反渗透膜技术讲述.pptx

饮用水水质以及反渗透膜净水器 同济大学环境科学与工程学院 董秉直 2015年9月 反渗透净水器讲座 水中的各种杂质尺寸与膜的关系 MF / UF 膜元件脱除 颗粒 / 胶体 MF / UF 膜元件不能脱除 溶解性离子 RO 膜元件脱除 一价离子脱除率 : 99% 二价离子脱除率 : 99.8% 完全脱除 高分子物质、颗粒、胶体等 膜截留各种杂质的效果 溶解物质形成渗透压 浓度 渗透压 (mg/L) (bar) NaCl 2,000 1.6 NaHCO3 2,000 1.2 MgSO4 2,000 0.7 葡萄糖 10,000 1.3 海水 35,000 26.2 典型含盐溶液渗透压 渗透压 离子越小，则渗透压越大。 半透膜 水: 能透过 盐: 不能透过 反渗透 渗透是自发现象，水可透过半透膜向浓溶液，使右边的液面上升，它们的液面差即为渗透压。 用一种已知分子量的物质（通常是蛋白质类的高分子物质，如聚乙二醇）来测定超滤膜的孔径，当90%的测定物质被膜所截留，则该物质的分子量为膜的截留分子量。截留分子量的单位是道尔顿（Daltons, 1Da=1.65×10-24g）。 截留分子量－表征膜孔径 膜 截留分子量(Da) 膜孔径(nm) YM3 3000 3 YM10 10000 5 YM30 30000 8 YM100 100000 14 反渗透：截留分子量在100-200Da；操作压力在1-10MPa； 纳滤（Nanofiltration,NF）：截留分子量在200-2000Da，操作压力在0.3-1MPa； 超滤（Ultrafiltration, UF）：孔径大小在0.01-0.1μm，操作压力在0.02-0.2MPa； 微滤（Microfiltration, MF）：孔径大小在0. 1-10μm，操作压力在0.02-0.2MPa。 按照截留分子量分类 表征膜表面的亲疏水性－接触角 接触角是表征膜的亲水或疏水的重要参数。接触角越小，膜越表现出亲水，而接触角越大，膜表面越疏水。 材质 英文缩写 亲疏水性 醋酸纤维素 CA 亲水 三醋酸纤维素 CTA 亲水 聚丙烯腈 PAN 疏水 聚砜 PS 疏水 聚偏氟乙烯 PVDF 疏水 聚醚砜 PES 疏水 聚芳醚酮 PEK 疏水 主要有机膜材质 恒流过滤和恒压过滤 恒流过滤：过滤过程保持通量不变，由于膜阻力的增加，驱动压力需相应增加，以克服阻力，保持通量的稳定，导致膜压差的持续增加。 恒压过滤：过滤过程保持压力不变，由于膜阻力的增加，导致通量的持续下降。该过滤模式仅用于试验研究。 膜水厂采用恒流过滤运行模式，家用净水器采用恒压过滤运行模式。 终端过滤和错流过滤 反渗透和纳滤家用净水器采用错流过滤运行模式，而活性炭＋微滤或超滤家用净水器采用终端过滤运行模式。 反渗透将小分子物质以及离子截留，它们聚集在膜表面，产生渗透压。如果采用终端过滤运行模式，越来越多的离子产生很高的渗透压，使运行无法运行。 反渗透运行模式 采用错流运行模式，将累积在膜表面的离子等带走，降低渗透压。 膜组件 板框式 管式 中空纤维 膜组件 过滤面积（m2/m3） 卷式 700-2000 中空纤维 1000-2000 板框式 200-500 管式 100-300 卷式 膜结构 膜在结构上分为致密层和支撑层。致密层位于膜的顶层，主要起到分离作用，也称为“皮层”；支撑层只起机械支撑作用，而没有分离作用。膜的过滤阻力与膜的厚度成反比关系。因此，为了具有更好的分离功能以及较大的通量，膜应具有不对称的结构。 装有膜元件的压力容器的组合俗称排列。段指的是浓水经过了几次压力容器过滤，级指的是产水经过了多少次过滤分离。 反渗透系统的级与段 反渗透系统 饮用水存在的最主要的问题是有机污染，有机物对健康带来的威胁是所谓的“三致”作用，致畸，致癌，致突变。降低水中的有机物是饮用水处理的最主要任务，也是家用净水器的任务。 饮用水的安全受到严重的威胁 高锰酸盐指数（CODMn）,以高锰酸钾为氧化剂，处理水样所消耗的量，部分还原性无机物和有机物均可消耗高锰酸钾。因此，CODMn只能反映部分有机物。（3mg/L） 总有机炭（Total organic compound, TOC），通过高温燃烧，将全部的有机物燃烧成二氧化碳，然后测定其数值，最准确反映了有机物的总量。 紫外254nm的吸收值（UV254），在紫外254nm处吸收的有机物，反映疏水性有机物。 有机物的表征 水中有数百甚至数千种有机物，无法也没必要将这些有机物全部测定，通常的表征是测定有机物的总量。 二次污染 自来水中的某些有机物会支持微生物或细菌的繁殖，提供它们生长的营养，这些微生物会在管壁形成生物膜，导致管道的腐蚀，从而使水质恶化，这种现象称为“二次污染”。 二次污染是