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反滲透結(jié)垢現(xiàn)象分析

作者:** 來源:******* 時間:2016-03-15 14:07:28 瀏覽次數(shù):

反滲透結(jié)垢現(xiàn)象分析

· 反滲透結(jié)垢現(xiàn)象分析 

摘要:闡述了反滲透的原理,從反滲透膜的角度對反滲透結(jié)垢進(jìn)行了分析,。并提出了預(yù)防結(jié)垢措施,。

關(guān)鍵詞:反滲透,,結(jié)垢,,膜

前言

目前制純水的方法有四種,,蒸餾法,、電滲析法,、離子交換法和反滲透法,。而反滲透又是最先進(jìn),、效率最高、最節(jié)能的制純水技術(shù),。反滲透是20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一種水處理工藝,。目前,它已用在城市用水,、鍋爐補(bǔ)給水,、電廠鍋爐補(bǔ)給水、工業(yè)廢水及海水淡化和各種溶液中溶質(zhì)分離等方面,。

目前火力發(fā)電還是我國發(fā)電的主力軍,,在火力發(fā)電生產(chǎn)中,以反滲透處理水的技術(shù)應(yīng)用很廣,。華能玉環(huán)電廠反滲透的海水淡化,,大唐甘谷發(fā)電廠的反滲透水處理,國電邯鄲熱廠的反滲透的水處理,,山西陽泉有陽光發(fā)電有限責(zé)任公司等等,。

1反滲透原理

如果將淡水和鹽水用一種只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜隔開,則淡水中的水會穿過半透膜至鹽水一側(cè),,這種現(xiàn)象叫滲透,。

因此,,在進(jìn)行滲透過程中,由于鹽水一側(cè)液面的升高會產(chǎn)生壓力,,從而抑制淡水中的進(jìn)一步向鹽水一側(cè)滲透,。最后,當(dāng)濃水側(cè)液面距淡水面有一定的高度,,以至它產(chǎn)生的壓力足以抵消其滲透傾向時,,濃水側(cè)的液面就不再上升。此時,,通過半透膜進(jìn)入濃溶液的水和通過半透膜離開濃溶液的水量相等,,所以它們處于平衡狀態(tài)。在平衡時,,鹽水和淡水間的液面差H表示這兩種溶液的滲透壓差,。如果把淡水換成純水,則此壓差就表示鹽水的滲透壓,。

根據(jù)這一原理,,不難推論出,如果在濃水側(cè)外加一個比滲透壓高的壓力,,則可以將鹽水中的純水?dāng)D出來,,即變成鹽水中的水向純水中滲透。這樣,,其滲透方向和自然滲透相反,,即反滲透原理(見圖1)。

 

2半透膜

 

滲透現(xiàn)象是18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的,。最出,,人們都是用動物做實驗。動物膜不是真正的半透膜,,它們有許多缺點,,在工業(yè)上不能應(yīng)用。所以,,反滲透技術(shù)的發(fā)展,,決定于半透膜的制取工藝。

 

良好的半透膜應(yīng)具備以下一些特性:1透水率大,,脫鹽高,;2機(jī)械強(qiáng)度大;3耐酸,、耐堿,、耐微生物的侵襲;4使用壽命長,;5制取方便,,價格較低。

 

2.1醋酸纖維素膜

 

這是最早的1960年制成的實用人造膜?,F(xiàn)在,,其制造方法經(jīng)多次改進(jìn),產(chǎn)品具有透水率大,,脫鹽率高和價格便宜的優(yōu)點,。

 

2.2聚酰胺膜

 

在1970年以前制成的主要是脂肪族聚酰胺膜,例如尼龍-66,、尼龍-6等,,這些膜的透水性很差。后來,,制成了芳香族聚酰胺膜,,它的透水性、除鹽率(參看表1),、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等都較好,。它能在pH值為4~10的范圍內(nèi)使用(長期使用范圍為pH=5~9)。芳香族聚酰胺膜主要制成中空纖維,。

 

 

表1聚酰胺膜的透水性和除鹽性能

2.3復(fù)合膜

 

上列半透膜之所以能起滲透作用,,是由于其表面的活化層。此活化層只需很薄一層,,它太厚無助于滲透作用,,反而會引起透水率降低,并使流量隨運行時間衰減的速度加快,。然而在制取這些膜時,,卻難以將活化層做得比0.0001mm更薄,為此研制成了復(fù)合膜。

        復(fù)合膜是兩層薄皮的復(fù)合體(見圖2)先在布料上制成多孔支撐層,,然后在其表面進(jìn)行活化層的聚合反應(yīng),。支撐層材料可采用聚砜,活化層可用聚脲,。

        復(fù)合膜的透水率,、脫鹽率和流量衰減方面的性能都較優(yōu)越,它的出現(xiàn)大大降低了反滲透的操作壓力,,延長了膜的壽命,,提高了反滲透的經(jīng)濟(jì)效益。

 

 

3.1結(jié)垢分析

 

3.1原水的處理 

 

為了避免堵塞反滲透器,,原水應(yīng)經(jīng)預(yù)處理,,以消除水中的懸浮物,降低水的濁度,;此外,,還應(yīng)進(jìn)行殺菌,,以防微生物在反滲透內(nèi)滋長。

 

3.1.1懸浮物

 

懸浮物的多少是水質(zhì)好壞的一個指標(biāo),,如果懸浮的物質(zhì)多,,沒有及時過濾,就會在反滲透的膜上沉積,,阻礙膜的透水率,。從而使膜孔受堵而不能正常工作。所以在水進(jìn)入膜的表面之前把懸浮物過濾掉,。

 

3.1.2 濁度

 

濁度是表現(xiàn)水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度,。也就是說,由于水中有不溶解物質(zhì)的存在,,使通過水樣的部分光線被吸收或被散射,,而不足直線穿透。因此,,混濁現(xiàn)象足水樣的一種光學(xué)性質(zhì),。如果水的濁度過大,就說明水的不溶解污染物很多,,如果進(jìn)入反滲透膜的孔中,,同樣會堵住孔(孔徑<5nm~40nm)從而使反滲透的膜失效。

3.1.3微生物

 

微生物的種類很多,,主要分為厭氧型生物和好氧型生物,,厭氧型的微生物會把水中的氨或者有機(jī)氨氧化為氮氣和高價態(tài)的硝酸或者亞硝酸化合物,這些化合物的氧化性都比較強(qiáng),,而膜的組成是芳香族的酰氨在氧化劑的作用下會氧化,,膜的孔徑會變形,聚合物的長鏈斷口,,那么膜就起不到滲透作用就會失效給生產(chǎn)者帶來經(jīng)濟(jì)損失,,目前膜都是國外進(jìn)口的,很少有國內(nèi)的廠家生產(chǎn)而且價格昂貴,。

 

還有些微生物的大量繁殖會寄生在反滲透膜表面,,同樣會物理堵住膜的孔。

 

3.1.4污染指數(shù)

 

根據(jù)水利電力部頒布的SDGJ2----85的規(guī)定,,對反滲透器進(jìn)水水質(zhì)要求為表

 

 

污染指數(shù)(FI)是一種人為指標(biāo),,它用來表示水質(zhì)受懸浮雜質(zhì)污染的情況。其測定方法為:在一定的壓力下將水連續(xù)通過一個小型超濾器(孔徑為0.00045mm),將開始通水時流出500mL水所需的時間(t0)記錄下來,,通水15min后,,再次測定其流出500mL水所需的時間(t0)記錄下來,通水15min后,再次測定其流出500mL水所需的時間(t15),。據(jù)此,,就可按式1計算污染指數(shù)(FI):

                                式1

此法實質(zhì)上是測定超濾器受水中懸浮物的污堵情況。

 

3.2清洗

 

反滲透器在長期運行后,,就要清洗,,否則就會結(jié)垢使產(chǎn)水率下降,則可用化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗,。用來清洗的藥劑有稀HCl溶液,檸檬酸,、亞硫酸氫鈉和六偏磷酸鈉等絡(luò)合劑,,可根據(jù)具體情況選取。

 

一般的稀HCl溶液的電離程度很高,,反應(yīng)也很快,,如果pH>2會使得膜的性能下降,這些高聚芳香酰胺遇強(qiáng)酸和強(qiáng)堿其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,。從而影響了其生產(chǎn)效率,。

 

檸檬酸(C6H8O7)是中強(qiáng)酸,其結(jié)構(gòu)有手性,,所以有絡(luò)合作用,,可以除垢效果很好。

 

亞硫酸氫鈉(NaHSO3)和六偏磷酸鈉絡(luò)合的性的緩沖溶液也可以除去垢,,但是其中鈉離子可能有殘留,,因為膜的電性是負(fù)的,鈉離子會吸附在表面也對膜不利,。

 

3.3操作壓力

 

為了使反滲透得以進(jìn)行,,所加壓力必須使膜兩側(cè)的壓力差(△p)大于其滲透壓差(△ )。進(jìn)行反滲透的有效壓力為△p和△ 的差值,,反滲透水的通量可表示成式2

                               式2

式中F-------------反滲透水的通量,,m3/(m2h)

    W-------------滲透系數(shù),m3/(m2hMPa)

△    P---------膜兩側(cè)的壓力差,,即在鹽水側(cè)外加的壓力,,MPa

△ ----------膜兩側(cè)的滲透壓差,MPa

 

操作壓力的選擇決定原液的濃度,,因為它與滲透壓差△ 有關(guān),。此外,它還決定于膜的的透水性和水的回收率,。一般情況是,,提高操作壓力會使產(chǎn)水量增大,但壓力過大又會因膜受到壓力而使透水量下降。膜壓實后,,通水率減小了膜的效率降低了,,會造成生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。

 

3.4溫度

 

膜是有機(jī)物也符合熱脹冷縮,,溫度高了,,就會膨脹。但是有機(jī)膜的水解速度和溫度有關(guān),,溫度越高越容易水解,。所以膜的透水量是隨水溫的增高而增大的,但也加快膜的水解速度,,且使有機(jī)膜變軟,,易于壓實。所以,,對于有機(jī)膜來說,,通常將溫度控制在約20~30℃范圍為好。

 

3.5濃差極化

 

在反滲透過程中,,由于水不斷通過膜,,因此靠近膜表面的鹽水和進(jìn)口鹽水之間有濃度差,膜表面溶液的濃度較大,,這就是濃差極化,。隨著水大量的通過膜表面的濃度大大升高成過飽和溶液,有些鹽份如CaSO4,、MgSO4等等溶解度不大的鹽份會慢慢析出晶體,。開始這些鹽份只是很少的單晶體,還沒有晶體核,,所以不能長大,。只能在膜的表面沉積或者在溶液形成溶解平衡,當(dāng)隨著膜的表面溶液的濃度不斷增高,,水流達(dá)到一定平衡度,,出現(xiàn)了晶核,晶核開始成長,,逐漸的形成面或螺旋狀態(tài),。如果外界溫度合適,溶蝕物質(zhì)不多,,晶體就會逐漸長大,。在膜的表面形成堅固的水垢,會把膜堵住這樣大大降低了產(chǎn)水效率,。

 

4預(yù)防結(jié)垢

 

4.1原水的預(yù)處理

 

去除水中的懸浮物,,微生物,膠體,硫酸鈣,,藻類,,細(xì)菌,氧化劑,,余氯等,,油或脂類物質(zhì),有機(jī)物和鐵-有機(jī)物的絡(luò)合物,,鐵,、銅、鋁腐蝕產(chǎn)物等金屬氧化物,,進(jìn)水水質(zhì)對RO元件和IX樹脂的壽命及性能將產(chǎn)生巨大的影響,。

 

4.2濁度和污染指數(shù)

 

   在進(jìn)入反滲透之前要測污染指數(shù)。

 

4.3阻垢劑的使用

 

阻垢劑的分類及其原理

 

在水處理中常用的阻垢劑有聚磷酸鹽,,有機(jī)磷酸、膦羧酸,、有機(jī)膦酸脂,、聚羧酸等。

 

4.3.1聚磷酸鹽

 

常用聚磷酸有三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉,,在水中生成長鏈陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上,,同是這種陰離子易于和碳酸根置換,從而防止了碳酸鈣的析出,。

 

4.3.2有機(jī)膦酸

 

 學(xué)名的有HEDP,、EDTMP對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵或硫酸鈣的析出或沉淀有很好的效果,。

 

4.3.3有機(jī)膦酸酯

 

有機(jī)膦酸酯抑制硫酸鈣垢的效果較好,,但抑制碳酸鈣垢的效果較差。其毒性低,,易水解,。

 

4.3.4聚羧酸

 

   聚羧酸類化合物對碳酸鈣水垢有良好的阻垢作用,用量也極少,。常用的有聚丙烯酸和水解馬來酸酐等,。

 

  阻垢劑有一定還原性??梢猿ニ卸嘤嗟难趸瘎?,會使的一些CaSO4,MgSO4等等一些鹽類的Ksp增大數(shù)倍,,使得溶解平衡向溶解方向移動,。還可以溶蝕晶體,使得晶體難以成長也就抑制了晶體在膜的表面的結(jié)垢。從而有效的保護(hù)了反滲透的膜也就保護(hù)了反滲透裝置,。

 

4.4,、運行的停機(jī)

 

   在短時間內(nèi)不運行反滲透,如果水溫在20--30℃范圍,,4個小時清洗一次,,如果水溫在20℃以下,8個小時清洗一次,,如果在停運的狀態(tài)下,,阻垢劑以不斷加入為宜。以防止在停機(jī)期間濃水或殘余的鹽份有時間成長和結(jié)晶,。

 

4.5,、操作壓力

 

   在調(diào)試好后的反滲透裝置,其高壓泵的頻率是固定的,,如果沒有專業(yè)調(diào)試機(jī)構(gòu)的認(rèn)可,,不能隨意更改頻率和進(jìn)水壓力。以防止膜被壓實,。

 

4.6,、溫度

 

   水的溫度對反滲透也有影響的,一般的生水的溫度在20--30℃為宜 ,。

 

5結(jié)束語

本文是在大唐甘谷發(fā)電廠喬萬謀廠長的悉心指導(dǎo)下完成的,。在此,謹(jǐn)向喬萬謀廠長致以崇高的敬意和由衷的感謝,!

參考文獻(xiàn)

1 水的凈化新概念.張亞杰,顧澤南,王維一等.北京:中國建筑工業(yè)出版社.1982

2 姚繼賢等.LLY高效過濾器的研制.水處理設(shè)備技術(shù).1990

3 華東建筑設(shè)計院主編.給水排水設(shè)計手冊.第4冊工業(yè)給水處理.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1986

4 宋珊卿等編.動力設(shè)備水處理手冊.北京:水利電力出版社,1988

 

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