮水问题。何绪文、姚永毅、孙魏等均对苦咸水进行过反渗透处理的实验研究,系统脱盐率>95%,出水水质**国家饮用水标准。
海水和苦咸水淡化是反渗透技术的传统应用领域,目前存在的问题仍然是操作压力偏高,能耗较大,另外海水中的Cl-对反渗透膜也有较大的污染,阻碍了反渗透技术在该领域的进一步推广。目前,低压、低能耗、抗污染、抗氧化的反渗透膜正在积极的研发之中,以便从根本上解决现在存在的问题。
纯水和**纯水的制备
反渗透+混床水处理技术改进了原来的全离子交换制水工艺,运行期间,产水增加,水质改善,大幅度降低了制水成本。此外,许多科研人员均对反渗透+电去离子法制取纯水进行了实验研究,达到了预期结果,证实了反渗透+电去离子法制取高纯水的可行性。通过控制反渗透的级数可制取不同纯度脱盐水。随着反渗透级数的增加,脱盐水的纯度提高,但是出水量减少,水利用率降低,因此,反渗透装置连用一般不会**过二级,通常将反渗透与电去离子技术联用,不仅克服了反渗透出水不能彻底除盐的不足,还可以提高电去离子装置的进水水质,防止电去离子设备损坏,提高整体净水效果。
工业废水处理
工业废水处理是除脱盐和纯水的制备领域外,反渗透技术应用多的一个领域。工业废水处理具有降低生产成本,保护环境,实现废水资源化等多重意义。由于反渗透膜对进水要求较高,运用反渗透技术对废水进行深度处理时,往往还要结合沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等预处理工艺。
重金属废水处理
反渗透技术在重金属废水处理中应用较早,国内外均对此进行了大量的研究。早在20世纪70年代,反渗透技术已经在电镀废水处理中有所应用,主要是大规模用于镀镍、铬、锌漂洗水和混合重金属废水的处理。
膜分离技术浓缩电镀镍漂洗水,镍离子的截留率大于99%,经一级纳滤和两级反渗透浓缩后,浓缩液中镍离子浓度达到50g·L-1,透过液可经处理后再次回用。张连凯对印制电路板加工酸洗车间产生的重金属废水调节pH至中性后采用超滤+反渗透工艺进行中试,反渗透系统对Cu2+和溶解性总固体的去除率分别为99.9%和98.9%。
印染废水处理
印染纺织废水不仅色度高、水量大,而且成分十分复杂,废水中含有染料、浆料、油剂、助剂、酸碱、纤维杂质以及无机盐等,染料结构中还含有很多较大生物毒性的物质,如和胺类化合物以及铜、铬、锌、砷等重金属元素,如不经处理直接排放,必将对环境造成严重污染。
超滤+反渗透双膜技术处理印染废水,超滤能够有效地去除废水中大分子**物,降低浊度,使进水水质达到反渗透膜的要求,经反渗透处理后,**物和盐的去除率可分别达99%和93% 以上,产水化学需氧量小于10mg·L-1,电导率小于80μS·cm-1,产水满足大部分印染工艺用水标准。钟璟采用中空纤维超滤膜和反渗透技术处理羊毛印染废水,操作压力为0.1MPa,流速为1500L·h-1的条件下,色度、含盐量等指标均有显着的降低,COD值、色度达标排放。
电厂循环废水处理
电厂循环冷却水系统对水的消耗量很大,占到纯火力发电厂用水的80%,热电厂用水的50%以上,对循环排放水进行回收处理,产水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源,不仅防止了对环境造成污染,还可以有效节约水资源,降低生产成本。
超滤+反渗透技术联合操作对电厂循环排污水进行处理,投运以来,反渗透系统运行良好,产水量68m3·h-1,电导率小于35μS·cm-1,脱盐率**97%。双膜法水处理工艺,经过超滤+二级反渗透+混床处理后的精脱盐水可供电厂锅炉及干熄焦使用,日产精脱盐水15000t。超滤—反渗透组合工艺处理循环冷却排污水做了现场试验,反渗透系统各段运行压力平稳,产水满足回用的要求。陈颖敏采用连续微滤 + 反渗透技术对循环排污水进行预除盐,反渗透系统脱盐率达98%以上。
化工废水处理
采用离子交换法生产K2CO3的生产过程中,会产生大量的NH4Cl废水,为了节约用水和彻底解决NH4Cl废水排放问题,张继臻采用选择离子交换、反渗透膜分离和低温多效闪蒸相结合的方法,将低浓度NH4Cl废水进一步浓缩回收,使废水由达标排放转变为全部回收利用,达到零排放。
石油化工废水成分复杂,除含有油、、、、氰、环烷酸等**物以外,还含有金属盐、反应残渣等,污染物浓度高且难降解,水量及酸碱度波动较大,传统的水处理工艺很难达到资源回收再利用的 目的。
反渗透一般作为工业废水终端处理,对水中的无机盐、**物、重金属离子等都有很高的截留率,出水水质优良,可回用作冷却水或工艺用水循环利用,不仅节约了新鲜水的使用量,节约生产成本,还减少了污水的排放量,对环境保护和可持续发展都有着重要意义,对缺水地区具有巨大的经济效益。
RO水处理系统
RO水处理系统也称反渗透水处理系统,是六十年代发展起来的一种膜分离技术,其原理是原水在高压力的作用下通过反渗透膜,水中的溶剂由低浓度向高浓度扩散从而达到分离、提纯、浓缩的目的,由于它于自然界的渗透方向相反,因而称它为反渗透。反渗透水处理系统可以去除水中的细菌、病毒、胶体、**物和98%以上的溶解性盐类。该方法具有运行成本低,操作简单,自动化程度高,出水水质稳定等特点。与其他传统的水处理方法相比具有明显的优势,广泛运用于水处理相关行业。
中文名 RO水处理系统 别 称 反渗透水处理系统
目录
1 原理
? 技术工艺
? 发展
2 优势
3 应用
4 问题解决方案
? 操作压力问题
? 膜污染问题
? 浓水处理问题
原理
RO(Reverse Osmosis)是利用RO膜的选择性,以膜两侧静压差为动力,克服溶剂(通常是水)的渗透压,允许溶剂通过而截留离子物质,对液体混合物进行分离的膜过程。进行RO分离过程有2个必要条件:一是外加压力必须大于溶液的渗透压力(操作压力一般为1.5~10.5MPa);二是必须有一种高透水性、高选择性的半透膜。RO膜表面微孔孔径一般小于1nm,对绝大部分无机盐、溶解性**物、溶解性固体、生物和胶体都有很高的去除率。 [1]
技术工艺
RO膜自身对进水的pH、温度以及特定的化学物质比较敏感,进水的水质严格要求pH值范围4~10,温度95%,出水水质**国家饮用水标准。
海水和苦咸水淡化是RO技术的传统应用领域,目前存在的问题仍然是操作压力偏高,能耗较大,另外海水中的Cl-对RO膜也有较大的污染,阻碍了RO技术在该领域的进一步推广。目前,低压、低能耗、抗污染、抗氧化的RO膜正在积极的研发之中,以便从根本上解决现在存在的问题。 [3]
纯水和**纯水的制备
清华紫光古汉集团衡阳制药厂采用RO+混床水处理技术改进了原来的全离子交换制水工艺,运行期间,产水增加,水质改善,大幅度降低了制水成本。此外,许多科研人员均对RO+电去离子法制取纯水进行了实验研究,达到了预期结果,证实了RO+电去离子法制取高纯水的可行性。
通过控制RO的级数可制取不同纯度脱盐水。随着RO级数的增加,脱盐水的纯度提高,但是出水量减少,水利用率降低,因此,RO装置连用一般不会**过二级,通常将RO与电去离子技术联用,不仅克服了RO出水不能彻底除盐的不足,还可以提高电去离子装置的进水水质,防止电去离子设备损坏,提高整体净水效果。
工业废水处理
工业废水处理是除脱盐和纯水的制备领域外,RO技术应用多的一个领域。工业废水处理具有降低生产成本,保护环境,实现废水资源化等多重意义。由于RO膜对进水要求较高,运用RO技术对废水进行深度处理时,往往还要结合沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等预处理工艺。 [3]
1、重金属废水处理
RO技术在重金属废水处理中应用较早,国内外均对此进行了大量的研究。早在20世纪70年代,RO技术已经在电镀废水处理中有所应用,主要是大规模用于镀镍、铬、锌漂洗水和混合重金属废水的处理。
MohsenNiaa加入Na2EDTA对Cu2+和Ni2+离子进行螯合作用,然后通过RO过滤,对Cu2+和Ni2+的离子截留率可以提高至99.5%。Covarrubias、Bo-dalo等采用RO膜处理制革废水,结果表明,RO膜对皮革工业废水中的铬和**物有很高的去除率。
长沙力元新材料股份有限公司采用膜分离技术浓缩电镀镍漂洗水,镍离子的截留率大于99%,经一级纳滤和两级RO浓缩后,浓缩液中镍离子浓度达到50g·L-1,透过液可经处理后再次回用。张连凯对印制电路板加工酸洗车间产生的重金属废水调节pH至中性后采用超滤+RO工艺进行中试,RO系统对Cu2+和溶解性总固体的去除率分别为99.9%和98.9%。
2、印染废水处理
印染纺织废水不仅色度高、水量大,而且成分十分复杂,废水中含有染料、浆料、油剂、助剂、酸碱、纤维杂质以及无机盐等,染料结构中还含有很多较大生物毒性的物质,如和胺类化合物以及铜、铬、锌、砷等重金属元素,如不经处理直接排放,必将对环境造成严重污染。
曾杭城应用超滤+RO双膜技术处理印染废水,超滤能够有效地去除废水中大分子**物,降低浊度,使进水水质达到RO膜的要求,经RO处理后,**物和盐的去除率可分别达99%和93%以上,产水化学需氧量小于10mg·L-1,电导率小于80μS·cm-1,产水满足大部分印染工艺用水标准。钟璟采用中空纤维超滤膜和RO技术处理羊毛印染废水,操作压力为0.1MPa,流速为1500L·h-1的条件下,色度、含盐量等指标均有显着的降低,COD值、色度达标排放。
3、电厂循环废水处理
电厂循环冷却水系统对水的消耗量很大,占到纯火力发电厂用水的80%,热电厂用水的50%以上,对循环排放水进行回收处理,产水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源,不仅防止了对环境造成污染,还可以有效节约水资源,降低生产成本。
北京京丰天然气燃机联合循环电厂采用超滤+RO技术联合操作对电厂循环排污水进行处理,投运以来,RO系统运行良好,产水量68m3·h-1,电导率小于35μS·cm-1,脱盐率**97%。邯郸钢铁集团有限责任公司电厂脱盐水站同样采用双膜法水处理工艺,经过超滤+二级RO+混床处理后的精脱盐水可供电厂锅炉及干熄焦使用,日产精脱盐水15000t。此外,郭青[39]在临沂发电有限公司,对超滤-RO组合工艺处理循环冷却排污水做了现场试验,RO系统各段运行压力平稳,产水满足回用的要求。陈颖敏采用连续微滤+RO技术对循环排污水进行预除盐,RO系统脱盐率达98%以上。
4、化工废水处理
采用离子交换法生产K2CO3的生产过程中,会产生大量的NH4Cl废水,为了节约用水和彻底解决NH4Cl废水排放问题,张继臻采用选择离子交换、RO膜分离和低温多效闪蒸相结合的方法,将低浓度NH4Cl废水进一步浓缩回收,使废水由达标排放转变为全部回收利用,达到零排放。
石油化工废水成分复杂,除含有油、、、、氰、环烷酸等**物以外,还含有金属盐、反应残渣等,污染物浓度高且难降解,水量及酸碱度波动较大,传统的水处理工艺很难达到资源回收再利用的目的。兰州石化公司于2006年新建的500t·h-1脱盐水装置,5年间运行稳定,脱盐率高,效果良好。李宇航采用超滤+RO双膜法进行了石化废水再生利用的中试,超滤系统产水SDI99%,终端产水达到循环冷却补水水质要求。
RO一般作为工业废水终端处理,对水中的无机盐、**物、重金属离子等都有很高的截留率,出水水质优良,可回用作冷却水或工艺用水循环利用,不仅节约了新鲜水的使用量,节约生产成本,还减少了污水的排放量,对环境保护和可持续发展都有着重要意义,对缺水地区具有巨大的经济效益。 [3]
问题解决方案
操作压力问题
RO技术较之传统分离工艺在能耗方面有着*特的优势,但是在RO的传统脱盐领域和废水处理领域,降低能耗仍然是人们关注的重点,尤其是海水淡化中,RO所需能耗远大于RO膜的成本。为了减小操作压力,提高通量,RO材料正在向皮层**薄型和低压型RO膜方向发展;对出水要求不是很高的工业废水处理,可选择采用纳滤膜代替RO膜,在产水水质满足用水要求的前提下,降低能耗。
膜污染问题
RO膜污染是制约RO技术广泛应用的另一重要因素,膜污染不仅影响了膜的稳定运行和出水水质,还缩短了膜的使用寿命。针对膜污染,主要的方法有:
(1)完善预处理系统,保证RO系统进水水质;
(2)对RO膜进行清洗,对膜污染物进行化学分析,选择佳的清洗剂和清洗方法;
(3)定期对RO膜装置进行停车保养。
浓水处理问题
RO水处理工艺对进水进行分离后,不可避免地会产生浓水,浓水的主要特点是含盐量比较大,由于RO进水严格,因此浓水的色度,浊度,以及**物的含量都比较低。根据RO浓水的特点,可加入阻垢剂后回用RO系统,调节浓水和进水比例,达到循环利用;如浓水中某贵重离子含量较高,可对该离子进一步浓缩提纯。詹金坤还验证了RO浓水作为超滤反洗水的可行性,也是一种RO浓水利用的新方法。 [4]
反渗透水处理 !
反渗透是一种借助于选择透过(半透过)性膜的功能以压力为推动力的膜分离技术。
目录
1 定义
2 工作原理
3 反渗透作用
4 下降原因
5 工艺原理
6 设备用途
7 应用领域
定义
反渗透是一种借助于选择透过(半透过)性膜的功能以压力为推动力的膜分离技术,当系统中所加的压力大于进水溶液渗透压时,水分子不断地透过膜,经过产水流道流入中心管,然后在一端流出水中的杂质,如离子、**物、细菌、病毒等,被截留在膜的进水侧,然后在浓水出水端流出,从而达到分离净化目的。
工作原理
反渗透是精密的膜法液体分离技术,在进水(浓溶液)侧施加操作压力以克服自然渗透压,当**自然渗透压的操作压力离加于浓溶液侧时水分子自然渗透的流动方向就会逆转,进水(浓溶液)中的水分子部份通过反渗透膜成为稀溶液侧的净化产水;反渗透设备能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的**物,但允许水分子透过,反渗透复合膜脱盐率一般大于98%,它们广泛用于工业纯水及电子**纯水制备,饮用纯净水生产,锅炉给水等过程,在离子交换前使用反渗透设备可大幅度降底操作用水和废水的排放量。
反渗透作用
反渗透是目前过滤精度高的膜分离技术。过滤精度达到0.0001um。过滤了自来水中的所有物质,没有矿物质和微量元素,这种水是可以直接饮用的。水中的杂质如可溶性固体、**物、胶体物质及细菌等则被反渗透膜截留,在截流液中浓缩并被去除。一级反渗透可去除原水中97%以上的溶解性固体。
反渗透原理图
反渗透原理图
反渗透膜工作原理是将纯水与含有溶质的溶液用一种只能通过水的半透膜隔开,此时,纯水侧的水就自发的透过半透膜,进入溶液一侧,溶液侧的水面升高,这种现象就是渗透。当液面升高至一定高度时,膜两侧压力达到平衡,溶液侧的液面不再升高,这时,膜两侧有一个压力差,称为渗透压。如果给溶液侧加上一个大于渗透压的压力,溶液中的水分子就会被挤压到纯水一侧,这个过程正好与渗透相反,我们称之为反渗透。我们可以从反渗透的过程看到,由于压力的作用,溶液中的水分子进入纯水中,纯水量增加,而溶液本身被浓缩。反渗透除盐原理,就是施以比自然渗透压较大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压到膜的另一边,从而达到除去水中盐分的目的。这就是反渗透膜除盐原理。
下降原因
反渗透膜的性能下降主要原因是由于膜表面受到了污染,如表面结垢,膜面堵塞;或是膜本身的物理化学变化而引起的。物理变化主要是由于压实效应引起膜的透水率下降;化学变化主要是由于PH值的波动而引起的,如使纤维素膜水解;游离氯也会使芳香聚酰胺膜性能恶化。反渗透膜污染堵塞的主要原因是由于膜面沉积和微生物的滋长而引起的。其中微生物不仅堵塞膜,并对纤维素有侵蚀损害作用。因此,在膜内必须保持一定的余氯量,但是余氯太高,又会引起膜性能下降,故在纤素膜前保持余氯0.1~0.5mg/L,而在芳香聚酰胺膜前余氯要小于0.1mg/L。
工艺原理
反渗透是渗透的一种反向迁移运动,是一种在压力驱动下借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法,其孔径大约在5~10A。它已广泛用于各种液体的提纯与浓缩,其中普遍的应用实例便是在水处理工艺中,用反渗透技术可将原水中的无机离子、细菌、病毒、**物及胶体等杂质去除,以获得高质量的纯净水。目前应用广泛的是卷式聚酰胺复合膜,其水通量和脱除率会受压力、温度、回收率、进水含盐量和PH值等的影响。
设备用途
反渗透水处理设备主要有以下几方面用途:
制取电子工业生产如单晶硅半导体集成电路块,显像管,玻壳,液晶显示器等制造工业用纯水、**纯水。
医药行业用水:制药、制剂工艺用水,医疗血液透析、生化分析、输液等。
制取热力、火力发电锅炉,厂矿企业中、低压锅炉给水所需软化水、除盐纯水。
制取饮料行业的饮用纯净水、蒸馏水、**水、矿泉水、矿化水、酒类生产白酒勾兑用纯水、啤酒糖化投料用水及纯生啤酒过滤等。
宾馆、楼宇、社区优质供水网络系统及游泳池水质净化。
制取电镀工艺用去离子水、电池(蓄电池)生产工艺的纯水,汽车、家用电器、建材产品表面涂装、清洗纯水,镀膜玻璃用纯水,纺织印染工艺所需的除硬盐水。
石油化工如化工反应冷却、化学药剂、化肥及精细化工、化妆品制造过程用工艺纯水。
应用领域
( 1 )电力工业:锅炉补给水、冷却水坝;
( 2 )电子工业:半导体工业**纯水、集成电路清洗用水、配方用水;
( 3 )食品工业:配方用水、生产用水;
( 4 )制药行业:工艺用水、制剂用水、洗涤用水、注射用水、无菌水制备;
( 5 )饮料工业:配方用水、生产用水、洗涤用水;
( 6 )化学工业:生产用水、废水处理;
( 7 )饮水工程:**纯水制备、饮用水净化;
( 8 )石油化工:油田注入水、石化废水深度处理;
( 9 )海水淡化:海岛地区、沿海缺水地区、船舶、海水油田等生产生活用水;
( 10 )环保领域:电镀漂洗水中贵重金属、水的回收,实现零排放或微排放。
反渗透
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。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使用大于渗透压的反渗透压力,即反渗透法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
中文名 反渗透 外文名 reverse osmosis 别 称 逆渗透 表达式 N=Kh(Δp-Δπ) 应用学科 物理化学 适用领域范围 海水、苦咸水的淡化;水的软化处理 机理模型 **吸附毛细孔模型等
目录
1 定义
2 基本原理
3 水处理应用
4 研究进展
定义编辑
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**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:
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