反滲透原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳希祥

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司,江西貴溪 335424)

反滲透原理及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳希祥

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司,江西貴溪 335424)

本文結(jié)合了量化公式論述了反滲透技術(shù)原理,并以反滲透技術(shù)為核心,構(gòu)建了一套現(xiàn)代化的水處理系統(tǒng)。

反滲透技術(shù);反滲透原理;系統(tǒng)設(shè)計(jì);水處理

1 引言

1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan無意發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時(shí)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?yàn)殛懙厣嫌煞魏粑膭?dòng)物是絕對(duì)無法飲用高鹽份的海水的。經(jīng)過解剖發(fā)現(xiàn)海鷗體內(nèi)有一層薄膜,該薄膜非常精密,海水經(jīng)由海鷗吸入體內(nèi)后加壓,再經(jīng)由壓力作用將水分子貫穿滲透過薄膜轉(zhuǎn)化為淡水,而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外,正是這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn),使反滲透法的基本理論架構(gòu)得以建立,并使全世界對(duì)水處理的研究進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代[1]。

2 反滲透的原理

首先,滲透是一種物理現(xiàn)象。當(dāng)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(huì)發(fā)現(xiàn),含鹽量少的一邊的水分會(huì)透過膜滲到含鹽量高的一邊,而所含的鹽分并不滲透,此時(shí),兩側(cè)的靜壓差就是滲透壓。但如果在含鹽量高的水側(cè),試加一個(gè)大小等于滲透壓的壓力,其結(jié)果會(huì)使上述滲透停止。如果繼續(xù)加大壓力,可以產(chǎn)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?jié)B透向相反方向進(jìn)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(dá)到除去水中雜質(zhì)和鹽分的目的。

圖1 滲透與反滲透原理示意圖

以下用幾個(gè)數(shù)學(xué)公式對(duì)上述的過程進(jìn)行量化,以利于能在工程實(shí)踐中對(duì)滲透參數(shù)的準(zhǔn)確控制:

①滲透壓與溶質(zhì)濃度之間的關(guān)系為:

注:Po sm為滲透壓(psi);T為溫度(℃);∑(mi)為溶液中所有溶質(zhì)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(cè)壓力差;△Po sm為膜兩側(cè)的滲透壓差;Kw為膜的純水滲透系數(shù);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(shù);NDP為跨過膜的水傳質(zhì)總驅(qū)動(dòng)壓力或總驅(qū)動(dòng)力。

綜上,為保證反滲透過程的順利進(jìn)行需滿足以下兩個(gè)條件:

a、選擇性透過溶劑的高品質(zhì)滲透膜;

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

3 以反滲透技術(shù)為核心構(gòu)建的水處理系統(tǒng)

反滲透水處理系統(tǒng)一般包括預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透裝置、后處理系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等。

圖2 工藝流程圖

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)一般包括加酸系統(tǒng)、熱交換器、加藥裝置、多介質(zhì)過濾器、活性碳過濾器、反沖洗動(dòng)力裝置。其主要作用是降低原水的污染指數(shù)和余氯等其他雜質(zhì),達(dá)到反滲透的進(jìn)水要求,使反滲透本體系統(tǒng)的使用壽命最大限度地延長。預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)備配置應(yīng)該根據(jù)原水的具體情況而定。

3.2 反滲透本體系統(tǒng)

反滲透本體系統(tǒng)是本系統(tǒng)中最主要的脫鹽裝置,反滲透系統(tǒng)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(jī)物及微生物。經(jīng)過預(yù)處理后合格的原水進(jìn)入置于壓力容器內(nèi)的膜組件,水分子和極少量的小分子量有機(jī)物通過膜層,經(jīng)收集管道集中后,通往產(chǎn)水管再注入反滲透水箱。反之不能通過的就經(jīng)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(tǒng)的進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水管道上都裝有一系列的控制閥門,監(jiān)控儀表及程控操作系統(tǒng),它們將保證設(shè)備能長期保質(zhì)、保量的系統(tǒng)化運(yùn)行。

它主要包括下列單元設(shè)備:保安過濾器、多級(jí)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(tǒng)

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(shè)備。后處理系統(tǒng)能把反滲透的出水水質(zhì)更好的提高,使之滿足使用要求。

3.4 清洗系統(tǒng)

主要有清洗水箱、清洗水泵、精密過濾器組成。當(dāng)反滲透系統(tǒng)受到污染出水指標(biāo)不能滿足要求時(shí),需要對(duì)反滲透進(jìn)行清洗使之恢復(fù)功效。

3.5 電氣控制系統(tǒng)

是用來控制整個(gè)反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行的。包括儀表盤、控制盤、各種電器保護(hù)、電氣控制柜等。

4 總結(jié)

反滲透法具有設(shè)備構(gòu)型緊湊,占地面積小、單位體積產(chǎn)水量及能量消耗少等優(yōu)點(diǎn),已應(yīng)用于幾乎所以行業(yè)。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(dòng),通過膜的毛細(xì)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(xì)菌和病毒。因此自從開發(fā)以來發(fā)展迅速,不僅廣泛用于工業(yè)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(shù)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[3] 嚴(yán)偉,鄧慧萍,徐迪民.膜技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用[M].城市公共事業(yè),1996.

[4] 王振士.電滲析和反滲透:水處理[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)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(xué)士學(xué)位,主要從事機(jī)械設(shè)備的供應(yīng)和管理。E-mail:cxx024@qq.com