反渗透水处理工程技术

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一、反渗透膜——以成膜材料分主要有纤维素酯类膜和非纤维素酯类膜两大类，少数是用无机材料制成的。
1）二醋酸纤维膜——由乙酰基含量为39.8%或置换度2.46的醋酸纤维素材料作骨架制成的膜，称为二醋酸纤维素膜（简称CA膜）。CA膜是目前国内外广泛使用的膜品种，具有透水速度快、脱盐率高、耐氯性好、价格便宜等特点。缺点是易受微生物侵蚀、易水解和对某些有机物分离率低。CA膜适用的pH范围为3~8，工作温度应低于35℃。
CA膜对某些物质的去除率范围
名称 去除率/% 名称 去除率/% 名称 去除率/%
Mn4+ Mn6+
Fe2+ Fe3+
Al3+
Ca2+
Si4+
Na+
NH4+
PO43- ~100
~100
95~99
92~99
85~95
75~93
70~90
~100 SO42-
CO32-
HCO3-
F-
Cl
NO3-
油酸钠 90~99
80~99
80~98
80~97
85~95
58~86
99.5 硬酯酸钙
DDT
可溶淀粉
葡萄糖
蛋白质
染料
蔗糖 99.5
97
91
99
98~100
100
98~99
2）醋酸纤维素复合膜及中空纤维膜——已经商品化的最主要的醋酸纤维素膜是美国UOP公司的二醋酸纤维素（CTA）复合膜。该膜用于卷式组件进行海水脱盐，在操作压力5.3Mpa时，水通量为0.11m3/(m2.d)；在8.0 Mpa时，水通量为0.21m3/(m2.d)，分离率为99%。
CTA中空纤维膜主要生产厂家有美国道氏化学公司等。我国采用熔融纺丝法制作的低压CTA中空纤维反渗透膜，可应用于低盐度苦咸水淡化和电子工业超纯水制备。在1.5 Mpa压力下，对3000mg/L NaCl水溶液可获得85%的分离率和0.12m3/(m2.d)的水通量。
3）芳香族聚酰胺膜——目前广泛使用的芳香族聚酰胺膜是美国杜邦公司的“B-9”、“B-10”中空纤维组件。“B-9”适用于10000mg/L以下的苦咸水淡化。使用温度0~35℃，pH值4~11。“B-10”适用于海水一级脱盐，对3000mg/L NaCl水溶液，在5.5Mpa，25℃时，脱盐率>98.5%，同时能在5.5~7Mpa，0~35℃，pH值4~9范围内使用。
4）聚苯并咪唑酮（PBIL）膜——PBIL膜是近年国际公认的、具有优良化学稳定性和热稳定性的膜之一。膜使用pH范围为1~12，在10~70℃内，溶质分离几乎不变。对35000mg/L的NaCl水溶液，在操作压力为8Mpa时，膜脱盐率>98%，水通量为0.36 m3/(m2.d)。PBIL膜主要应用于碱性或酸性废水的处理及电镀废水的处理。
5）PEC-1000复合膜——具有极高的脱盐率和耐温性。膜的pH适用范围为1~13，同其他反渗透膜一样，PEC-1000复合膜对有机溶剂有优良的分离性能。
6）NS-100复合膜——其超薄脱盐致密层是由聚乙烯亚胺（PEI）和2,4-二异氰酸甲代亚苯基（TDI）进行界面缩合交联制作。NS-100复合膜对3.5%的合成海水，在10Mpa下，能获得99.52%的脱盐率和0.673 m3/(m2.d)的水通量。NS-100复合膜最高使用温度为55℃，pH使用范围为0.5~13，对有机溶剂有很好的分离特性和很好的耐微生物侵蚀性。
二、反渗透器——工业上应用的反渗透组件主要有板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种。
1）板式（板框式）——由几十块承压板、微孔透水板和膜重叠组成，承压板外两侧盖透水板，再贴膜，每两张膜四周围用聚氨酯胶和透水板外环粘合，外环用O型密封圈支撑，用长螺栓固定。高压水由上而下折流通过每块板，净化水由每块膜中透水板引出。装置牢固，能承受高压，但水流状态差，易形成浓差极化，设备费用大。近年制成的聚苯醚薄型承压板，强度极高，采用复合膜，膜间距仅6mm，装置紧凑，产水量大，除盐率高。
2）管式——管式把膜衬在耐压微孔管内壁或将制膜浆液直接涂刷在管外壁。有单管式和管束式、内压式和外压式多种。耐压管一般为0.6~2.5cm，常用多孔性玻璃纤维环氧树脂增强管、陶瓷管、不锈钢管等。管式水力条件好，但单位体积中膜面积小。
3）卷式——在两层膜中间衬一层透水隔网，把这两层膜的三边用粘合剂密封，将另一开口边与一根多孔集水管密封连接。再在下面铺一层多孔透水隔网供原水通过，最后以集水管为轴将膜叶螺旋卷紧而成。膜叶越多，卷式组件的直径越大。单位体积中膜面积大，结构紧凑，但比较容易堵塞，预处理要求比板式和管式高。
4）中空纤维式——是一种细如发丝的空心纤维管，外径50~100μm，内径25~42μm。将几十成根这种中空纤维弯成U形装入耐压容器中，纤维开口端固定在圆板上用环氧树脂密封，就成中空纤维式反渗透器。
各种反渗透组件技术特性
组件类型 膜装填密度
m2/m3 操作压力
（105Pa） 水通量
[m3/(m2.d)] 单位体积产水量
[m3/(m3.d)]
板式
内压管式
螺旋卷式
中空纤维式 492
328
656
9180 54.9
54.9
54.9
27.5 1.00
1.00
1.00
0.073 502
335
670
670

各种组件的比较
比较项目 组件类型
管式 平板式 螺旋卷式 中空纤维式
组件结构 简单 非常复杂 复杂 复杂
膜装填密度 小 中 大 大
膜支撑体结构 简单 复杂 简单 不需要
膜清洗 内压易、外压难 非常容易 难 难（内压UF易）
对进水水质要求 低 较低 较高 高
水质前处理成本 低 中 高 高
膜更换方式
更换膜（内压）
或组件（外压） 更换膜 更换组件 更换组件
膜更换成本 低 中 较高 较高
要求泵容量 大 中 小 小
按比例放大 易 重新研制 重新研制 重新研制
三、反渗透工艺流程
在整个反渗透处理系统中，除了反渗透器和高压泵等主体设备外，为了保证膜性能稳定，防止膜表面结垢和水流道堵塞，除了设置合适的预处理装置外，还需配置必要的附加设备如pH调节、消毒和微孔过滤等。典型的一级反渗透工艺流程如下图。

↑浓水
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