反滲透原理及其應用系統設計

陳希祥

(江西銅業集團公司材料設備公司,江西貴溪 335424)

反滲透原理及其應用系統設計

陳希祥

(江西銅業集團公司材料設備公司,江西貴溪 335424)

本文結合了量化公式論述了反滲透技術原理,并以反滲透技術為核心,構建了一套現代化的水處理系統。

反滲透技術;反滲透原理;系統設計;水處理

1 引言

1950年美國科學家DR.S.Sourirajan無意發現海鷗在海上飛行時從海面啜起一大口海水,隔了幾秒后,吐出一小口的海水,大感驚訝。因為陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水的。經過解剖發現海鷗體內有一層薄膜,該薄膜非常精密,海水經由海鷗吸入體內后加壓,再經由壓力作用將水分子貫穿滲透過薄膜轉化為淡水,而含有雜質及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外,正是這個偶然的發現,使反滲透法的基本理論架構得以建立,并使全世界對水處理的研究進入了一個新的時代[1]。

2 反滲透的原理

首先,滲透是一種物理現象。當兩種含有不同鹽濃度的溶液,用一張半滲透性的薄膜分開就會發現,含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的一邊,而所含的鹽分并不滲透,此時,兩側的靜壓差就是滲透壓。但如果在含鹽量高的水側,試加一個大小等于滲透壓的壓力,其結果會使上述滲透停止。如果繼續加大壓力,可以產生方向相反的滲透,而留下鹽分.因此,反滲透除鹽原理,就是在有鹽分的水中(如原水),施以比自然滲透壓力更大的壓力,使滲透向相反方向進行,把原水中的水分子壓到膜的另一邊,變成潔凈的水,從而達到除去水中雜質和鹽分的目的。

圖1 滲透與反滲透原理示意圖

以下用幾個數學公式對上述的過程進行量化,以利于能在工程實踐中對滲透參數的準確控制:

①滲透壓與溶質濃度之間的關系為:

注:Po sm為滲透壓(psi);T為溫度(℃);∑(mi)為溶液中所有溶質的總摩爾濃度。

②水通過半透膜的速率由下式確定:

注:Qw為純水透過膜的速率;△P為膜兩側壓力差;△Po sm為膜兩側的滲透壓差;Kw為膜的純水滲透系數;S為膜面積;d為膜厚度。

公式(2)通常被簡化為:

注:A為膜常數;NDP為跨過膜的水傳質總驅動壓力或總驅動力。

綜上,為保證反滲透過程的順利進行需滿足以下兩個條件:

a、選擇性透過溶劑的高品質滲透膜;

b、膜兩邊的靜壓差必須大于其滲透壓,在實際應用中,還必須克服膜的阻力[2-3]。

3 以反滲透技術為核心構建的水處理系統

反滲透水處理系統一般包括預處理系統、反滲透裝置、后處理系統、清洗系統和電氣控制系統等。

圖2 工藝流程圖

3.1 預處理系統

預處理系統一般包括加酸系統、熱交換器、加藥裝置、多介質過濾器、活性碳過濾器、反沖洗動力裝置。其主要作用是降低原水的污染指數和余氯等其他雜質,達到反滲透的進水要求,使反滲透本體系統的使用壽命最大限度地延長。預處理系統的設備配置應該根據原水的具體情況而定。

3.2 反滲透本體系統

反滲透本體系統是本系統中最主要的脫鹽裝置,反滲透系統利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。經過預處理后合格的原水進入置于壓力容器內的膜組件,水分子和極少量的小分子量有機物通過膜層,經收集管道集中后,通往產水管再注入反滲透水箱。反之不能通過的就經由另一組收集管道集中后通往濃水排放管,排入濃水收集箱。系統的進水、產水和濃水管道上都裝有一系列的控制閥門,監控儀表及程控操作系統,它們將保證設備能長期保質、保量的系統化運行。

它主要包括下列單元設備:保安過濾器、多級高壓泵、反滲透膜元件、膜殼(壓力容器)、支架等。

3.3 后處理系統

是在反滲透不能滿足出水要求的情況下增加的配置。主要包括陰床、陽床、混床、殺菌、超濾、ED I等其中的一種或者多種設備。后處理系統能把反滲透的出水水質更好的提高,使之滿足使用要求。

3.4 清洗系統

主要有清洗水箱、清洗水泵、精密過濾器組成。當反滲透系統受到污染出水指標不能滿足要求時,需要對反滲透進行清洗使之恢復功效。

3.5 電氣控制系統

是用來控制整個反滲透系統正常運行的。包括儀表盤、控制盤、各種電器保護、電氣控制柜等。

4 總結

反滲透法具有設備構型緊湊,占地面積小、單位體積產水量及能量消耗少等優點,已應用于幾乎所以行業。如前所述,它是在沒有相變的情況下,依靠大于滲透壓的壓力推動,通過膜的毛細管作用流出淡化的水,而且它還具有膜的篩分作用,能除去極小的細菌和病毒。因此自從開發以來發展迅速,不僅廣泛用于工業中的水處理,而且也是未來的海水或苦咸水的淡化處理的主要研究方向[4]。

[1] 馮逸仙,楊世純.反滲透處理工程[M].北京:中國電力出版社,2000.

[2] 邵剛.膜法水處理技術及工程實例[M].北京:化學工業出版社,2002.

[3] 嚴偉,鄧慧萍,徐迪民.膜技術在飲用水處理中的應用[M].城市公共事業,1996.

[4] 王振士.電滲析和反滲透:水處理[M].上海:上海科學技術出版社,2000.

Principle and Application System Design of Reverse O smosis

CHEN Xi-xiang

(Material&Equipment Company,Jiangxi Copper Corporation,Guixi,Jiangxi,China 335424)

In this article,the technical principle of reverse os mosis is discussed which combined with quantitative formulas. Based on the key technology of reverse osmosis,a modern water trea tment system is set up.

reverse o smosis technology;reverse os mosis principle;system design;water treatment

TQ085

A

1009-3842(2010)04-0075-03

2010-07-19

陳希祥(1984-),男,浙江溫州人,學士學位,主要從事機械設備的供應和管理。E-mail:cxx024@qq.com