反渗透技术在电厂水处理的应用1资料

《电厂水处理》课程论文 课 题 名 称    水处理反渗透技术的发展与应用    学 生 姓 名            任 炼                  学      号          1241102045                系      别        机械与能源工程系                  专业            12 热工                  2015    年  12月  24日 水处理反渗透技术的发展与应用 摘  要：反渗透是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达97%-98%）。我国电厂应用反渗透技术已经发展了很多年 ，在很多地方还存在不少的问题。本文先简要分析反渗透技术的原理 ，进而分析反渗透技术在水电厂处理中的应用 ，分析反渗透技术存在的问题以及改进措施。 关键调：反渗透技术  水的预处理  电厂 1、反渗透技术概述 反渗透是目前高纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物[1]。反渗透技术(RO)是一种采用膜分离的技术，它具有环保、适应性强、脱盐率高的特点。80年代初开始在我国得到发展，近些年在电力行业的水处理技术中得到广泛的运用。 1．1渗透基本原理 当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流人盐水一侧，这种现象称为渗透。若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢。当施加的压力达到某一数值时，水透过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转[2]。此时盐水中的水将流人纯水侧，上述现象就是水的反渗透处理的基本原理。 1．2反渗透膜及技术原理 反渗透膜是用高分子材料制成、具有选择性半透性质的薄膜。用于水处理的反渗透膜可以允许水分子透过膜，但水中所含的离子、有机物分子等不能透过[3]。反渗透的除盐原理是水在外加压力的作用下，水分子克服反渗透膜两侧的渗透压，透过膜到达膜的另一侧(淡水侧)；而水中的盐分、有机物分子等杂质则被膜拦截住，留在膜上，从而达到水质净化的目的。 反渗透技术从本质上讲是一种横流性的过滤技术，过滤液体会横向流过反渗透膜，部分原水在外界压力下透过这层膜形成成品水，而未被转化为成品水的液体和盐类继续流过反渗透膜表皮，逐渐形成浓水被排掉[4]。这一过程还可以将截留的悬浮物冲刷带走，阻止了垂直过滤技术下固体的沉积。 1．3反渗透膜的类型及特点 按照材料来分，用于水处理的反渗透膜主要有两种类型：一种是醋酸纤维膜，这是最早应用于水处理领域的反渗透膜。另一类是用聚酰胺类材料制成的复合膜。 反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快[5]。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。 反渗透膜应具有以下特征：（1）在高流速下应具有高效脱盐率；（2）具有较高机械强度和使用寿命；（3）能在较低操作压力下发挥功能；（4）能耐受化学或生化作用的影响；（5）受pH值、温度等因素影响较小；（6）制膜原料来源容易，加工简便，成本低廉。 反渗透膜的结构，有非对称膜和均相膜两类。当前使用的膜材料主要为醋酸纤维素和芳香聚酰胺类[6]。其组件有中空纤维式、卷式、板框式和管式。可用于分离、浓缩、纯化等化工单元操作，主要用于纯水制备和水处理行业中。反渗透技术是一种利用反渗透膜的选择透过性进行水净化的过程 ，在反渗透技术的应用中具有仅允许水分子通过的膜 ，反渗透技术在应用中主要针对的非电解质和无机质一些分子量 大于 150 组分的因子。在电厂水的处理中 ，需要选用横流过滤 模式增加水压参与水的产量上层浓水以及一些盐类物质放置 在膜表面。 反渗透技术应用的主要设备包括保安过滤器和颗粒物拦截 ， 本体装置包括膜壳和膜元件，按照结构形式的不停 ，本体装置包括条槽式、管式以及螺旋式等常采用的膜材料主要是聚酰 胺类、芳香环聚合物、醋酸纤维膜等 ，醋酸纤维膜最早使用在水处理领域中 ，聚酰胺类材料是目前常采用的材料 ，由较厚的多孔支撑层和很薄的致密层复合而成[7]。膜形式相对于平板式等 膜元件，减少了浓差极化 ，提高了膜的装填高度 ，在投资、抗 污染能力等方面有很大的优势。反渗透的性能包括脱盐率、回收率以及抗水解能力等 ，脱盐率的大小与操作条件、污染程度 和溶液性质存在关系。 1.4性能指标 （1）脱盐率：脱盐率=（1–产水含盐量/进水含盐量）×100% 膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也可超过了98%（膜使用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低。）；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。 （2）透过速度 水通量——指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时或加仑/天来表示。 盐透过速度——在单位时间、单位膜面积上透过的盐量，也叫透盐率、盐通量。 （3）回收率：回收率——指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在时就已经确定， 回收率=（产水流量/进水流量）×100% 1.5影响因素 （1）进水压力对反渗透膜的影响：进水压力本身并不会影响盐透过量，但是进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升高，使得产水量加大，同时盐透过量几乎不变，增加的产水量稀释了透过膜的盐分，降低了透盐率，提高脱盐率[8]。当进水压力超过一定值时，由于过高的回收率，加大了浓差极化，又会导致盐透过量增加，抵消了增加的产水量，使得脱盐率不再增加。 （2）进水温度对反渗透膜的影响：反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加水对通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水量就增加2.5%-3.0%;(以25℃为) （3）进水PH值对反渗透膜的影响：进水PH值对产水量几乎没有影响，而对脱盐率有较大影响。PH值在7.5-8.5之间，脱盐率达到最高。 （4）进水盐浓度对反渗透膜的影响:渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。 2、反渗透技术在电厂中的应用 2、1具体流程 某厂运行的水处理系统工艺流程为原水(黄河水)一生水箱一自清洗过滤器一超滤装置一清水箱一保安过滤器一反渗透装置一除碳器一除碳水箱一阳离子交换器一阴离子交换器一混合离子交换器一除盐水箱一机炉或化工装置。运行过程中反渗透一段压差或二段压差达到0．2MPa(或一、二段整体压差达到0．4MPa)时进行在线化学清洗。反渗透装置由膜组件、高压泵以及相关仪表、阀门和管件组成。高压泵前设有保安过滤器，保安过滤器内装有过滤孔径为5pJn的滤芯，这些滤芯会过滤掉任何大于5斗m的颗粒，对下游RO膜起保护作用，否则RO膜表面极易结垢。进水管道上连有还原剂、阻垢剂加药管道，此外进水管道上设有取样口便于测量进水SDI值。 电力行业中，电厂锅炉补给水电导率小于0.2μS/cm，补给水SiO2浓度小于20ug/L，在电力行业中反渗透技术主要起到锅炉补给水的预脱盐处理，程序为原水→预处理→反渗透→水箱→电去离子（混合离子交换器）→出水。电厂水处理中，反渗透+电去离子脱盐系统通过电场作用去除水中的无机离子，虽然这种技术具有出水水质高、不污染环境的优点，但是需要花费大量的资金，因此在电厂水处理中并不常用。反渗透+混合离子交换脱盐系统是目前最常采用的方式，能够单独使用。反渗透包括预处理系统、后处理系统以及后渗透装置等系联，主要去除浊度1NTU以上的细小微粒，保证工作运行中的进水速度以及进水量的要求，也能避免细小微粒的进入。高压泵的设计主要是起到保证纯水渗透进反渗透装置的压力[12]。反渗透膜将水分为了浓水和淡水两部分，控制阀门控制水的浓度比例，保证水的回收率达到3/4，也有对脱盐率要求比较严格的，要求脱盐率达到98%以上。阻垢剂投加系统主要用于 反渗透机超滤系统的阻垢剂的添加，降低运行费用。在反渗透技术的应用中，设备会不时出现堵塞情况，导致产水水质下降的主要原因是悬浮颗粒的大量涌进，对系统性能造成很多负面影响。预处理工艺设计的合理性是反渗透装置设计的关键性环节，为了配合本厂的运行，需要在制作生产中添加氯化铝，但是添加剂的使用易出现污垢，影响设备的使用寿命[13]。多介质过滤器的作用主要是处理溶液中的杂质，分析有机质，排除有害膜元件物质，在过滤器的使用中还需要能够保障活性炭过滤器的正常工作。在检测水质的测试中，若是发现SOD变大可能就会影响过滤器的运行。在工厂的水质处理中，采用添加剂是一种不可避免的措施， 在反渗透装置的使用中加药的处理是一个很关键的步骤，不仅需要严格的控制加药的比例，还需要定期检查水质，选择最合理的水质，以免加药过多导致水质的变化。 2、2存在的问题 虽然反渗透技术在电厂水处理中有很大的优势，但是也存在需要解决的问题。电厂在采用反渗透装置处理水中，应严格遵照膜厂家要求限制膜元件使用参数，严格控制压力、进水浊度、 温度已经进水流量等，随着运行时间的增加，反渗透技术在处理中出现的问题主要集中在预处理装置、反渗透膜方面，淡水水质、运行压力出现异常。为了保护反渗透膜不受机械污染物的破坏，增加预处理专制，这种做法会极大地增加成本，而且会影响反渗透技术的推广。 反渗透预处理装置本身在使用中容易出现堵塞情况，我国预处理设备主要包括聚丙烯纤维过滤器和活性炭过滤器，活性炭过滤器在吸附水中易出现水质的二次污染情况，为了除去悬浮物还需要在预处理中添加混凝剂和杀菌剂。我厂目前采用的在反渗透前面设置超滤系统，去除水中的悬浮物引起反渗透装置污染的来源主要包括水中的胶体微生物以采用加氯杀菌的方法继续杀菌，要求余氯的含量小于0.1mg/L，原水中含有大量的微生物以及悬浮物等，在预处理后必须保证水质达到RO膜的进水要求，不影响反渗透的脱盐效果[14]。氯对反渗透膜具有一定伤害，所以要求将反渗透进水中氯去掉，目前我厂采用的是在反渗透进水加还原剂的方法去除水中余氯。膜元件内部沉积盐类主要是镁盐、钙盐以及铁离子污染，依照我厂的实际应用情况，采用酸洗和碱洗相结合的方法，清洗中采用循环清洗和静态浸泡相结合的方式。 反渗透膜本身在应用中有非常严格的总体运行要求，一般在采购和安装中，已经严格的限制了温度、pH值、操作压力以及进水要求等，并说明这些要求的重要性。出现反渗透膜污染。 反渗透长期运行出现的一些问题为了保证膜长期安全稳定运行，该厂严格遵照膜厂家规定的膜元件使用限制条件，包括操作压力、进水流量、温度、进水pH值范围、进水浊度、进水SDI，进水余氯等，目前反渗透运行情况基本良好，由于本厂的反渗透系统前设有超滤装置，且一段反渗透前设有保安过滤器(压差达到0．1MPa即进行滤芯更换)，反渗透进水质相对较好，水温控制在25±20C，一段进水压力一般不超过1．0MPa，进水pH7～9，电导1000us／cm。经过加还原剂处理后ORP一般控制在小于250my．SDI值严格控制小于4，浊度<1NTU，余氯<0．1mg／L，因此，对膜元件的保护较好。但随着运行时间的增加，反渗透装置也相继出现了一些问题，集中表现为淡水水质、产水量或运行压力的异常，主要特征是淡水电导率上升、产水量减少或运行压力增加[15]。2010年11月份对反渗透进行了第一次化学清洗，清洗后各项指标恢复正常，但此后清洗的周期逐渐变短，产水指标逐渐下降。2011年经过几次化学清洗，对比发现通过清洗能恢复膜的大部分产水性能，但产水电导以难以保证。这是由于长时间运行后，反渗透膜已经在一定程度上被污染，即使经过化学清洗，也难以恢复到原有的效果。根据我厂的具体情况分析污染主要来自两方面。 第一、反渗透进水中所含的胶体、微生物等物质。这些污染物会截留在膜的表面形成污染层，且污染主要分布在膜的前段。为了防止微生物在膜上的滋生[15]。该厂采用的方法是加氯杀菌，由于水中残留的余氯对膜元件具有破坏性，因此在加氯杀菌后，在反渗透进水管加还原剂，控制反渗透进水余氯不超过0．1 mg／L。尽管原水中所含的绝大部分微生物、胶体、悬浮物、颗粒等杂质会在预处理中去除，以确保水质达到RO膜的进水要求，但进水中仍会残留少量胶体、微生物等物质，长时间势必会运行影响反渗透的脱盐效果。 第二、反渗透运行过程中可能产生的结垢物质。 经过分析可知，该厂的RO进水水质指标膜元件内沉积盐类主要为钙盐和镁盐及铁离子污染[15]。由于采用的是复合膜，因此常运行中采用加阻垢剂方式来防垢。针对长时间运行产生的以上两种类型污染，平均三个月进行一次化学清洗。根据我厂的污染物情况，清洗过程分酸洗和碱洗，酸洗溶液为1％～2％柠檬酸，碱洗溶液为1．O％EDTA+0．1％氢氧化钠，清洗方式采用静态浸泡和循环清洗相结合的方式，静态浸泡一般设定为30min,具体时间根据膜的污染程度而定。清洗过后均采用低压冲洗，直到排出的淡水清洁、无泡沫或无清洗液。经过三年运行实践证明，清洗过后效果较好，压差和流量基本可以恢复，但后期几次清洗后产水电导变化不大[16]。反渗透在运行过程中还可能产生其他的一些问题，如膜氧化变质、脱盐层磨损、机械损伤(包括O型圈泄露、膜卷窜动、膜破裂、连接件损坏)、膜压密等情况一般通过化学清洗和离线清洗等处理，但是这些并不能保证反渗透膜的全部恢复，还需要在综合采用微生物、有机物电厂水处理中反渗透技术的应用。 3、结语 反渗透技术是目前高纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物。反渗透技术(RO)是一种采用膜分离的技术，它具有环保、适应性强、脱盐率高的特点。80年代初开始在我国得到发展，近些年在电力行业的水处理技术中得到广泛的运用。同时反渗透技术在运用的过程中存在着很多问题，需要我们不断的进行改进完善。同时，反渗透技术的应用范围可以相应的扩大。 参考文献： [1]仲惟雷，罗勇，刘枫等.反渗透技术在菲律宾ILIJAN电厂水处理系统中的应用[J].工业水处理，2010（30）：89-91. 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