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反渗透设备的过滤原理
作者:工程部    发布于:2015-04-01 17:42:34    文字:【】【】【
摘要:纯水设备解析www.northumbrian.cn/ 反渗透设备是将原水经过精细过滤器、颗粒活性碳过滤器、压缩活性碳过滤器等,再通过泵加压,利用孔径为1/10000μm(相当于大肠杆菌大小 的1/6000,病毒的1/300)的反渗透膜(RO膜),使较高浓度的水变为低浓度水,同时将工业污染物、重金属、细菌、病毒等大量混入水中的杂质全部 隔离,从而达到饮用规定的理化指标及卫生标准,产出至清至纯的水,是人体及时补充优质水份的最佳选择.由于RO反渗透技术生产的水纯净度是目前人类掌握的 一切制水技术中最高的,洁净度几乎达到100%,所以人们称这种产水机器为反渗透纯净水机。

反渗透设备应用膜分离技术,能有效地去除水中的带电离子、无机物、胶体微粒、细菌及有机物质等。是高纯水制备、苦咸水脱盐和废水处理工艺中的最佳设备。广泛用于电子、医药、食品、轻纺、化工、发电领域等

反渗透设备工艺流程】


1.原水罐 (可选)反渗透设备流程工艺


储存原水,用于沉淀水中的大泥沙颗粒及其它可沉淀物质。同时缓冲原水管中水压不稳定对水处理系统造成的冲击。(如水压过低或过高引起的压力传感的反应)。

2.原水泵

恒定系统供水压力,稳定供水量。
  

3.多介质过滤器
  

采用多次过滤层的过滤器,主要目的是去除原水中含有的泥沙、铁锈、胶体物质、悬浮物等颗粒在20um以上的物质,可选用手动阀门控制或者全自动控制器进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。保证设备的产水质量,延长设备的使用寿命。
  

4.活性炭过滤器
  

系统采用果壳活性炭过滤器,活性炭不但可吸附电解质离子,还可进行离子交换吸附。经活性炭吸附还可使高锰酸钾耗氧量(COD)由 15mg/L(O2)降至2~7mg/L(O2),此外,由于吸附作用使表面被吸附复制的浓度增加,因而还起到催化作用、去除水中的色素、异味、大量生化 有机物、降低水的余氯值及农药污染物和除去水中的三卤化物(THM)以及其它的污染物。可选用手动阀门控制或者全自动控制器进行反冲洗、正冲洗等一系列操 作。保证设备的产水质量,延长设备的使用寿命。同时,设备具有自我维护系统,运行费用很低。
  

5.离子软化系统/加药系统
  

R/O装置为了溶解固体形物的浓缩排放和淡水的利用,为防止浓水端特别是RO装置最后一根膜组件浓水侧出现 CaCO3,MgCO3,MgSO4,CaSO4,BaSO4, SrSO4, SiSO4的浓度积大于其平衡溶解度常数而结晶析出,损坏膜原件的应有特性 ,在进入反渗透膜组件之前,应使用离子软化装置或投放适量的阻垢剂阻止碳酸盐, SiO2,硫酸盐的晶体析出.
  

6.精密过滤器
  

采用精密过滤器对进水中残留的悬浮物、非曲直粒物及胶体等物质去除,使RO系统等后续设备运行更安全、更可靠。滤芯为5um熔喷滤芯,目的是把上级过滤单元漏掉的大于5um的杂质除去。防止其进入反渗透装置损坏膜的表面,从而损坏膜的脱盐性能。
  

7.反渗透系统
  

反渗透装置是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般是水)通过反渗透膜(或称半透膜)而分离出来,因为这个过程和自然渗透的方向相反,因此称为反渗 透。 反渗透法能适应各类含盐量的原水,尤其是在高含盐量的水处理工程中,能获得很好的技术经济效益。反渗透法的脱盐率提高,回收率高,运行稳定,占地面积小, 操作简便,反渗透设备在除盐的同时,也将大部分细菌、胶体及大分子量的有机物去除。
  

8.臭氧杀菌器/紫外线杀菌器(可选)
  

杀灭由二次污染产生的细菌彻底保证成品水的卫生指标.
  

【反渗透预处理系统的设计原则及综述】
  

1) 水中存在的难溶无机盐类成份的反渗透预处理系统设计
  

离子交换软化:此工艺在系统未选择投加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时,被经常采用。一般说来,目前此工艺在小型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用最多。
  

石灰软化辅助投加镁剂:此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用。一般说来,该方法可将原水碳酸盐硬度降低 到 100mg/l 左右,与此同时原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除 50 ~ 60% 左右。此工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。
  

给水中计量投加阻垢剂:由于该工艺对原水和现场条件的适用性强,实现自动控制容易,装置运行可靠,故此在大型反渗透系统和原水难溶无机物含量较 高的系统中被广泛采用。目前在新建的反渗透系统中,投加的阻垢剂多见于国外进口产品,

如:美国 ARGO 公司的 MDC-150/220/200 和美国清力公司( KING LEE )的 PTP-0100/2000 。该类阻垢剂的共同特点是稀释及投加均十分方便,该药剂对水中的多种难溶物质均具有较高的分散能力,药剂生产厂商甚至可以保证在 R/O 浓水系统 LSI 或 S&DSI 指数高达 +2.5 ~ +3.0 时仍不结垢 , 另外, CaSO4 、 SrSO4 、 BaSO4 、 CaF2 的饱和度而因此可以分别扩展 2.3 、 8.0 、 60 、 100 倍;并且有的阻垢剂与预处理系统中投加絮凝剂兼容(如: MDC-150 阻垢剂与 MPT150 型絮凝剂即相互兼容)。

而在过去国内被作为阻垢剂经常使用的六偏磷酸钠,由于其具有溶解不便、受温度影响、不十分稳定、分散能力较差等缺点而正在被逐渐取代。另外,六偏磷酸钠水 解后生成的磷酸根离子和磷酸盐垢,很可能成为原水中所含有微生物的营养剂,从而促进了微生物在反渗透系统内繁衍,这也是六偏磷酸钠正在被用户逐渐弃用的原 因之一。无论是选用哪一种阻垢剂,在应用时应特别注意其浓水系统中 LSI 和 S&DSI 值的控制,保证系统安全运行。
  

弱酸型阳离子交换脱碱软化:该法在原水含盐量较高和碱度成分高(占阴离子含量 70% 以上时)的大型反渗透系统中应用居多。但经过此工艺处理后,被处理水 PH 值较低( 4 ~ 5 ),这样往往会由于反渗透系统的无机酸透过量增加,而使反渗透系统脱盐率较低;即便再对脱碳后的被处理水进行调节 PH 值处理或采用不脱除二氧化碳的工艺,其脱盐率也无法达到原来较为理想的水平。尽管如此,该工艺在高盐量、高碱度的水质条件情况下还是得到了较多的应用。
  

2) 针对原水溶解硅含量较高的反渗透预处理系统设计
  

对此种水源条件下运行的反渗透预处理系统设计一般有如下几种方法:
  

在现场条件允许的情况下,通过系统内设置的换热器将给水温度调整至 28 ~ 35 ℃ 左右,进而提高水中硅酸化合物的溶解度,并与控制系统水回收率的工艺设计相结合,来确保反渗透系统在运行过程中无硅胶垢形成 . 这是在工程中经常采用的方法。在此种条件下,一般应注意将反渗透浓水系统的二氧化硅的含量控制在 150mg/l 以下。
  

采用石灰预软化和投加镁剂 ( 菱苦土 ) 相结合的方法除硅。该方法可以将溶解在原水中的二氧化硅去除 60% 以上,另外 , 本工艺在用户实际操作时比较麻烦 , 故此本工艺在小型水处理系统中应用很少,而在大型反渗透系统中被广泛采用。
  

投加硅分散剂。目前 , 由于进口硅分散剂的优越性能而导致该方法在国内最近开工的大型反渗透工程中已被广泛采用。在此类系统中,常见的是投加美国 ARGO 公司提供的 MSI-300 和美国 KING LEE 公司提供的 PTP-0100 型号的药剂。从药剂供应商提交的技术文件和相关信息来看,在应用时,有的甚至允许反渗透浓水系统二氧化硅的含量达到 240~290PPM 左右。但对一个反渗透系统设计者来说,具体工程中反渗透浓水系统二氧化硅的所允许的最高含量,应根据具体投加药剂所允许的技术指标和符合现场条件的药剂投 加计算软件的模拟结果而最终确定。
  

3) 针对原水含有金属氧化物的反渗透预处理系统设计
  

在预处理系统中设置对原水的预氧化工艺,然后通过混凝、沉降和砂滤或锰砂过滤等工艺,将原水中的铁、锰离子及其化合物去除。
  

在预处理系统中,增设石灰预软化和混凝、澄清、沉降的组合处理工艺一般均可以将原水中的大部分金属氧化物去除。
  

采用电化学凝聚、沉降和多介质过滤的预处理组合工艺,也可将水中的绝大部分铁金属氧化物去除。
  

投加化学分散剂。在可以有效地防止无机盐结垢的同时,还可以防止一定量的金属氧化物在反渗透膜系统中的沉积。如在系统中投加美国 ARGO 公司的 MDC-200 化学分散剂。
  

4) 针对原水含有天然有机物的反渗透预处理系统设计
  

在预处理系统中,设置石灰预软化、混凝、澄清组合处理工艺, 然后再通过多介质过滤和细砂过滤的工艺处理,以去除原水中的被吸附的天然腐殖质有机物。该工艺在地表水和循环水脱盐净化处理的大型反渗透预处理系统中被广泛采用。
  

在预处理系统中设置活性炭吸附过滤工艺,去除原水中尚存的有机物。该工艺在中小型反渗透预处理被经常采用,尤其在纯净水生产和生活饮用水净化系统中应用最多。
  

在预处理系统中增设有机物清扫器工艺,以便较为彻底地去除原水中的有机物。该工艺在电子行业的超纯水系统和原水为江、河、湖水,水中有机物含量相对较多或成分也较为复杂的反渗透预处理系统中多被采用。
  

将微滤器( 0.2μm )和超滤器(截留分子量在 6000 ~ 20000 )作为清除有机物的预处理设备使用,该工艺在小型反渗透系统中被经常使用。
  

在预处理系统中以纳滤膜分离设备作为反渗透系统的预处理设备,可以将分子量在 200 以上的有机物和微生物、病毒、热源去除。在二级海水淡化系统中和以地表水为水源的超纯水制备系统及生活饮用水净化系统中应用较多。
  

5) 针对原水是含有微粒和胶体的地表水的反渗透预处理设计
  

在预处理系统中设置石灰预软化工艺,并在澄清器中辅助投少量的铝酸钠,以增加澄清效果。
  

在多介质过滤或细砂过滤等预处理工艺环节之前,增设投加混凝剂 / 助凝剂、沉降、澄清等预处理组合工艺。
  

在反渗透膜分离系统之前,设置微滤或超滤预处理设备,以去除原水中该类污染物。
  

反渗透膜系统不允许有大于 5 微米的颗粒物质进入,因为反渗透给水中的颗粒物质在系统运行过程中会把反渗透膜的超薄屏障层滑伤,进而导致膜系统盐透过率增加和系统脱盐率下降。
  

6) 针对原水含有细菌及微生物或系统已有微生物滋长的反渗透预处理系统设计
  

在反渗透给水系统上间断投加被允许使用的非氧化性化学杀菌剂,如投加美国 ARGO 公司的 MBC881 和 MBC2881 或性能等同的其它非氧化性化学杀菌剂。
  

在反渗透预处理系统中增设紫外线消毒工艺。
  

在预处理系统中增设微滤或超滤工艺。
  

优化反渗透装置的结构设计,减少微生物的孳生地带;如在反渗透装置配管设计时,尽量减少水流死角;再如在设计系统连接管道时,尽量减少在停机时造成部分管道局部积水状态的高 - 低 - 高形式的设计和连接;在适当的管道低段增设排放阀等。
  

在处理湖、河及海水时,在预处理系统中设计投加硫酸铜( 0.1PPM )工艺 , 以控制微生物、藻类的生长和污染。
  

一般说来,反渗透系统要求原水细菌总数要控制在 10000cfu/ml 以下。
  

7) 针对原水是稍差的城市自来水或自备水源的反渗透予处理系统设计
  

在预处理系统中考虑设置还原剂(亚硫酸氢钠)计量投加装置或设置活性炭吸附过滤器,用以消除给水尚存的自由氯,以防止由于水中氧化性物质的长期 存在而导致的反渗透膜的表面活性层性能退化。一般说来,在小型反渗透系统中均选择设置活性炭过滤器,而在大型系统中一般都考虑在预处理系统中计量投加还原 剂。
  

在选择系统需投加的阻垢剂品种时 , 应考虑所投加的阻垢剂与给水前期投加的絮凝剂和凝聚剂是否兼容。一般从历史上看,为了保证混凝效果,在之前一般以地表水为水源的自来水厂和自备水源系统 中,都选用了投加阳离子絮凝剂,故此,在为反渗透系统选择阻垢剂时,一定要注意药品的兼容性,若一旦原水在预处理过程中使用了阳离子型絮凝剂,在后续反渗 透系统中就要坚决避免使用阴离子型阻垢剂;若不能避免,则后续工艺投加阴离子阻垢剂就可能与过滤水中尚存的阳离子型絮凝剂发生反应,且由于药剂投加而形成 的反应物会以胶体化合物的形式沉积在膜表面上,进而对反渗透膜形成污染。目前,在市场上一些国外药剂生产厂家一般都能提供与其阻垢剂相兼容的有机絮凝剂, 如美国 ARGO 公司提供的 MPT150 絮凝剂与其提供的 MDC-150 阻垢剂就相互兼容,这样系统使用起来就特别安全。
  

8) 针对原水是处于还原状态 ( 缺氧 ) 且含有二价铁、锰和硫化氢及氨盐的反渗透预处理系统设计
  

当将反渗透系统处理处于还原状态、且含有铁锰离子的原水时,设计者更应该注意防止铁锰氧化物形成的膜污染。这是因为原水在经过预处理氧化工艺处 理后 - 即当水中氧含量在 5PPM 以上时,二价铁、锰离子会变成不溶性氢氧化物的溶胶,虽然一般情况下通过混凝、沉降及介质过滤等组合工艺可将该类污染物去除。然而,在实际的反渗透水处理 工程中,铁在反渗透膜系统中污堵的产生案例往往很多。多年的工程实践表明,当原水 PH 值为 7.7 以上时 , 即便反渗透给水中铁含量为 0.1PPM 、且在 SDI 测试值小于 5 的情况下,也可能发生铁的膜污染问题,这是因为铁的氧化速率与铁含量,水中溶解氧的浓度及 PH 值等因素密切有关 , 所以在预处理系统中应注意对原水中铁离子含量的控制。工程实践证明:一般情况下 , 原水 PH 值较低时 , 反渗透给水中铁离子的允许含量可以稍高 : 在原水 PH 值< 6.0, 溶解氧含量< 0.5ppm, 原水铁含量在 4ppm 以下时 , 反渗透膜系统基本上不可能发生铁污染 ; 当原水溶解氧含量在 0.5- 5ppm 之间 ,PH 为 6.0- 7.0 时 , 水中铁离子的安全允许含量应在 0.5ppm 以下 ; 当原水溶解氧含量为 5ppm 以上 , 且 PH >7.7 时 , 反渗透给水中的铁离子的安全允许浓度仅为 0.05ppm 。另外,在处理含铁的地下水对原水进行氧化处理时,请勿采用加氯工艺,因为水中的铁在被氯化时所形成的胶体铁很难去除,进而对反渗透膜形成污染。
  

地下水中硫化氢可以通过氯化及氧化的方法将之去除 , 但该方法的实际效果与被处理水源的 PH 值密切相关。在原水 PH 低于 6.4 时 , 原水加氯可使硫化氢转变成硫酸成分存在与水中;但在原水 PH 值高于 6.4 时 , 在对原水氯化过程中 , 会有一部分硫化氢被氧化成胶体硫。工程实践证明:在 PH 为 7~10 时 , 两种反应成分约各占 50% 。然而,一旦原水系统中有胶体硫形成就非常难以去除 , 其对反渗透膜的污染较大,所以在实际反渗透工程应用中要特别谨慎。
  

另外,也可以使原水在进入反渗透系统之前,采用脱气或气提的方法将原水中的大部分硫化氢去除。
  

目前,关于硫化氢的祛除技术有了较大的进步和发展。美国 SulfaTreat 公司提供的 SulfaClean 产品可以有效的将原水中的硫化氢去除,而且使用简单、安全。该处理方法与其它处理方法有所不同,它不是将硫化氢转化成其它硫化物,而是从被过滤的水流中提 取硫化氢,并且不产生溶于水流的副产品。 Sulfaclean 不是一种化学添加剂,也不需要维护,其消耗只与水中的硫化氢含量有关,并且不需要调节就能适应硫化氢含量的变化,去除效果很好,经过处理后的给水硫化氢几 乎检不出,所以该工艺用于反渗透系统十分安全。
  

9) 针对原水中可能含有微量油和脂的反渗透预处理系统设计
  

在反渗透给水中不能含有油和脂 , 因为原水中油和脂的存在均可能会使反渗透膜的芳香聚酰胺活性层在应用过程中发生化学降解,并引起膜性能的退化,同时 , 油脂在膜表面上的附着更容易使水中的其它污染物在膜表面滞留 , 从而引起反渗透膜的其它污染。

诺森伯兰净水产品主要包括:反渗透设备、超滤/纳滤水处理设备、水厂配套设备、灌装包装机械设备、污水水处理设备等配件等。

诺森伯兰自主研制开发的产品比较节约能源,降低成本,水质完全达到国家标准

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