1、第一章反渗透法海水淡化工艺内容CONTENTS一、海水淡化技术基础一、海水淡化技术基础二、反渗透法海水淡化工艺二、反渗透法海水淡化工艺三、其他膜法海水淡化工艺三、其他膜法海水淡化工艺典型反渗透工艺流程预处理系统反渗透系统能量回收系统排水系统广泛应用的膜分离技术2.1 膜分离技术概述膜膜：两相之间的选择透过性的屏障。膜分离膜分离 利用膜的选择透过性对混合物组分进行分离的过程。2.1 膜分离技术概述特点（1）大部分过程无相变发生，能耗低；（2）一般无需从外界加入其他物质，节约资源，保护环境；（3）可实现分离与浓缩、分离与反应同时进行，大大提高效率；（4）常温常压下进行，特别适用于热敏性物质的分离、
2、浓缩；（5）不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物或无机物的分离，而且还适用于特殊溶液体系的分离如共沸物的分离；（6）膜组件简单，可实现连续操作，易控制、易放大。2.1 膜分离技术概述渗透现象：膜两侧压力相等情况下，作为溶剂的水分子从溶质浓度低的一侧向浓度高的一侧通过。(a)渗透渗透压渗透压：促使水分子透过的推动力，实质是纯水与盐水中水的化学位差。(b)渗透平衡反渗透：如果在盐水侧加压使得气压差大于渗透压，则盐水中的水将通过半透膜流向纯水侧，这一现象称为反渗透(c)反渗透2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式一、反渗透基本原理一、反渗透基本原理理想溶液2.2 反渗透基本原理
3、及其形式反渗透基本原理及其形式一、反渗透基本原理一、反渗透基本原理aw 水的活度rw 水的活度系数xw 水的摩尔分数1953，佛罗里达大学Reid，发现醋酸纤维素的半透性1960，加州大学Loeb和Sourirajan，高脱盐高通量醋酸纤维素反渗透膜1967，DuPont公司，尼龙-66中空纤维反渗透膜1970s，DOW、TOYOBO，三醋酸纤维素中空纤维膜1980，Fluid system、Filmtech螺旋卷式聚酰胺复合膜2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式一、反渗透基本原理一、反渗透基本原理1)：三醋酸纤维素酯（TCA）分子结构式2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本
4、原理及其形式二、反渗透材料及元件二、反渗透材料及元件 元件形式中空纤维柱式膜1)：三醋酸纤维素酯（TCA）2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式二、反渗透材料及元件二、反渗透材料及元件CCNHHNCCNHHNCOOOCOOOHNH*Oxy 分子结构式2)芳香族聚酰胺2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式二、反渗透材料及元件二、反渗透材料及元件对苯二胺（MPD）均苯三甲酰氯TMC-油相+2)芳香族聚酰胺 元件形式2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式二、反渗透材料及元件二、反渗透材料及元件醋酸纤维素醋酸纤维素芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺压密性能易难运行pH值
5、5-63-10生物稳定性差好耐氯性好差抗污染性能不易结垢抗污染性能差2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式二、反渗透材料及元件二、反渗透材料及元件 主要生产厂商及份额主要生产厂商及份额Filmtech1）传质过程步骤一：从料液主体传递至膜表面：对流、分子扩散步骤二：透过膜步骤三：从膜表面到料液主体步骤一步骤三步骤二2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质过程及机理三、反渗透传质过程及机理2）理论模型）理论模型（针对（针对“透过膜透过膜”的过程）的过程）优先吸附-毛细孔流理论 溶解-扩散理论2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质
6、过程及机理三、反渗透传质过程及机理 优先吸附优先吸附毛细孔流理论毛细孔流理论NaCl亲水膜表面亲水膜表面H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O亲水膜表面亲水膜表面H2OH2OH2ONaClNaClNaClNaClNaClH2ONaClH2OH2OH2ONaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2ONaClNaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClNaClNaClH2OH2OH2ONaClH2O纯水界面主体溶液压力内容：水分子优先吸附-纯水层 水分子进入膜孔-毛细孔流 d 2t,溶质可能产
7、生透过 2t 将产生最大通量-临界孔径dt2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质过程及机理三、反渗透传质过程及机理Lonsdale&Riley 提出，认为膜是非多孔性的过程步骤：吸附和溶解化学位差的推动下扩散解吸料液渗透液 溶解溶解 扩散理论扩散理论2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质过程及机理三、反渗透传质过程及机理氢键理论膜的表面层OH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCH
8、OCCOCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOH2COCOC HH OC HOH2CH2COCOOHOHOCOH2CC H2H2CCHOCCOCC HOO HOOOOOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O膜的表面层杂质等离子2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质过程及机理三、反渗透传质过程及机理水渗透通量溶质的渗透通量2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式三、反渗透传质过程及机理三、反渗透传质过程
9、及机理四、浓差极化1 1 形成过程形成过程 过程描述：过程描述：定义：定义：溶质在膜表面附近浓度高于主体溶质在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓差极化。浓度的现象称为浓差极化。本质：本质：溶剂与溶质在膜两侧渗透速率的溶剂与溶质在膜两侧渗透速率的差异。差异。浓差极化现象不可消除，可逆，浓差极化现象不可消除，可逆，CbCmCpJw2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式2 2 数学描述数学描述CbCmCpJw=+x xJwCJ Jw wC CP P四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式CbCpCm 料液主体至膜表面的传递：浓差极化料液主体至膜表面的传递：浓
10、差极化 膜一侧至另一侧的传递：优先吸附膜一侧至另一侧的传递：优先吸附-毛细孔流毛细孔流&溶解扩散溶解扩散四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式 离子通量增大，离子截留率降低离子通量增大，离子截留率降低 4.4 4.4 浓差极化的影响浓差极化的影响本征截留率本征截留率 水渗透通量下降水渗透通量下降CbCpCm表观截留率表观截留率四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式 膜结垢及膜污染的发生膜结垢及膜污染的发生4.4 4.4 浓差极化的影响浓差极化的影响四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式J 值值限制反渗透产水通量限制反
11、渗透产水通量4.4 4.4 浓差极化的影响浓差极化的影响四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式 提高料液流速提高料液流速K 值值-4.5 4.5 浓差极化的缓解措施浓差极化的缓解措施u ，Re ，四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式 原水侧设置湍流促进器原水侧设置湍流促进器-进水隔网进水隔网K 值值-4.5 4.5 浓差极化的缓解措施浓差极化的缓解措施四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式 提高运行温度提高运行温度K 值值T ，D温度每升高一度，产水通量就会增加百分之二到百分之三左右温度每升高一度，产水通量就会增加
12、百分之二到百分之三左右4.5 4.5 浓差极化的缓解措施浓差极化的缓解措施四、浓差极化2.2 反渗透基本原理及其形式反渗透基本原理及其形式指标：产水通量：一定压力下单位时间单位面积水的透过体积，L/m2h 回收率：透过侧流量与原水流量之比，Fp/Ff，%截留率：（1-CP）/Cf，%产水水质Ff,CfFc,CcFP,CP一、反渗透重要指标及影响因素2.3 反渗透应用基础反渗透应用基础影响因素影响因素 操作压力 温度：料液流速？料液浓缩倍数 膜材料与结构一、反渗透重要指标及影响因素2.3 反渗透指标及其调控反渗透指标及其调控指标：产水通量：回收率：截留率：产水水质Ff,CfFp,CdFc,Cc单
13、支回收率小于15%，如何获得高回收率？膜元件-膜组件二、反渗透元件的组合及结构2.3 反渗透应用基础反渗透应用基础单支组件膜表面流速一定，即单支组件进水流量一定，如何处理更大流量原水？膜组件膜堆Ff,CfFd,CdFc,Cc二、反渗透元件的组合及结构2.3 反渗透应用基础反渗透应用基础 膜堆级段结构二、反渗透元件的组合及结构2.3 反渗透应用基础反渗透应用基础2.3 反渗透海水淡化原水要求及预处理反渗透海水淡化原水要求及预处理项目定义危害指标方法SDI淤泥密度指数 污染3超滤/絮凝-沉淀浊度污染0.1NTU絮凝-沉淀；COD污染30ppm超滤Fe&Mn胶体污染0.05ppmpH调节/絮凝-沉淀
14、；LSI，S&DI结垢 0pH调节，阻垢剂微生物污染消毒杀菌余氯膜氧化 0.1ppm还原剂（焦亚硫酸钠）温度损害&性能5-45pH3-10pH调节2.3 反渗透原水要求及预处理反渗透原水要求及预处理1.SDI测定一、能量回收系统的必要性2.4 反渗透能量回收系统反渗透能量回收系统充分利用浓水压力，降低能耗充分利用浓水压力，降低能耗思路？思路？1.1.离心式离心式ERIERI公司公司 Turbocharger Turbocharger二、能量回收系统分类2.4 反渗透能量回收系统反渗透能量回收系统二、能量回收系统分类2.4 反渗透能量回收系统反渗透能量回收系统2.2.往复式往复式Calder C
15、alder 公司公司DweerDweer阿科凌阿科凌二、能量回收系统分类2.4 反渗透能量回收系统反渗透能量回收系统2.2.往复式往复式ERIERI公司公司 PX PX二、能量回收系统分类2.4 反渗透能量回收系统反渗透能量回收系统2.2.往复式往复式一、概况一、概况 曹妃甸北控海水淡化项目于2010年3月正式开工建设，项目总投资40293.3万元，占地面积约33亩，采用膜法工艺，配置5套单体产能1万立方米/日的反渗透装置，是我国首个自主设计建设的大型海水淡化项目，海水被动滤网海水取水室海水取水泵高效浅层气浮（DAF）清水池UF进水泵自清洗过滤器超滤（UF）系统UF过滤水池RO进水泵RO系统R
16、O高压泵能量回收装置能量回收增压泵RO系统后矿化产水池产水泵外部管网次氯酸钠絮凝剂UFCIP/CEB氢氧化钠（夏季）阻垢剂亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠ROCIPRO反洗二氧化碳盐酸次氯酸钠UF反洗二、工艺流程二、工艺流程2600m3/h2480L/h2 h/24 hFeCl31695.2 m3/h361L/h31627.4 m3/h 150um 3247 m3/h 0.02um 20 (共24，单套64元件)4532 m3/h 7132 支5套，单套产量417 m3/h 2084 m3/h反渗透过程设计简介：以反渗透过程设计简介：以ROSA为例为例系统设计的前提：系统设计的前提：1.原水水质、性质、变
17、化及来源2.预处理及产水水质系统设计的需求：系统设计的需求：1.产水量2.产水水质3.回收率4.运行条件、可操作性5.系统现场空间6.化学清洗要求三、反渗透海水淡化过程设计三、反渗透海水淡化过程设计反渗透过程设计简介：以反渗透过程设计简介：以ROSA为例为例膜种类及型号的选定：膜种类及型号的选定：1.类型：卷式？2.尺寸：3.种类：苦咸水？抗污染？。如何获得上述参数？反渗透过程设计简介：以反渗透过程设计简介：以ROSA为例为例系统配置：系统配置：1.流动的配置：Once-through？Recycle？2.压力容器数和元件数：3.组数及段数4.级数5.泵的配置：设计通量：设计通量：段数及元件数选择：段数及元件数选择：反渗透过程设计简介：以反渗透过程设计简介：以ROSA为例为例设计练习：10000m3/d 海水淡化工程，系统回收率45%1.设计通量：14L/m2h2.RO膜元件的有效面积：37m33.每支压力容器装膜数量：64.需要多少支膜？5.需要多少只压力容器？6.段数？
