反渗透膜技术与设计工艺 - 图文

分离膜水处理工艺及其系统设计

Separation membrane treatment technology of water and

system design

i

摘要 摘要

分离膜技术作为一种新型的流体分离单元操作技术，与传统的分离工艺比

较具有常温环境、低工作压力、无相变、无滤料溶出、高效、节能、环保、单元化、占地面积小等一系列特点，目前在水处理领域已得到广泛的应用。显现出较强的市场竞争优势。

分离膜技术应用过程中，设计占有举足轻重的作用。设计的优劣直接决定工程的质量。对于分离膜系统设计目前主要依据膜厂家提供的设计导则和工程人员的工程经验。而目前还无相应的国家设计规范或者标准。本人基于参与中石化在土库曼斯坦国脱盐分离膜工程设计，以本项目来介绍典型分离膜系统的设计。

本项目的产水量为35t/h，原水的水质达到国家生活饮用水水质标准，含盐量200ppm，要求处理后含盐量小于10ppm。系统主要的脱盐处理单元为反渗透处理，系统配制54支美国海德能公司高脱盐CPA2型反渗透膜元件，安装在9支6芯压力容器中，采用36：18的排列方式，回收率为75%。预处理工艺采用多介质过滤器+超滤，多介质过滤器选用北京万侯环境技术公司生产的WFG型过滤器。超滤膜选用的是日本旭化成UAN-620A型，共16支，分为两组。

关键词 分离膜工艺；系统设计；超滤

工艺设计；反渗透工艺设计

ii

分离膜水处理工艺及其系统设计 Abstract

Membrane technology as a new type of fluid separation unit operation, with the traditional separation process compared with normal temperature environment, low stress, no transformation, no media dissolution, high efficiency, energy saving, environmental protection, modules, small footprint And a series of features in the field of water treatment has been widely applied. The market showed relatively strong competitive advantage. Membrane technology application process, the design occupies a decisive role. Design a direct bearing on the merits of the project quality. The membrane system design based on the current film manufacturers to provide guidelines for the design, and engineering staff of engineering experience, And at present no corresponding national design specifications or standards. Based on my participation in Turkmenistan in the petrochemical engineering, design of the desalination membrane to the project to introduce a typical membrane system design.

The project of producing water,35 t / h, raw water quality to the life of the country drinking water quality standards, salinity 200 ppm, to deal with after the salt content of less than 10 ppm. The main system for reverse osmosis desalination unit handling, the system prepared to Hyde 54 U.S. companies high-CPA2 reverse osmosis desalination membrane components, installed in nine 6-pressure vessel, using the arrangement of 36:18, the recovery was 75 percent. Pretreatment of a multi-media filter + ultrafiltration, multi-media filter optional Beijing Wellhead environmental technology company's WFG-filter. Selection of the membrane is Japan's Asahi formation of UAN-620A, a total of 16, divided into two groups.

Key words ：separation membrane process；

iii

system design；ultra-

filtration-system process design；RO-system process design

目录 目录

第一章 分离技膜术概述 ................................................. 1

1.1 概述 ............................................................ 1 1.2 分离膜的特点 ................................................... 1 1.3 分离膜技术发展简介 ............................................. 5 第二章 几种典型的分离膜技术 .......................................... 6

2.1 微滤技术 ....................................................... 6

2.1.1 微滤技术简介 ............................................. 6 2.1.2 微孔过滤技术应用领域 .................................... 6 2.2 超滤技术 ....................................................... 7

2.2.1 超滤技术简介 ............................................. 7 2.2.2 超滤膜技术应用领域 ...................................... 8 2.3 纳滤技术 ....................................................... 9

2.3.1 纳滤技术简介 ............................................. 9 2.3.2 纳滤膜及其技术的应用领域 ................................ 10 2.4 反渗透技术 ..................................................... 10

2.4.1 反渗透原理及反渗透膜的特点 ............................. 10 2.4.2 反渗透与超滤、微孔过滤的比较 ........................... 11 2.4.3 反渗透膜技术应用领域 .................................... 12 2.5 离子交换膜技术 ................................................. 13 2.6 其他分离膜技术 ................................................. 15

2.6.1 渗透蒸发技术 ............................................. 15 2.6.2 液膜技术 ................................................. 16

第三章 膜与膜组件 ..................................................... 17

3.1 分离膜性能 ..................................................... 18

3.1.1 透过性能 ................................................. 18 3.1.2 分离性能 ................................................. 18 3.2 膜材料及分类 ................................................... 20 3.3 膜组件 .......................................................... 21 第四章 分离膜水处理工艺系统设计 ...................................... 23

4.1 超滤设计步骤和要点 ............................................. 23 4.2 反渗透系统的设计要点 .......................................... 24 第五章 35T/h的分离膜水处理系统设计 .................................... 27

ii

分离膜水处理工艺及其系统设计 5.1 设计概述 ....................................................... 27 5.2 设计依据 ....................................................... 28 5.3 设计原则及范围 ................................................. 28 5.4 设计原始条件 ................................................... 28 5.5 设计工艺流程 ................................................... 29 5.6 设计工艺说明 ................................................... 29 第六章 结论 ............................................................ 37 致谢 .................................................................... 38 参考文献 ................................................................ 39 附录 .................................................. 错误！未定义书签。

附录一 外文资料原文 ............................. 错误！未定义书签。 附录二 英文翻译译文 ............................. 错误！未定义书签。 附录三 反渗透系统设计系统模拟计算书............ 错误！未定义书签。 附录三 分离膜系统工艺流程图及其施工图 ......... 错误！未定义书签。

iii

分离膜水处理工艺及其系统设计 第一章 分离膜技术概述

1.1 概述

随着工业化的发展，大量的生活和工业废水排入水体，使人类赖以生存的水源日益受到污染，另一方面，随着人们生活水平的提高和健康条件的改善，对饮用水水质的要求越来越高。传统的混凝、沉淀、过滤和消毒处理工艺已很难满足日益严格的水质要求。分离膜技术作为高科技领域中一门新兴的学科，已在水处理领域崭露头脚。并已成为21世纪最有前景的高新技术之一，已受到全球范围的高度重视，各发达国家、各大化工公司均斥巨资进行膜技术的开发研究与应用推广。目前世界上膜的年销售量约为100亿 ～120亿美元，年增长率 25％～30％，膜技术应用遍及化工、石油与石油化工、电子、纺织、冶金、环保、生物、医疗、轻工、核技术等领域，特别是近年来膜分离技术在水处理领域的规模应用，为我们展示了一个美好的前景 。

膜技术受到重视的根本原因在于膜技术对相关行业科技进步的推动作用。大多数膜分离过程中，物质不发生相的变化，可以在室温下操作，所以膜分离一般被认为是高效节能的新型分离技术，膜技术与相关技术的集成应用已对传统产业产生重大影响，并有可能改变有关行业的面貌。

膜技术被认为是“二十一世纪的水处理技术”，在水处理领域有着广阔的应用前景，既可用于给水处理也可用于废水处理。膜技术与传统的水处理工艺相比，具有占地小、能耗低、出水水质优、处理效果好、对环境影响小等特点，是解决当代能源、资源和环境问题的高新技术；是二十世纪水处理领域的优选技术。

1.2 分离膜的特点

分离膜技术之所以在得到广泛的应用是因为分离膜技术有着传统分离技术无可比拟的优点。主要表现在 ：

1

第一章 分离膜技术概述 ⑴ 分离膜技术能耗低。因为膜分离过程不发生相变化，这对于克服国家的能源危机有相当的意义。

⑵ 分离膜技术对于热敏感物质分离效果好。因为分离膜技术是在常温下进行的。

⑶ 分离膜技术适用的范围广，且反应过程不会改变物质的属性，也不需要有添加剂参加反应，不会带来新的污染物和浪费其他的物质，可用于多种类型的废水处理过程。

⑷ 分离膜技术所需设备简单，便于维修，而且设备占地面积一般小于常规处理方法，处理效果好，所以运营成本低。

⑸ 分离膜技术设备可实现定型化，自控性强，便于管理和运行，也有利于产业化发展。

分离膜主要包括反渗透、纳滤、超滤、微滤、离子交换膜、渗透蒸发和液膜等方法。在水处理领域一个用较多的是反渗透、纳滤、超滤、微滤及离子交换膜等技术。

2

分离膜水处理工艺及其系统设计 表1.1 分离膜过程

膜类过程 示意图 型 微滤 MF 滤 膜 （~0.1MPa） 溶解物 超滤 UF 滤 称膜 （0.1~1MPa） 非对压力差 筛分 子、分子 小分子 反渗透 RO 溶原料浓缩非对称膜 压力差 复合（2~10MPa） 膜 浓电解质 阳 电渗析 ED 极 原料液 溶剂 阴 极 阴膜阳 膜 扩散 胶体 溶解-溶剂 解物、溶剂的水、物、溶悬浮原料浓缩溶剂、胶体及离各类大粒 多孔压力差 筛分 剂、各种微原料推动力 理 物 水、溶悬浮物传递机透过截留物 离子交换膜 电位差 离子在电场中的传递 离子 非解离和大分子颗粒 膜蒸馏 MD 原料浓缩 微孔渗透膜 由于温度差而产生的蒸汽压差 通过膜的扩散 高蒸汽压挥发组分 非挥发的小分子和溶剂

3

第一章 分离膜技术概述 图1.1 膜过程的分离范围 应 用 推 动 力 有 机 离子 大分 胶体粒子 微粒 浓 度 差 电位 差 渗 析 渗透汽化 电 渗 反 渗 纳 滤 压 超力 差 微 滤 过 滤 气体膜温度差

nm 0.1 1 10 100 1000 μ

m 0.1 1 10 100

膜 蒸 滤

4

分离膜水处理工艺及其系统设计 1.3 分离膜技术发展简介

高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。然而，真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。

50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙—66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。

在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进—步提高。具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。

我国的膜科学发展史从1958年研究离子交换膜开始的。60年代初是开创阶段。1965开始着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大的租金了我国的膜科学发展。70年代进入开发阶段。这时期。电渗析、反渗透、超滤和微滤等各种膜组件都相继研究开发出来。80年代进入推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜和过程的开发阶段。进入90年代至今，我国的膜技术已进入飞速发展的阶段。目前，我国各种分离膜基本已实现了国产化。涌现出了一批像汇通源泉、膜天膜等优秀的国产膜厂商。他们正成为民族膜产业中流砥柱。

5

第二章 几种典型的分离膜技术 第二章几种典型的分离膜技术

2.1 微滤技术

2.1.1 微滤技术简介

微滤(Micro filtration，简称MF)的基本原理属于筛网过滤。微滤以静压

为推动力，使小于膜孔的粒子通过滤膜，而大于膜孔的粒子就被截留到膜面上，这就使得大小不同的组分得以分离，属于精密过滤，是过滤技术的最新发展。微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，过滤粒径在0.025～10μm之间，操作压在0.01～0.2MPa。 微孔膜的主要优点为：

①

孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留。 ②

孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为107孔/cm2，微孔体积占膜总体积的70％～80％。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍。 ③

无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150μm之间，因而吸附量很少，可忽略不计。 ④

无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。

微孔膜的缺点：

① 颗粒容量较小，易被堵塞；

② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。

2.1.2 微孔过滤技术应用领域

微孔过滤技术目前主要在以下方面得到应用：

（1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、药液的

6

分离膜水处理工艺及其系统设计 过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。

（2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。

（3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。 （4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延长存放期。由于是常温操作，不会使酒类产品变味。 （5）药物的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热压法。但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。而且对于热敏性药物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜有突出的优点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物中。常温操作也不会引起药物的受热破坏和变性。

许多液态药物，如注射液、眼药水等，用常规的过滤技术难以达到要求，必须采用微滤技术。

2.2 超滤技术

2.2.1 超滤技术简介

超滤技术始于1861 年，其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，在0.1～0.5 MPa 的静压差推动下截留0.01～0.1μm 的分子和各种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。

超滤技术的核心部件是超滤膜，分离截留的原理为筛分，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，而大于孔径的微粒则被截留。膜上微孔的尺寸和形状决定膜的分离效率。膜的分离性能主要取决于表面活性层和过度层。

超滤膜均为不对称膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。超滤膜的结构一般由三层结构组成。即最上层的表面活性层，致密而光滑，厚度为

7

第二章 几种典型的分离膜技术 0.1～1.5μm，其中细孔孔径一般小于10nm；中间的过渡层，具有大于10nm的细孔，厚度一般为1～10μm；最下面的支撑层，厚度为50～250μm，具有50nm以上的孔。支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强度。

制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纤维素等。超滤膜的工作条件取决于膜的材质，如醋酸纤维素超滤膜适用于pH = 3～8，三醋酸纤维素超滤膜适用于pH = 2～9，芳香聚酰胺超滤膜适用于pH = 5～9，温度0～40℃，而聚醚砜超滤膜的使用温度则可超过100℃。

而目前的超滤膜组件中，中空纤维膜超滤膜是应用最广，工程量最大的膜组件。中空纤维状超滤膜（图2.1）的外径为0.5～2μm。特点是直径小，强度高，不需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。此外，单位体积中空纤维状超滤膜的内表面积很大，能有效提高渗透通量。

（a）单内皮层 （b）双皮层

图2.1 中空纤维膜结构

2.2.2超滤膜技术应用领域

超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。超滤技术主要用于含分子量500～500,000的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一，主要可归纳为以下方面。

（1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除

8

分离膜水处理工艺及其系统设计 去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。

（2）食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分

离蛋白和低分子量的乳糖。

（2）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽车、家具等制品的电

泳涂装淋洗水中常含有1％～2％的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。

（4）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术可除去果汁的果胶和

酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。

（5）在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。

而水处理行业将是超滤应用的主要领域。目前在国内水工业市场，超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。随着经济社会发展，大规模废水处理工程将越来越多，为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。目前在国外，已经有很多自来水厂应用超滤技术生产自来水，在国内，由于资金等问题还没有应用开来。但是随着国家和地方饮用水标准的修订以及新规范的出台，超滤技术必将被越来越多的自来水厂所采用。根据水利部《 21世纪中国水供求》分析， 2010年后我国将开始进入严重的缺水期，而水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。

2.3 纳滤技术

2.3.1 纳滤技术简介

纳滤膜是八十年代在反渗透复合膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支，早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前，纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为独立的分离技术。

9

第二章 几种典型的分离膜技术 纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多。因此其膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。

纳滤膜主要用于截留粒径在0.1～1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。

纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)以上。

目前关于纳滤膜的研究多集中在应用方面，而有关纳滤膜的制备、性能表征、传质机理等的研究还不够系统、全面。进一步改进纳滤膜的制作工艺，研究膜材改性，将可极大提高纳滤膜的分离效果与清洗周期。

2.3.2 纳滤膜及其技术的应用领域

纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。由于该技术对低价离子与高价离子的分离特性良好，因此在硬度高和有机物含量高、浊度低的原水处理及高纯水制备中颇受瞩目；在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面；在石化生产的催化剂分离回收等方面更有着不可比拟的作用。

2.4 反渗透技术

2.4.1 反渗透原理及反渗透膜的特点

渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前就已经自觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物质。目前，反渗透技术已经发展成为一种普遍使用的现代分离技术。在海水和苦咸水的脱盐淡化、超纯水制备、废水处理等方面，反渗透技术有其他方法不可比拟的优势。

10

分离膜水处理工艺及其系统设计

图2.2 渗透原理

如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（图2.2 a）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图2.2 b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图2.2 c）。

反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为 2～100MPa。用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。

制备反渗透膜的材料主要有芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。反渗透膜的分离机理至今尚有许多争论，主要有氢键理论、选择吸附—毛细管流动理论、溶解扩散理论等。

2.4.2 反渗透与超滤、微孔过滤的比较

反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。一般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子

11

第二章 几种典型的分离膜技术 量大于500的大分子或极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶液中的直径0.1～10μm的粒子应该选微孔膜。

以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是十分严格、明确的，它们之间可能存在一定的相互重叠。

表2.1反渗透、超滤和微孔过滤技术的原理和操作特点比较 分离技术类型 反渗透 超滤 微孔过滤 表面致密的非对称膜、非对称膜，表面有膜的形式 复合膜等 膜材料 纤维素、聚酰胺等 微孔 纤维素、PVC聚丙烯腈、聚砜等 等 0.1～0.5 分子量大于500的分子量小于500的小分分离的物质 子物质 微粒 筛分，膜的物化性筛分，膜的物非简单筛分，膜的物化分离机理 能对分离起一定作理结构对分离性能对分离起主要作用 用 起决定作用 0.5～5 20～200 大分子和细小胶体的粒子 0.1～10μm0.01～0.2 微孔膜 操作压力 /MPa 0.7～100 水的渗透通量 0.1～2.5 /(m3.m-2.d-1) 2.4.3 反渗透膜技术应用领域

反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领域。反渗透过程主要是从水溶液中分离出水，分离过程无相变化，不消耗化学药品，这些基本特征决定了它以下的应用范围。

（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯

水的制备。近年来，反渗透技术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应用更体现

12

分离膜水处理工艺及其系统设计 了其优越性。

（2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。与常用的

冷冻干燥和蒸发脱水浓缩等工艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而且产品的疗效、风味和营养等均不受影响。

（3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的

物质等。

2.5 离子交换膜技术

一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。 离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类。采用高分子的加工成型方法制造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应引入所需功能基。也可通过甲醛、苯酚等单体聚合制得。②非均相膜。用粒度为200～400目的离子交换树脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合后加工成膜制得。为免失水干燥而变脆破裂，须保存在水中。

普通离子交换膜一般是均相膜，利用其对一价离子的选择性渗透进行海水浓缩脱盐；双极离子交换膜由阳离子交换层和阴离子交换层复合组成，主要用于酸或碱的制备；镶嵌膜由排列整齐的阴、阳离子微区组成，主要用于高压渗析进行盐的浓缩、有机物质的分离等。

13

第二章 几种典型的分离膜技术 Na+ + 固定离子 -

Cl- 图2.3离子及交换膜工作示意图

离子交换膜最典型的应用就是电渗析。在盐的水溶液（如氯化钠溶液）中置入阴、阳两个电极，并施加电场，则溶液中的阳离子将移向阴极，阴离子则移向阳极，这一过程称为电泳。如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换膜（阳离子交换膜或阴离子交换膜），则阳离子或阴离子会选择性地通过膜，这一过程就称为电渗析。

14

分离膜水处理工艺及其系统设计 阳极室+++Cl-+++阳极Na＋浓缩室淡化室浓缩室阴极室－－Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋－－－－Na＋阳膜阴膜阳膜阴膜阴极

图2.4电渗析工作原理示意图

电渗析的核心是离子交换膜。在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，实现溶液的淡化、浓缩及钝化；也可通过电渗析实现盐的电解，制备氯气和氢氧化钠等。

2.6 其他分离膜技术

2.6.1 渗透蒸发技术

1.渗透蒸发技术和渗透蒸发膜的特点

渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离技术。渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。具有一次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。

渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相

15

第二章 几种典型的分离膜技术 连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。

膜液相室惰性气体气相室冷凝器惰性气体净化利用冷凝液 图2.5渗透蒸发分离示意图 2.渗透蒸发技术应用领域

渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技术已经引起广泛的关注。该技术最显著的特点是很高的单级分离度，节能且适应性强，易于调节。

目前渗透蒸发膜分离技术已在无水乙醇的生产中实现了工业化。与传统的恒沸精馏制备无水乙醇相比，可大大降低运行费用，且不受汽—液平衡的限制。 除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应用尚都处在实验室阶段。预计有较好应用前景的领域有：工业废水处理中采用渗透蒸发膜去除少量有毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；在气体分离、医疗、航空等领域用于富氧操作；从溶剂中脱除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离等。

2.6.2 液膜技术

1. 液膜的概念和特点

液膜分离技术是1965年由美国埃克森（Exssen）研究和工程公司的黎念之博士提出的一种新型膜分离技术。直到80年代中期，奥地利的J. Draxler等科学家采用液膜法从粘胶废液中回收锌获得成功，液膜分离技术才进入了实用阶段。 液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、但组成不同的溶液隔开，并

16

分离膜水处理工艺及其系统设计 通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。

液膜的特点是传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少，这对于传统萃取工艺中试剂昂贵或处理能力大的场合具有重要的经济意义。另外，液膜的选择性好，往往只能对某种类型的离子或分子的分离具有选择性，分离效果显著。目前存在的最大缺点是强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂。 3. 液膜分离技术应用领域

（1）在生物化学中的应用

在生物化学中，为了防止酶受外界物质的干扰而常常需要将酶“固定化”。利用液膜封闭来固定酶比其他传统的酶固定方法有如下的优点：① 容易制备；② 便于固定低分子量的和多酶的体系；③ 在系统中加入辅助酶时，无需借助小分子载体吸附技术（小分子载体吸附往往会降低辅助酶的作用）。

（2）在医学中的应用

液膜在医学上用途也很广泛。如液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工肾以及液膜解毒、液膜缓释药物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提纯回收领域也较为活跃，

（3）在萃取分离方面的应用

液膜分离技术可用于萃取处理含铬、硝基化合物、含酚等的废水。我国利

用液膜处理含酚废水的技术已经比较成熟。其他如石油、气体分离、矿物浸出液的加工和稀有元素的分离等方面也有应用。

17

第三章 膜与膜组件 第三章 膜与膜组件

3.1 分离膜性能

分离膜（Membrane）是膜过程的核心部件，其性能直接影响着分离效果、操作能耗以及设备的大小。分离膜的性能主要包括两个方面：透过性能与分离性能。

3.1.1 透过性能

能够使被分离的混合物有选择的透过是分离膜的最基本条件。表征膜透过性能的数是透过速率，是指单位时间、单位膜面积透过组分的通过量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量，以J表示。

J?VA?t (3--1)

式中： J——透过速率，m3/(m2·h)或kg/(m2·h)；

V——透过组分的体积或质量，m3或kg； A——膜有效面积，m2； t——操作时间，h。

膜的透过速率与膜材料的化学特性和分离膜的形态结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此参数直接决定分离设备的大小。

3.1.2 分离性能

分离膜必须对被分离混合物中各组分具有选择透过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过程得以实现的前提。不同膜分离过程中膜的分离性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分离因数等。

（1）截留率

对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。截留率反映膜对溶质的截留程度，对盐溶液又称为脱盐率，以R表示，定义为

18

天津城市建设学院毕业论文 R?cF?cP?100? (3--2)

式中 cF——原料中溶质的浓度，kg/m3；

cP——渗透物中溶质的浓度，kg/m3。

100％截留率表示溶质全部被膜截留，此为理想的半渗透膜；0％截留率则表示全部溶质透过膜，无分离作用。通常截留率在0％～100％之间。

（2）截留分子量

在超滤和纳滤中，通常用截留分子量表示其分离性能。截留分子量是指截留率为90%时所对应的分子量。截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可用一系列不同分子量的标准物质进行测定。

（3）分离因数

对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因数表示各组分透过的选择性。对于含有A、B两组分的混合物，分离因数?AB定义为

?AB?yAyBxAxB (3--3)

式中 xA,xB——原料中组分A与组分B的摩尔分率；

yA,yB——透过物中组分A与组分B的摩尔分率。

通常，用组分A表示透过速率快的组分，因此?AB的数值大于1。分离因

数的大小反映该体系分离的难易程度，?AB越大，表明两组分的透过速率相差越大，膜的选择性越好，分离程度越高；?AB等于1，则表明膜没有分离能力。

膜的分离性能主要取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构，同时也与膜分离过程的一些操作条件有关。该性能对分离效果、操作能耗都有决定性的影响。

19

第三章 膜与膜组件 3.2 膜材料及分类

目前使用的固体分离膜大多数是高分子聚合物膜，近年来又开发了无机材料分离膜。高聚物膜通常是用纤维素类、聚砜类、聚酰胺类、聚酯类、含氟高聚物等材料制成。无机分离膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分子筛炭膜等。

膜的种类与功能较多，分类方法也较多，但普遍采用的是按膜的形态结构分类，将分离膜分为对称膜和非对称膜两类。

多孔膜 无孔膜

（a）

致密皮层

致密皮层

多孔支撑层

一体化膜

复合膜

（b）

图3.1不同类型膜横断面示意图 （a）对称膜; （b）非对称膜

对称膜又称为均质膜，是一种均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同，包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种，图3.1（a）所示。一般对称膜的厚度在10~200μm之间，传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。

非对称膜的横断面具有不对称结构，如图3.1（b）所示。一体化非对称膜是用同种材料制备、由厚度为0.1~0.5μm的致密皮层和50~150μm的多孔支撑层构成，其支撑层结构具有一定的强度，在较高的压力下也不会引起很大的形变。此外，也可在多孔支撑层上覆盖一层不同材料的致密皮层构成复合膜。显然，复合

20

天津城市建设学院毕业论文 膜也是一种非对称膜。对于复合膜，可优选不同的膜材料制备致密皮层与多孔支撑层，使每一层独立的发挥最大作用。非对称膜的分离主要或完全由很薄的皮层决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多，因此非对称膜在工业上应用十分广泛。

3.3 膜组件

膜组件是将一定膜面积的膜以某种形式组装在一起的器件，在其中实现混合物的分离。

板框式膜组件（图3.2 a）采用平板膜，其结构与板框过滤机类似，用板框式膜组件进行海水淡化的装置如图所示。在多孔支撑板两侧覆以平板膜，采用密封环和两个端板密封、压紧。海水从上部进入组件后，沿膜表面逐层流动，其中纯水透过膜到达膜的另一侧，经支撑板上的小孔汇集在边缘的导流管后排出，而未透过的浓缩咸水从下部排出。这种组件结构简单，安装、拆卸和更换方便，但膜的填装密度小，产水量低。

中心管

（a）板框

（b）螺旋卷式

图3.2膜组件

螺旋卷式膜组件（图3.2 b）也是采用平板膜，其结构与螺旋板式换热器类似，如图所示。它是由中间为多孔支撑板、两侧是膜的“膜袋”装配而成，膜袋的三个边粘封，另一边与一根多孔中心管连接。组装时在膜袋上铺一层网状材料(隔网)，绕中心管卷成柱状再放入压力容器内。原料进入组件后，在隔网中

21

第三章 膜与膜组件 流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出。螺旋卷式膜组件结构紧凑，装填密度可达830～1660m2/m3。卷式组件中，膜的填装密度高，造价和运行费用低，缺点是制作工艺复杂，膜清洗困难。

管式膜组件（图3.3 a）是把膜和支撑体均制成管状，使二者组合，或者将膜直接刮制在支撑管的内侧或外侧，将数根膜管（直径10～20mm）组装在一起就构成了管式膜组件，与列管式换热器相类似。若膜刮在支撑管内侧，则为内压型，原料在管内流动，如图所示；若膜刮在支撑管外侧，则为外压型，原料在管外流动。管式膜组件的结构简单，安装、操作方便，对料液中含量波动的适应性较好，能有效地控制浓差极化，可以采用海绵球清洗。但膜的填装密度小，约为33～330 m2/m3。投资运行费用较高。

将膜材料制成外径为80～400μm、内径为40～100μm的空心管，即为中空纤维膜。将大量的中空纤维一端封死，另一端用环氧树脂浇注成管板，装在圆筒形压力容器中，就构成了中空纤维膜组件，也形如列管式换热器，如图3.3 b。大多数膜组件采用外压式，即高压原料在中空纤维膜外测流过，透过物则进入中空纤维膜内侧。中空纤维膜组件装填密度极大（10000～30000 m2/m3），其显著优点单位体内的膜面积大，产水量高。但缺点是膜面除垢较困难，膜一旦损坏无法更新，并且过滤侧的压力损失大。

(a) 管式膜组件

(b) 中空纤维膜组

图3.3 膜组件

22

天津城市建设学院毕业论文 第四章 分离膜水处理工艺系统设计

分离膜系统的设计、制造、安装、调试、运销及清洗的各个环节，系统设计工作占据着重要的位置，下面就简要的介绍一下水处理应用较为多的超滤和反渗透的设计要点。

4.1 超滤设计步骤和要点

1、根据原水的水质信息资料，选用相应的预处理工艺。 2、选择过滤方式，一般有错流和死端两种过滤方式 3、根据需用膜组件及系统状况选确定水通量和回收率。

4、确定膜组件的安装方式。超滤膜组件的安装分为平卧和直立两种形式。平卧安装方式的膜堆集成度高、占地面积小，适用于大型和超大型规模系统，但采用该方式污染物易于在下半部膜表面沉积，不利于膜组件清洗。采用该结构的系统进水悬浮物浓度受抗污染能力限制，且大都采用频繁化学清洗工艺。直立安装形式占地面积较大，但该结构易清洗、抗污染，故广泛应用于各种规模的超滤系统。从一定意义上讲，平卧式是以运行成本换取空间成本，而直立式是以空间成本换取运行成本。选择超滤组件的安装形式时，应参考具体的工程规模及工程环境。

5、根据水质状况确定清洗方式和清洗药剂。

在实际工程中，超滤膜系统设计大多数是根据工程设计人员的经验进行系

统设计，很难说是严格遵守膜公司所给出的设计导则。正是因为这种设计行为，导致出现工程质量问题，影响膜厂商的声誉，现在一般的系统设计都是由膜厂商参与或者个根据订购方提出的水质条件设计好之后直接交由乙方施工。

23

第四章 分离膜水处理工艺系统设计

图4.1 超滤设计程序

4.2 反渗透系统的设计要点

1、确定系列

根据用户用水情况，RO装置的总容量可分为几个单元，因为RO单元的清洗和维修需要停运。

2、确定膜的型式和型号

根据原水的水质水量状况，决定采用哪个厂家的膜元件及其型号。 3、确定系统回收率，选定压力容器

根据系统回收率选用压力容器。如系统回收率为75%，则考虑采用六个1米

24

第五章 35T∕h分离膜水处理系统设计 洗强度为12L/m.s，采用气、水擦洗法，滤料反洗膨胀率为30～40%为宜，反洗水采用原水泵通过阀门调节。

多介质过滤器一般的设计参数：

过滤速度：7～15m/h 进水浊度<15mg/L 出水浊度<5mg/L 进水PH值：6～9 工作温度：常温 工作压力<0.4MPa 滤料层高度：800～1200mm 反洗压缩空气量：18～25L/m2.s 压缩空气压力：1～2Kg/cm2 反洗强度：15L/m2.s（单层），

12L/m2.s（双层）

反冲洗时间：5～10分钟

因此，根据水量选用北京万候环境技术有限公司的WFG型过滤器（规格为2000mmDIA*3200mm）。

2 超滤

超滤膜设备装置的选择实践证明，超滤膜能截留大部分溶质，能够确保反渗透的进水SDI值?5，这样可以有效的减轻反渗透膜的污染，保证工程的质量。

为了减小超滤的浓差极化度，采用错流状态下工作，即原水沿膜表面切向流动，被截留溶质切向流过膜表面，形成浓缩液而排出，因而在正常操作情况下必须不断排放浓缩液。一般排放量约占原水的10％，此种操作膜表面流速低于0.1m／s，特别是透水量较高的膜，溶质更多的截留于膜表面，堵塞几乎是不可避免的。为此必须增加浓缩液的排放量达原液的50％以上。为使原液的充分利用，超滤装置应设循环系统，排放液可重新回入原水容器内，少量废弃排放。增加循环泵的流量，适当加大浓缩液排放管道直径是必要的。

为有利于膜的再生，装置必须采用反冲洗系统，采用两组膜组合使用，交替反冲洗，利用超滤液直接反冲的方法，减少膜的污染并有利于反冲洗压力的控制。例如工作10min，反冲洗0.5min，反冲液全部排放。如此操作控制排放量亦仅在10％左右。这种方法突破了膜污染后再冲洗的传统方式，能保证系统始终处在高通量状态下工作。此外，还应设制快速等压冲洗系统，即关闭超滤液出口，全开浓缩液排放阀，在低压下泵以全流量通过膜表面实现快速冲洗，对恢复膜的性能有较大的效果。超滤装置频繁的反冲洗与等压冲洗，必须有自动控制系统予

30

天津城市建设学院毕业论文 以保证，否则操作的一次失误会造成系统的损坏。

由于该工程在土库曼斯坦国，微滤确保工艺系统运行的稳定性、安全性，减少不必要的维修成本，因而在选用超滤膜和进行系统设计计算时，本工程公司和超滤膜厂商进行设计时要求都留有一定的富裕度。选用的超滤膜是日本旭化成公司的UNA-620A。膜的质量及抗污染能力都是业界认为比较可靠的。 表5.1 旭化成UNA-620A膜组件的规格 膜材质 内径/外径（mm） 有效膜面积（m2） 公称孔径（?m） 原水供给最高压力（ｋＰａ） 膜内外差最高压力（ｋＰａ） 使用上限温度（℃） pH值范围 膜组件外壳 粘结剂 Gaaket、O-ring 膜组件尺寸（mm） 膜组件重量（满水时：ｋｇ） （空重量：ｋｇ）

31

聚偏氟乙烯 0.7/1.2 50 0.1 300 300 40 1～10 ABS树脂 聚亚胺酯 NBR 233SL?165? 60 30 第五章 35T∕h分离膜水处理系统设计 表5.2 UNA-620A的操作条件：

＊1：取值以水温20℃为前提。 ＊2：对照回收率进行设定。

＊3：更改冲洗流量时，为达到同等的排出量轻对时间进行更改。

33（例：6m/hr?30sec?50L?3m/hr?60sec）

＊4：开始开工时的供给压力在20~50kPa左右。 （注）上述数值为标准条件，根据原水水质进行变化。 超滤设计计算：

采用错流过滤，错流量为原水的10％

1）、超滤清洗用水量

每30min清洗一次，反洗时间为40s，反洗前后各一次正洗，每次正冲的时间为120s，

每天反洗次数M=（3600＊24）／（30＊60＋120）＝45。

32

天津城市建设学院毕业论文 每天反洗和正洗的时间ｔ＝120＊45＝5400。

每天真的产水时间Ｔ＝24＊3600－5400＝81000s＝1350min。 2）、超滤产水量的计算

后续工艺所需水量为50ｔ／ｈ，故每小时的需产出水量为：

Q1?50?24?60/1350?54.3t/h

本工艺清洗用水量：

Q2?3?50?45?40/86400?3.1t/h

每小时真正用水量为：

Q3?54.3?3.1?6.4?60t/h

所需的膜面积：

S?Q/V?60/0.07?800m2

所需的膜组件数：

S/50?16

超滤的清洗系统有膜厂商提供。分为在线清洗系统和离线清洗系统。其空

气清晰系统由超滤膜厂商提供。

3 反渗透系统

由于原水的含盐量较高，对于一级反渗透系统很难达到用户要求的水质指标，因而采用了两级反渗透系统。其系统产水水质小于20μs/cm的要求。反渗透系统主要包括一级高压泵、反渗透膜组件及加药设备。

反渗透是一种借助选择透过（半透过）性膜的功能，以压力为推动力的膜

分离技术，膜元件由反渗透膜导流布和中心管等制作而成而将多根RO膜元件装入不锈钢或玻璃钢等耐压容器内，组成RO组件。本装置是脱盐系统的关键，成熟的工艺设计、合理的控制、操作及管理，直接决定着系统的正常、稳定运行。并关系到反渗透膜的使用寿命，经反渗透处理后的出水，去除了绝大部分无机盐和几乎所有的有机物，微生物（细菌、热源等）从而确保了本系统产品水的高质量、高品质。

完成预处理后的出水其出水由污染密度指数SDI测试仪监测，当SDI值<5

时，即可进入RO系统，由高压泵增压后进入反渗透系统，RO出水一部分（脱盐纯

33

第五章 35T∕h分离膜水处理系统设计 水）去中间水箱，另一部分由管道汇集后成浓水（主要含有盐份、机械杂质、胶体、有机物等）随小部分未透过水排入下水道。

反渗透主体设备选用美国HYDRANAUTICS公司生产的高脱盐率,低压CPA2-8040芳香族聚酰胺膜元件，该膜元件属节能型低压膜，是世界上最先进的卷式RO膜元件，具有结构紧凑，产水量特别大（单支膜元件产水量可达1.0t/h），脱盐率高（单支膜试验数据>99.5%），操作压力低，耐细菌侵蚀性好，适用PH范围广（PH为3~10）的优点。配套使用的膜外壳为玻璃钢压力容器，适用于CPA-2 8040的膜元件6支装，CPA2膜元件按2：1排列，一级两段，产水量≥50t/h，选用哈尔滨乐普玻璃钢压力容器共9支，选用高压泵为丹麦格兰富公司的CR64-6-2、Q=50m3/h、H=109m、N=30kW。反渗透装置在水质分离过程中无相变，脱盐率高，体积小，易于自控运行，适应范围广，无环境污染等优点，选用的CPA2低压膜不仅动力消耗小，且产水量大，且脱盐率高，三年内脱盐率可达97%以上。系统主体件均选用进口材料，性能安全、可靠。 反渗透系统的设计计算见附录

4 反渗透控制系统及功能:

本系统采用集中控制方式，PLC微机控制,液晶显示屏显示，设备运行、监视等常数设置等具有清晰的工艺流程画面，动态显示运行常数及水质变化情况。

1)单台设备配制工作仪表及监视仪表；

2) 本控制系统由德国SIEMENS（西门子）S7-200系列PLC及法国

SCHNEIDER（施耐德）低压电气等构成。SIEMENS 及SCHNEIDER都是世界知名品牌，其产品都符合国际标准，如VDE、UL、CSA和FM标准和船籍社船用电器认证，安全可靠性强，质量上乘。全自动控制外，还设置有自动运行方式、单元联锁方式（手动）两种操作方式。在手动方式下，对单体设备进行启／停操作，多用于调试及检测。在自动方式下，整个系统按工艺要求由PLC完成各种逻辑联锁、保护功能及数据处理功能。由PLC完成整个纯水系统的工艺流程逻辑联锁控制。实现各种保护功能，如低液位停泵，电机的过热保护等。使水系统整个过程完全自动化。

3)反渗透设置高压泵进口设低压保护器，当高压泵进水压力<0.1Mpa时，高

34

天津城市建设学院毕业论文 压泵自动停止工作。

4)反渗透高压泵出口设高压保护器，当工作压力大于某一设定值，高压泵停止运行，以防损坏后级管道及膜元件。

5)高压泵出口设有一进口电动慢开阀,在高压泵启动时,电动慢开阀超前2秒钟启动,以防止反渗透装置的管道及膜元件受高压的瞬时冲击,而受损。

6)高压泵的启动为软启动,采用进口软启动器,有利于保护水泵,防止膜元件受高压泵启动时受瞬时高压的冲击。

7)进水、浓水、淡水阀：主要调节RO进水量、产水量、进水压力、浓水压力及回收率。

8)电导仪及温度表：电导仪用于监测RO进出水电导率的变化情况,温度表显示RO膜在不同温度下产水量的变化。

9)高压泵：增压满足RO膜元件进水压力要求。

10)止回阀：主要用于停机后,防止RO压力管中的回压而损坏高压泵及泵前低压管道件。

11）变频控制：采用ABB变频调速控制器，实现超滤供水泵/反渗透高压泵软启/恒压/变量供水。本产品特点是供水控制器和变频器合为一体，结构紧凑、提高了可靠性。并且通过PLC 实现PID调节，接入变频系统的远传压力表编程控制供水泵，随时检测管网压力，流量压力控制精确。该产品寿命长，设备运行安全，无须专人看管，每台泵对应选择一台变频调速控制器。

5 加药系统

投加阻垢剂是为了降低水中的Ca2+、Mg2+结垢可能性，防止反渗透膜发生结垢性堵塞。

由于RO膜的抗氧化性较差，耐氯浓度为0.1ppm以下，水在进入RO膜元件之前必须去除余氯，但如过早的去除余氯，除氯后的系统中会滋生微生物，因此选用恰当的除氯方式及除氯点是非常重要的。本方案采用投加NaHSO3还原剂的方式除氯。

6 清洗系统

反渗透清洗系统由清洗水箱、清洗水泵、清洗过滤器组成,在系统中主要用于反渗装置膜元件的清洗,当反渗透装置运行流量或压力下降10%时应配套相应

35

第五章 35T∕h分离膜水处理系统设计 的药剂进行清洗,反渗透装置的清洗为分段清洗。

36

天津城市建设学院毕业论文 第六章 结论

一个分离膜系统的全部工程实施过程包括设计、制造、安装、调试、运行级清洗等多个环节，其中系统设计是最为重要的环节之一。综合本次系统设计经验，得出以下结论：

(1) 进行分离膜工程设计时，要根据现场条件设计出效率高、寿命长、易控制的分离膜系统。

(2) 严格的遵守各个膜厂商的设计导则。

(3) 分离膜系统工程设计中要有安全可靠的控制系统。 (4) 为保证系统的安全可靠，要设计必要的的预处理系统。 (5) 针对不同水质设计不同的分离膜处理方案。

(6) 在系统设计时，贯穿系统设计优化的理念，尤其在反渗透系统设计中，系统的优化的显得尤为重要。

面对分离膜技术应用发展形势，对于系统的设计将会更加的规范化，系统的设计将会更加科学、合理。系统设计理论也会随之而完善。

37

致谢 致谢

在这篇论文的写作中，我受到很多人的帮助和指导。首先，感谢靖大为老师对我的谆谆教导。从最初进实验室对老师的敬畏到敬戴，我深深的理解了“师者，所以传道受业解惑矣”。而且在做人处事，靖老师无不对我产生深刻的影响。高尚的师德，渊博的学识使我受益匪浅。

其次，我要感谢卢老师，卢老师是我大学的专业启蒙老师，她渊博的学识、幽默的风格深深的影响着我。卢老师高尚的师德是我学习的楷模。而且在这次论文写作过程中，得到卢老师很多的支持与帮助。

再次，我要感谢北京万侯公司的同事，在实习期间和论文的撰写过程中，他们提供和很多宝贵的意见，尤其是罗浩工程师、江海工程师、经倩楠工程师、兰叶工程师、熊文丽工程师等给予诸多帮助，再次表示感谢。

在实验时期间，马晓莉师姐、李宝光、马孟、朱建平师兄、陈博同学等给予了很多帮助，在这里我要一并表示感谢。

最后，我要感谢大学四年所有给予我教育、帮助、和关怀的老师和同学们。他们让我成长、成熟。他们是我一生中最宝贵的财富。

38

天津城市建设学院毕业论文 参考文献

[1].靖大为．反渗透系统优化设计[M] 北京：化学工业出版社，2006． [2].高从堪. 膜科学—可持续发展技术的基础[J].水处理技术，1998，24

（2）：14-15

[3].王湛 ,周冲．膜分离技术基础[M] 北京：化学工业出版社 ，2006． [4].华耀祖．超滤技术与应用[M] 北京：化学工业出版社，2004． [5].周柏青．全膜水处理技术[M] 北京：中国电力出版社 ，2006． [6].旭化成超滤膜技术手册

[7].李圭白，杨艳玲．超滤--第三代城市饮用水净化工艺的核心技术[J]．供水技术，2007，(1)．

[8].Improvements of MB filtration pelmets for the pulp and paper

industry DDS-RO Division Pa，1977-G/b-0183-50

[9].叶雯 ,刘美南. 我国城市污水再生利用的现状与对策[ J ] 中国给

水排水2002 18（12）：31-33

[10].张杰 ,曹开朗．城市污水深度处理与水资源可持续利用[ J ] 中

国给水排水 2001，17（3）：20—21

[11].张忠样, 钱易.城市可持续发展与水污染防治对策[ M] 北京：中

国建筑工业出版社，1998

[12]．高从堦. 膜分离技术与水资源和水再用[A].第三届中国膜科学与技

术报告会论文集[C]. 北京：2007.10

[13].陈观文. 我国分离膜市场的现状与展望[J].1999，19（6）：

52-55

[14].海德能纳滤及其反渗透设计手册[M] 2007

[15].时均 袁权 高从堦. 膜技术手册[M] 北京 化学工业出版

社，2001

[16]. Brehant A., Bonnelye V., Perez M.; Assessment of

Ultrafiltration as a Pretreatment of reverse Osmosis Membranes for Surface

39

致谢 Seawater Desalination. Proceedings of the Conference Membrane in Drinking and Industrial Water Production, Mülhein an DerRuhr, September 22-26, 2002, pp 775-784

[17].王海凤，相波，李义久..反渗透在环境工程中的应用[J].环境科学

与技术，2000（7）：106-108

[18]. Municipal Wastewater Reclamation and Reverse Osmosis．Richard

G．Sudak．William Dunivin and Martin G．Rigby．Proceedings of the National W ater Supply Improvement Association 1990 Biennial Conference．Florida August 1990．225．

[19].蔡权，毛海荣.电镀废水膜法回用工艺概况[J].电镀与涂饰，2007

（12）：32-34

[20].Membrane Processes in Water Reuse．J．Lozier and

R．Bergman，Proceedings of W ater Reuse Symposium ．Denver，Colorado．1994．

[21].董秉直，曹达文等. 膜技术应用于净水处理的研究和现状D]．给水

排水，1999，(25) 28—31．

[22].谭永文,张维润,沈炎章. 反渗透工程的应用及发展趋势[J].膜科

学与技术，2003（4）：4-7

40

致谢 Seawater Desalination. Proceedings of the Conference Membrane in Drinking and Industrial Water Production, Mülhein an DerRuhr, September 22-26, 2002, pp 775-784

[17].王海凤，相波，李义久..反渗透在环境工程中的应用[J].环境科学

与技术，2000（7）：106-108

[18]. Municipal Wastewater Reclamation and Reverse Osmosis．Richard

G．Sudak．William Dunivin and Martin G．Rigby．Proceedings of the National W ater Supply Improvement Association 1990 Biennial Conference．Florida August 1990．225．

[19].蔡权，毛海荣.电镀废水膜法回用工艺概况[J].电镀与涂饰，2007

（12）：32-34

[20].Membrane Processes in Water Reuse．J．Lozier and

R．Bergman，Proceedings of W ater Reuse Symposium ．Denver，Colorado．1994．

[21].董秉直，曹达文等. 膜技术应用于净水处理的研究和现状D]．给水

排水，1999，(25) 28—31．

[22].谭永文,张维润,沈炎章. 反渗透工程的应用及发展趋势[J].膜科

学与技术，2003（4）：4-7

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lle5.html