反渗透膜制纯水实验.docx

反渗透膜制纯水实验一、实验目的：1、掌握反渗透膜纯水制备实验的操作方法。2、掌握以反渗透膜技术为核心，包括预处理（包括多介质、活性炭吸附和微孔滤过滤）、反渗透装置，具有典型的膜分离法制备纯水流程。3、测定纯水渗透通量与操作压力的变化关系；测定盐（溶质）的脱除率与操作压力的变化关系；测定回收率与操作压力的变化关系。二、实验装置1、公用设施水：装置自带水箱，连接自来水。实验时由水箱循环泵送入系统，循环使用。电：电压AC380V,功率3kW,标准三相四线制。实验室需配置12个接地点（安全地及信号地）。实验物料：自来水。2、保安过滤器初步去除水中的悬浮物，以减轻后续处理单元的污堵现象，同时也可以延长制水周期，减少反冲洗水的消耗。3、原水箱储存原水，用于沉淀水中的大泥沙颗粒及其它可沉淀物质。同时缓冲原水管中水压不稳定对水处理系统造成的冲击。水箱内配有液位阀。4、透明管道UPVC透明耐酸碱耐腐蚀透明硬管，根据反渗透膜所需压力值对管道安装压力保护开关，范围O0.6MPa,能低压保护。实验介质流动状态清晰可视。5、原水泵恒定系统供水压力，稳定供水量。6、石英砂过滤器主要目的是去除原水中含有的泥沙、铁锈、胶体物质、悬浮物等颗粒在20um以上的物质，可全自动控制进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。保证设备的产水质量，延长设备的使用寿命。7、活性炭过滤器系统采用果壳活性炭过滤器，活性炭不但可吸附电解质离子，还起到催化作用、去除水中的色素、异味、大量生化有机物、降低水的余氯值及农药污染物和除去水中的三卤化物（THM）以及其它的污染物。可全自动控制进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。保证设备的产水质量，延长设备的使用寿命。同时，设备具有自我维护系统，运行费用很低。9、微孔膜过滤器采用精密过滤器对进水中残留的悬浮物、非曲直粒物及胶体等物质去除，使RO系统等后续设备运行更安全、更可靠。滤芯为5um以下滤芯、目的防止上级过滤单元，漏掉的大于5um的杂质除去。防止进入反渗透装置损坏膜的表面，从而损坏膜的脱盐性能。10>高压泵采用立式多级不锈钢离心高压泵，功率：1.1KW,流量：2.0m3h,扬程100m。这是RO主机的一个重要组件，它的作用是给反渗透膜输送一定数量一定压力的水源。其品质的好坏对整机的影响很大。使用中应保证不得空转，不得长期超负荷运行，经常按要求排除空气，应保证电器部件的干燥。11、反渗透系统反渗透膜组件采用双级低压反渗透膜，外壳用玻璃钢加压容器，纯水通量>30Lh,脱盐率N98%；常压1.0MPa,进水PH值：3.010,最高进水温度45。反渗透装置是用足够的压力使溶液中的溶剂（一般是水）通过反渗透膜（或称半透膜）而分离出来，因为这个过程和自然渗透的方向相反,因此称为反渗透。12、加药泵用计量泵加入阻垢剂防止管道和过滤器结垢。同时将0.5l%浓度的甲醛溶液保护液打入膜组件中，使膜组件浸泡在保护液中。13、测控系统电导仪：O2000SCm（微西门子每厘米），420mA远程输出，在线检测纯水电导率。三、实验原理：根据中国国家实验室用水GB6682-2000标准：I级水电导率S.lScm;H级水电导率lScm;III级水电导率5Scm.反渗透是借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质，反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单等特点。反渗透净水是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中,提取纯净水的物质分离过程。原理如图:如图（a）所示，半透膜将纯水与浓水分开，水分子将从纯水一侧通过膜向浓水一侧透过，结果使浓水一侧的液位上升，直到某一高度，即渗透过程。图（b）所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为制定温度下溶液的渗透压N。图（C）所示，当浓水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压N,可迫使渗透反向，实现反渗透过程。在高于渗透压的压力作用下，浓水中的化学位升高，超过纯水的化学位，水分子从浓水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使浓水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。膜的物化稳定性的主要指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐率、产水流量和流量衰减指数。反渗透膜在特定的溶液系统和操作条件下，主要通过溶质分离率、溶剂透过流速来标明使用性能。（1）、溶质分离率又称截留率，对盐溶液又称脱盐率，其定义式如下：K=（I-邑）X100%（1）通常实际测定的是溶质的表观分离率（或称实测截留率），定义为:RE=(I-J)Xlo0%G式中：Cl一被分离的主体溶液浓度;C2高压侧膜与溶液的界面浓度；C3一膜的透过液浓度。(2)、溶剂透过速度，对水溶液体系又称透水率或水通量，并以下式定义:式中：V-透过液的容积或重量；S膜有效面积；t一运转时间。注：在实验室范围J通常以mL/(cn?h)为单位，工业生产上常以L/(n?d)为单位。四、实验工艺:进水阀原水箱虬J50L加药桶(PC1压力控制器懿限过整膜元件示意图工作示意图反渗透膜工作示意图自来水经过保安过滤器后，进入到原水箱，达到一定液位后，液位控制阀开启。开启原水泵从原水箱中抽水送入处理系统。水依次经过石英砂过滤器、活性炭吸附器、微孔膜过滤器处理后，到达高压前端。经高压泵向RO系统供水。经过两根膜组件的Re）系统，出水即为纯水（即纯化后得到的净水），同时浓水（即废水）排放到排水口。五、实验步骤：1、给原水箱加水至60%液位。开启电源开关。2、开启阀1（即原水箱回流阀），确认流量计1（即原水流量计）处于关闭状态，开启卧式离心泵（即原水泵），全开阀门2（即原水节流阀），全开流量计1,水依次进入石英砂过滤器、活性炭过滤器、微滤膜过滤器。石英砂过滤器去除水中的泥沙、胶体物质、大颗粒悬浮物；活性炭过滤器去除水中色素、生化有机物、农药、三卤化物等；微滤膜过滤器去除小颗粒悬浮物、细菌、病毒等。3、待水充满三个过滤器和管道后，确认流量计2（即一级浓水流量计）、流量计3（即一级纯水流量计）处于关闭状态，开启立式离心泵（即一级泵），全开阀4（即一级反渗透膜前的节流阀），使水进入一级反渗透膜组件，微微打开流量计2（旋钮逆时针旋转180°）、全开流量计3（旋钮打开至不能继续打开为止，勿用力过大），使反渗透膜的操作压力在0.2-0.6Mpa,原水经一级反渗透过滤后，纯水进入一级水箱，浓水沿管道排入地沟。实验时设计3组一级浓缩液操作压力（MPa）梯度与3组一级浓缩液流量（Um）梯度，共9组，测得对应的一级透过液流量（Lh）与一级透过液电导率（Scm）,并在进行一级反渗透膜制纯水实验过程中读取原水的导电率，将以上所有实验数据记录在表1中。一级纯水制备实验完成后将浓水流量控制在2Lm,同时调整一级泵变频器，使得一级浓水压力控制在0.5MPa,以恒定的压力和流量制取一级纯水以供后面二级纯水的制取。（注：浓缩液即浓水，透过液即纯水）4、待一级水箱的液位在80%以上时，确认流量计4（即二级浓水流量计）、流量计5（即二级纯水流量计）处于关闭状态，开启漩涡高压泵（即二级泵），泵开启后全开阀6（即二级反渗透膜前的节流阀），微微打开流量计4（旋钮逆时针旋转180°）、全开流量计5（旋钮打开至不能继续打开为止，勿用力过大），使反渗透膜的操作压力在0.2-0.6MPa,水经过二级反渗透过滤后，纯水进入纯水箱，浓水沿管道排入地沟。实验时设计3组级浓缩液操作压力（MPa）梯度与3组二级浓缩液流量（Lm）梯度，共9组，测得对应的二级透过液流量（Lh）与二级透过液电导率（Scm）,在进行二级反渗透膜制纯水实验的同时记录一级透过液电导率（Scm）并计算平均值，将以上所有实验数据记录在表2中。6、纯水制备完毕，先关闭流量计4,流量计5,再关闭二级泵；再关闭流量计2,流量计3,再关闭一级泵；再关闭流量计1,再关闭原水泵；最后关闭电源，然后断开处理系统供电，控制系统断电。注意事项：1 .操作时注意原水箱及一级水箱液位：通过调节原水进水阀开度使原水箱液位保持在30%60%之间；一级水箱液位快满时可以打开水箱底部阀门放水，将液位控制在80%以上。原水箱无水时不能开启原水泵和一级泵，一级水箱内无水时不能开启二级泵，防止空转。2 .管路中的节流阀开度是调整好的，一般不用再去调整。3 .泵的打开与关闭操作,先打开泵的对应电源开关,按“run”,慢慢调大旋钮；关闭泵的操作：旋钮慢慢调小到0后，按“stop”，再关闭泵的对应电源开关。注意：二级泵（旋涡高压泵）打开时需要缓慢地将旋钮频率调至30以上直到泵启动，启动成功后将旋钮慢慢调节至20左右，并立即打开流量计4（微开）和流量计5（全开）。4 .调整浓水流量到指定流量时浓水压力也会小幅度改变，因此需要同时调整泵频率使得浓水压力稳定在要求的压力处。测试时也需要时刻观察浓水流量计,使其保持所要求流量高度。六、实验数据：4021型反渗透膜的有效面积是Mm2表L一级反渗透膜制纯水实验数据记录表原水电导率。：Scm实验序号一级浓缩液操作压力(MPa)一级浓缩液流量Qbi(LZm)一级透过液流量QH(Lzh)一级透过液电导率(Scm)123456789表2：二级反渗透膜制纯水实验数据记录表制二级纯水时的一级纯水电导率5：Scm实验序号二级浓缩液操作压力(MPa)二级浓缩液流量Qbi(LZh)二级透过液流量Qt2(Lh)二级透过液电导率Q2(Scm)123456789N回收率=透过液流量/(透过液流量+浓缩液流量)=Q(Qb+Q)计算脱盐率(用实测截留率代替)、水通量、回收率，分析与操作压力的关系。七、实验数据记录与处理示例：表3：一级反渗透膜制纯水实验数据记录示例原水电导率。：788US/cm实验序号一级浓缩液操作压力(MPa)一级浓缩液流量Qb(Lm)一级透过液流量Qti(Lh)一级透过液电导率(Scm)读取电导率稳定时间(min)10.2522813.51520.2542711.4530.2562710.7540.423711.91050.44379.3560.46398.0570.5525011.51080.554538.1590.556536.65表4：二级反渗透膜制纯水实验数据记录示例制二级纯水时的一级纯水电导率5：10.uS/cm实验序号二级浓缩液操作压力(MPa)二级浓缩液流量Qb2(Lh)二级透过液流量Qt2(LZh)二级透过液电导率G2(Scm)读取电导率稳定时间(min)1240212.30152280242.13232120212.0524340361.8435380361.78263120351.7427440481.6638480501.57294120501.522脱盐率计算方法：一级反渗透膜脱盐率：PP/1一级透过液浓度、imo/Z1l.K.Rf.=（1）×100%=（1l）×100%1£，原水浓度二级反渗透膜脱盐率:K2 Re2 =（1-二级透过液浓度、）X 一级透过液浓度100%=（恪）x100%Ki： 一级反渗透膜脱盐率（）； K2:二级反渗透膜脱盐率（）； :原水电导率（Scm ） : 一级透过液电导率（Scm）; 2:二级透过液电导率（Scm）; 水通量计算方法：Rei： 一级反渗透膜实测截留率（）Re2:二级反渗透膜实测截留率（）Ji： 一级透过液水通量（mL/（cn?h）Qti： 一级透过液流量（Lh）Si： 一级反渗透膜面积（?）Si=S2=3.0 m2回收率计算方法：卯E二4S2t S2J2：二级透过液水通量（mL/（cn?h）Qi2：二级透过液流量（Lh）S2:二级反渗透膜面积（?）Ni: 一级回收率（）Qtu 一级透过液流量（Lh）Qbi： 一级浓缩液流量（Lm）21+QblQSt2+Gb2N2:二级回收率（）Qt2：二级透过液流量（Lh）Qb2:二级浓缩液流量（Lh）表5：一级反渗透膜制纯水实验数据处理结果示例实验序号一级浓缩液操作压力/(MPa)一级浓缩液流量Qbi(Lm)一级脱盐率Ki(%)一级水通量Jl(mL(cm2h)一级回收率Ni(%)10.25298.29%0.9318.92%20.25498.55%0.9010.11%30.25698.64%0.906.98%40.4298.49%1.2323.57%50.4498.82%1.2313.36%60.4698.98%1.309.77%70.55298.54%1.6729.41%80.55498.97%1.7718.09%90.55699.16%1.7712.83%表6：二级反渗透膜制纯水实验数据处理结果示例实验序号二级浓缩液操作压力/(MPa)二级浓缩液流量Qbi(LZh)二级脱盐率K2(%)二级水通量h(mL(cm2h)二级回收率N2(%)124078.70%0.7034.43%228080.28%0.8023.08%321208L02%0.7014.89%434082.96%1.2047.37%538083.52%1.2031.03%6312083.89%1.1722.58%744084.63%1.6054.55%848085.46%1.6738.46%9412085.93%1.6729.41%根据以上经过处理后的实验数据进行分析可得出结论:脱盐率、水通量与回收率均随着操作压力的增大而增大；当操作压力固定时,随着浓水流量的增大，脱盐率也增大，回收率则随之减小，而水通量则无明显变化趋势。