反渗透设备设计基础知识

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1、反渗透设备设计基础知识膜分离：物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的，然而这些很小的物质单元总是杂居共生，热力学第二定律揭示了微观粒子都会倾向于无序的混合状态。膜分理技术得基础是分离膜。分离莫是具有选择性透过性的薄膜，某些分子（或微粒）可以透过薄膜，而其他的则被阻隔。这种分离总是依赖于不同的分子（或微粒）之间的某种区别，最简单的区别就是尺寸大小，三维空间之中，什么都有大上巨细而膜有孔径。全量过滤：    全量过滤也称为直流过滤、死端过滤、与常规的滤布过滤相似，被处理物料进入模组件，等量透过液流出模组件，截流物留在模组件内。为了保证膜性能的可恢复性

2、，必须及时从模组件内卸载截留物，因此需要定时反冲洗（过滤的反过程）等措施来去除膜面沉积物、恢复膜通量。模组件污染后不能拆开清洗，通常使用在线清洗方式（CIP）超滤/微滤水处理过程一般采用全量过滤模式。错流过滤        被处理料液以议定的速度流过膜面，透过液以垂直方向透过膜，同时大部分截留物被浓缩液夹带出模组件。错流过滤模式减小了膜面浓度极化层的厚度，可以有效降低膜污染，反滲透、纳滤均采用错流过滤方式。膜系统： 膜系统是指膜分离装置单元。压力驱动膜系统主要由预处理系统、升压泵、模组件（压力容器和膜元件）、管道阀门和控制系统构成。膜污染：   各种原

3、水中均含有一定浓度的悬浮物和溶解性物质。悬浮物主要由无机颗粒物、胶体和微生物、藻类等生物性颗粒。溶解性物质主要是易溶盐（如氯化物）和难溶盐（如碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐）。再反渗透过程中，进水的体积在减少，悬浮物和溶解性物质的浓度在增加。悬浮颗粒会沉积在膜上，堵塞进水流道、增加摩擦阻力（压力降）。难溶盐会从浓水中沉淀出来，在磨面上形成结垢，降低RO膜的通量。这种在膜面上形成沉积层的现象叫膜污染，膜污染是膜系统性能的劣化。反滲透/纳滤基本原理： 半透膜：    是具有选择性透过性能的薄膜。当液体或气体透过半透膜时，一些组分透过，而另外一些组分被截留。实际上半

4、透膜对任何组分都有透过性，只是透过的速率相差很大。在反渗透过程中，溶剂（水）的透过速率远远大于溶解在水中的溶质（盐分）。通过半透膜实现了溶剂和溶质的分离，得到纯水以及浓缩的盐溶液。 渗透：    是当流体在跨越半透膜屏障时的一种自然过程。如果将一箱纯水用一张半透膜垂直分为两部分，纯水于理想的半透膜的两面以相同的温度和压力接触，在这样的条件下没有跨越半透膜的水的流动产生，因为在膜两侧的化学势完全相等。如果在其中一侧加入溶解性盐，盐溶液一边的化学势降低了。纯水便会向盐溶液一侧渗透，从而产生一个渗透流，直到化学势的平衡重新建立为止。 渗透压： 按照科学术语在

5、半透膜的两侧存在一个‘化学势’（离子或溶解分子的浓度差）的差值，通过溶液的渗透过程对化学势差进行补偿。当平衡重新建立时，在半透膜的两侧形成一个水位差即静压差，这个压力差便是渗透压。渗透压是溶液本生的性质，取决于溶液浓度，于半透膜没有关系。渗透压与溶质浓度之间的关系为：Posm=1.19(T+273)*Σ(mi)(1)其中Posm＝渗透压（psi），T为温度（℃）,Σ(mi)是溶液中所有溶质的总摩尔浓度。TDS为1000ppm的水溶液的近似渗透压约为11psi(0.76bar)。反渗透设备在图－6a的箱子中，水通过渗透作用流向盐溶液一侧，直到达到新的平衡

6、建立。在盐溶液一边施加一个额外的压力与渗透压相等，原有的平衡会受到影响（图－6b）。外加压力将会使盐溶液一边的化学势增加，使溶剂流向纯水一边。这种现象便是反渗透。反渗透过程的驱动力是外加压力，反渗透分离所需能量与溶液的难度直接相关。因此，从盐溶液中生产同样体积的水，盐的浓度越高，所需能耗也越高。 图-6反渗透原理对于反渗透过程分离水和盐的机理还没有一个公认的统一解释。目前一般推荐两种传递模型：毛细孔流模型和溶解扩散模型。水通过膜有两种方式，一种是通过膜上存在的孔，另外一种是通过膜中的分子节点之间的扩散。根据理论，膜的化学性质是，在固液界面上水优先吸附并

7、通过，盐被截留。水与膜表面之间有弱的化学结合力，使得水能够在膜的结构中分散。膜的物理和化学性质决定了在传递过程中水比盐的优先地位。水的传递水通过半透膜的速率由方程（2）确定。Qw=(ΔP-ΔPosm)×Kw×S/d(2)其中Qw为苏水透过膜的速率，ΔP为膜两侧压力差，ΔPosm为膜两侧的渗透压差，Kw为膜的纯水渗透系数，S为膜面积。（2）式通常被简化为：Qw=A×(NDP)(3)其中A为膜常数，NDP为跨过膜的水传质净驱动压力或净驱动力。盐的传递透过膜的盐流量定义为：Qs=ΔC×Ks×S/d(4)其中Qs为膜的透盐量，Ks为膜的盐渗透系数，ΔC为膜两侧

8、盐浓度差，S为膜面积，d为膜厚度。该方程可简化为：Qs=B×(ΔC)(5)其中B代表膜常数，Δ