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反渗透系统(反渗透RO膜)工艺介绍有哪些?佳木斯反渗透水处理设备,佳木斯电子行纯水设备,佳木斯医疗水处理设备

2010-05-24 10:03:49

 
反渗透系统(反渗透RO膜)工艺介绍有哪些?-佳木斯反渗透水处理设备,佳木斯电子行纯水设备,佳木斯医疗水处理设备

 

反渗透系统(反渗透RO膜)工艺介绍有哪些?
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 反渗透系统中膜元件的排列一般为锥形分段串并联方式,且各段等长.在沿系统流程方向上,由于产水的分流作用,膜两侧压力差(delP)逐步下降;由于水中盐分的浓缩,膜两侧渗透压差(delPosm)逐步增大;膜两侧的净驱动压力(NDP)及膜产水通量(Q)不断下降,从而产生膜通量分布不均衡现象.


反渗透系统(反渗透RO膜)工艺介绍佳木斯反渗透水处理设备,佳木斯电子行纯水设备,佳木斯医疗水处理设备
    近10年来反渗透技术以其低成本、低能耗、易操作、少占地等诸多优势,在工业及市政水处理领域得到了广泛地应用与迅速地普及,在水处理技术市场中占有很大的份额.随着反渗透技术应用范围与系统规模的日益扩大,系统的节能、节水等多项系统设计与运行问题日显突出,其中膜系统通量均衡分布即为反渗透膜系统设计与运行领域中的典型问题之一.  

    反渗透设备系统中膜元件的排列一般为锥形分段串并联方式,且各段等长.在沿系统流程方向上,由于产水的分流作用,膜两侧压力差(delP)逐步下降;由于水中盐分的浓缩,膜两侧渗透压差(delPosm)逐步增大;膜两侧的净驱动压力(NDP)及膜产水通量(Q)不断下降,从而产生膜通量分布不均衡现象.

    系统的膜通量分布除遵循上述必然规律外,还与系统运行工况密切相关.膜元件平均水产量、膜性能衰减情况等诸多因素均对系统膜通量的分布造成不同程度的影响,其中系统给水温度、给水含盐量、系统流程长度及膜元件品种构成影响膜通量分布的主要因素.图1示出反渗透系统中不同流程位置上膜通量分布曲线及各主要影响因素对通量分布的作用.  

   膜通量沿流程方向的不断下降,对于系统运行同时存在着利和弊两个方面的情况.一方面给/浓水被逐步浓缩,污染物浓度逐步升高,系统后端膜通量的降低有利于系统中膜污染程度的均衡;另一方面系统首末端通量差异过大,前端膜元件在高驱动压力、高通量条件下运行,膜元件污堵速度快,后端膜元件在低驱动压力、低通量条件下运行,膜元件不能充分发挥其作用.故对系统运行来说,有必要使系统中膜通量保持一定的梯度,使系统运行处于优化状态.

   不同的给水条件存在着不同的最佳通量分布.对于二级系统而言,给水水质上佳,流程中膜通量应尽量均衡;以井水为水源的系统,给水水质略差,流程中膜通量应保持一定梯度;以地表水为水源的系统,给水水质更差,流程中膜通量梯度则应保持更高水平.   佳木斯反渗透水处理设备,佳木斯电子行纯水设备,佳木斯医疗水处理设备

在系统设计与运行领域中,克服通量分布极端不均衡现象可以采取一系列措施,其中主要包括膜品种配置、段间加压、淡水背压三大工艺.笔者将逐一分析此三大工艺的特征、功用与适用范围,从而为反渗透系统的设计与运行提供有力的参考.由于量化最佳膜通量梯度存在相当难度,因此在分析过程中仅以均衡通量为目标,该目标下得到的结论可作为不同通量梯度工况的参考依据.  

   膜工作压力的降低,大大降低了反渗透系统的操作压力,明显地降低了能耗,节省了设备投资,极大地促进了反渗透技术的推广应用.与此同时,膜系统中膜通量失衡问题也越发明显,而且水处理工程界对此现象尚未给予足够的重视,未能采取相应措施予以克服.以数据形式明确超低压膜系统通量失衡的严重性也是本研究的目的之一.

1  反渗透膜元件性能比较   

      ESPA膜(Energy Saving PolyAmide)作为依据进行均衡通量的相应分析.ESPA膜是一种节能型聚酰胺复合膜,与高压的CPA2聚酰胺复合膜相比,在获得同等产水通量条件下,需要的工作压力更低.ESPA膜系列又可分为ESPAl、ESPA2、ES、PA3、ESPA4四个品种,各品种工作压力又有不同.  

   膜产品技术手册中,给出了不同给水含盐量及不同测试压力下的膜的测试参数.不同测试条件尽管暗示了不同膜品种元件的工作条件,同时也淡化了各膜品种间的参数差异.表l给出海德能ESPA-4040系列膜品种在相同的进水压力、进水温度与回收率计算条件下的计算参数指标.
 

如表l所示,在同一压力下,产水通量各不相同.反过来说,若相同的产水量,膜品种不同所需压力也各不相同,所需压力从高到低排列为ESPA2、ESPAl、ESPA3、ESPA4. 

ESPA膜品种所需系统给水压力低,在某些运行条件下,系统浓水压力值接近浓水渗透压力值,使得系统的纯驱动压力产生很大的梯度,即进水端NDP很高,出水端NDP很低.膜通量分布不均衡问题更突出.笔者固定了膜型号(以ESPA2-4040、ESPAl-4040膜品种为例),分别对单段、两段反渗透系统采用3种通量均衡工艺进行讨论.

2  单段系统膜通量均衡工艺   

   系统采用同一膜品种时,随着流程增长,膜通量下降.由于在同一压力下,膜品种不同,通量不同,故可以在沿系统流程的适当位置处更换膜品种,使其在进水压力不变情况下,提高或降低该流程处的膜通量,使系统前端通量降低或是使系统后端膜通量提高,以达到整个系统通量均衡的目的.以系统膜品种更换所对应的首支膜元件的通量的偏离度((系统首端第一支膜元件通量-膜品种更换后的第一支膜元件通量)/系统首端第一支膜元件通量)接近于0%,作为系统优选的膜品种配置方式.图2给出了一级一段6支膜6 m长系统的不同运行工况对膜品种配置的断点位置的影响.

3  两段系统的膜品种配置工艺   

   当系统采用多段系统,流程增长时,系统的通量分布不均衡程度严重,需采用通量均衡工艺改善系统运行的通量分布状态.以系统流程为8 m,2(4)一l(4)(即采用两段反渗透系统,每段装4支膜)排列结构的系统为例进行分析,表2给出12支膜8 m流程在各运行工况下膜品种优化配置后对系统性能的影响.  

   研究发现进水含盐量、进水温度的变化对系统膜品种配置的断点位置的变化影响较大,而运行年数、单支膜通量的变化,对系统膜品种配置的断点位置的变化影响不大.

4  两段系统的段间加压与淡水背压工艺   

   段间加压与淡水背压是工程中常用的均衡系统通量分布的工艺,两者异曲同工.淡水背压工艺通过调节淡水阀实现,简单易行,而段间加压工艺需增设一台加压泵,两种工艺系统投资不同,但对系统通量均衡分布的效果相同一。.经研究发现,段间加压值、淡水背压值与系统运行条件的关系一致,两者对系统性能的影响除淡水背压使系统单位产水量的能耗增加外,对系统的通量均衡分布、回收率、脱盐率的影响也一致,故笔者将两种工艺合并起来一起探讨.

4.1  系统加压值与系统运行条件的关系  

   系统所需的加压值与系统运行的进水温度、进水含盐量、运行年数、所要求的单支膜产量密切相关.当系统运行工况改变时,系统所需的最佳加压值也随之变化,即进水含盐量大小、单支膜产量大小与系统所需的加压值大小呈线性正比关系;当系统进水含盐量低时,进水温度的变化对系统所加的加压值没有影响,但当进水含盐量升高时,系统所需的加压值随系统进水温度的升高缓慢上升(见图3);运行时间的增加对系统是整体性能的改变,系统所需的加压值不会随着系统运行时间的长短而变化.

4.2  系统加压值的改变对系统性能的影响  

   系统的通量分布会随着系统加压值的增加而逐渐均衡,但加压值存在一个最佳加压值点,达到该点能使得系统的通量分布最均衡,当超过该点继续加压时,系统后端驱动压力的增大,导致膜通量逐渐增大,通量分布又呈现失衡趋势.

5 三种通量均衡工艺的比较   

   膜品种配置工艺、段间加压工艺、淡水背压工艺均可以均衡系统通量,相对于传统设计模式,3种工艺都对系统的性能有所改善,但各有其特点.表3给出了3种均衡通量工艺的对系统性能改变的参数值.

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(1鉴于3种工艺的各自特征,系统的通量均衡分布可以通过3种工艺相结合,达到对系统的通量均衡分布,即在采用膜品种配置方式的基础上据实际情况采用段间加压工艺或淡水背压工艺.  

(2)在对ESPA2-4040、ESPAl-4040膜品种研究的基础上得出上述结论,其规律性结论同样适用于其它ESPA-4040膜品种.由于ESPA2-4040膜品种相对于其它ESPA-4040膜品种为高压膜品种,其全排列方式有膜通量曲线平滑、脱盐率高的优势,系统采用3种通量均衡工艺时,对系统性能有较大改善.若系统对其它的ESPA-4040膜品种采用3种通量均衡工艺,则对系统的通量均衡分布和系统性能的改善效果更突出。佳木斯反渗透水处理设备,
(3)膜品种配置工艺简单易行,不增加额外投资,是3种通量均衡工艺中所费能耗最低的一种工艺.系统的通量均衡分布是一次性的调整,无法达到完全均衡.  (4)段间加压工艺与淡水背压工艺对系统的均衡通量分布的作用一致,且这两种工艺相对于膜品种配置方式而言,可以据系统运行条件的改变进行适时调整,达到对系统的通量均衡分布的效果
 
 

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