电厂化学岗前培训第三章水的预脱盐(反渗透).ppt

学习内容 绪论第一章电厂用水概述第二章水的预处理第三章水的预脱盐 超滤 反渗透 第四章锅炉补给水深度除盐第五章凝结水精处理第六章超临界机组热力设备腐蚀概述第七章热力设备的氧腐蚀和酸性腐蚀第八章超临界机组的水化学工况第九章冷却水系统的腐蚀与防护第十章热力设备的化学清洗 第三章反渗透预脱盐 第一节反渗透脱盐的基本原理第二节反渗透膜的选择性透过原理第三节反渗透膜及反渗透装置第四节反渗透装置的预处理第五节反渗透装置运行与维护第六节反渗透的后处理 第一节反渗透脱盐的基本原理一 反渗透脱盐的原理 二 渗透压 为渗透压 R为气体常数 T为水的绝对温度 ci为溶质的摩尔浓度之和 Ko为系数 一般为 2 4 X10 5 具体数值可咨询膜供应商 t为水温 TDS为总溶解固形物含量 mg L 溶剂自动地从低浓度的一侧经过半透膜流向高浓度的一侧 这种自然现象叫做渗透 Osmosis 当在浓溶液上外加压力 该压力大于渗透压 时 浓溶液中的溶剂就会通过半透膜流向稀溶液的一侧 这种现象叫做反渗透 ReverseOsmosis 三 操作压力 操作压力是指反渗透装置的实际运行压力 它由渗透压 反渗透装置的水流阻力 维持膜足够的透水速度的所必需的推动压力所决定 实际操作压力大致是渗透压的5 20倍甚至更高一些 第二节反渗透膜的选择性透过原理 一 选择性透过模型1 氢键结合水 空穴有序扩散模型 2 优先吸附 毛细管流模型 二 反渗透方程 Js 盐的透过速度 B 为比例系数 c2 为盐水侧膜表面处盐的浓度 c3 为淡水侧膜表面处盐的浓度 jv 为溶液 主要为水 的透过速度 A 为纯水透过系数 三 无机物的分离 盐水和细孔中的离子浓度公式C2 盐水中离子浓度 C孔 膜孔中离子浓度 I和 分别是盐水和膜的介电常数 q 离子电荷 与Debye Huckel模型中的离子半径 1 kp 和膜孔径有关的常数 1 kp2r2 1 2 a 离子半径 k Boltzmann常数 r 膜孔半径 以上公式表明 1 孔径小的膜对离子除去率高 不过由于纯水透过速度大致与r1 5成正比 所以孔径变小 膜透水能力下降 2 降低膜的介电常数或增加溶液的介电常数 可提高离子除去率 3 半径大的离子除去率低 因为水溶液中离子都是水化的 半径小的离子水化半径大 所以水化半径大的离子分离度高 例如 醋酸纤维素反渗透膜对离子除去率由高到低的顺序是 Li Na K Cl Br I 4 电荷高的离子分离度高 例如 某些离子除去率由高到低的顺序为 PO34 SO42 Cl Fe3 Ca2 Na 5 离子浓度增加 进入膜孔中的离子增多 离子除去率下降 因此 应尽量避免浓差极化 防止膜表面浓度过度增加 6 温度升高 离子进入膜孔中的量增加 但是由于溶剂透过速度增加更快 故透过液中离子浓度减少 离子除去率提高 7 上式中不含膜厚度这一物理量 说明离子除去率与膜厚度无关 但尽量降低膜的厚度 以减少透水阻力 四 有机物的分离 1 电离特性2 酸碱性3 空间障碍4 取代基的极性5 溶解度6 分子刚度 第三节反渗透膜及反渗透装置一 半透膜 1 反渗透膜的性能 1 产水量 QW KW P A T 式中 QW 产水量KW 与膜性能有关的系数 P 膜两侧的压差 渗透压A 膜的面积T 膜的厚度水通量 单位时间内单位膜面积上的产水量 单位为加仑 平方英尺 天 GFD 或升 平方米 分钟 L m2 min 2 脱盐率 1 KS C A QS T 式中 脱盐率QS 进水盐浓度Ks 与膜性能有关的系数 C 膜两侧盐浓度差A 膜的面积T 膜的厚度 温度的影响 进水温度越高 水通量增加 但同时脱盐率会下降 pH值的影响 膜的脱盐率和水通量都随pH值变化而变化 约在接近中性条件下时 膜的脱盐率最高 压力的影响 压力越高 产水量越大 膜的脱盐率与运行压力无直接关系 3 反渗透膜的其它性能指标 二 反渗透膜按结构分类 1 醋酸纤维素 CA PH值范围在5 62 聚酰胺 PA pH值范围在2 11 但对水中游离氯比较敏感 3 复合膜机械强度高 高脱盐率 高透过性兼备 抗压密能力强良好的化学稳定性和耐热性 可干膜存放 推动压力低 抗污染能力强 三 反渗透系统常用术语 1 淡水 又称渗透水 产品水 是反渗透系统的净化水 2 供水 又称给水 是进入反渗透膜系统的供给水源 3 浓水 又称盐水 是反渗透系统的浓缩废液 4 半透膜 允许溶液中溶剂透过而溶质却不能透过的膜 5 产水量 膜元件 膜组件系列或系统每小时生产淡水的能力 6 膜元件 组成反渗透膜组件的单个反渗透膜滤元 7 膜组件 含有一个或多个反渗透膜元件的压力容器 8 段 膜组件的浓水流经下一组膜组件处理 流经几组膜组件即称为几段 9 级 膜组件的产品水再经下一组膜组件处理 产品水经几次膜组件处理即称为几级 10 水通量 单位时间内透过膜元件 组件 单位膜表面的水量 11 回收率 淡水与供水之比 以百分比表示 回收率 12 脱盐率 反渗透装置或膜元件对盐分 或特定物质 的脱除能力 脱盐率 13 浓差极化 反渗透装置在运行过程中 淡水透过后 膜界面层浓缩水中含盐量和水之间往往会产生浓度差 严重时会形成很高的浓度梯度的现象 称为浓差极化 14 污染指数 SDI 在一定压力和标准间隔时间内 一定体积的水样通过微孔滤 0 45 m 的阻塞率 四 反渗透装置的结构 1 中空纤维式 2 涡卷式膜元件 第四节反渗透的预处理 预处理的目的是 防止悬浮物 微生物 胶体物质等附着在膜表面上或污堵 防止膜表面上结垢 防止膜受到机械损伤和化学损伤 1 温度调整2 pH值调整3 除去悬浮物和胶体4 可溶性硅酸的控制5 防止结垢6 防止铁锰沉积7 杀菌处理8 除去溶解性有机物9 防止形成硅垢 SiO2 1 温度调整设置自动加热系统 温度范围 0 40 2 pH值调整原水加酸的目的不仅是为了防止结垢 而且是为了防止膜的水解 CA 使用的PH范围为5 6 聚酰胺 PA 膜使用的PH范围为3 103 除去悬浮物和胶体悬浮物和胶体颗粒除去 使进水的浊度和淤塞指数SDI 又称污染指数FI 达到定值 用压力调节阀调节给水压力为30psi 0 21MPa 用秒表和500mL量筒测出开始通水时 水连续通过0 45 m滤膜 流出500mL水所需要的时间t0 通水15min后 再次测定其流出500mL水所需要的时间t15 4 可溶性硅酸的控制在pH 7的条件下 水温25 和40 时SiO2的溶解度分别为120mg L和160mg L 提高水温 提高pH值 石灰软化原水 降低水的回收率和超滤等5 防止结垢产生结垢的物质一般为CaCO3 CaSO4 BaSO4 SiO2和CaF2等 加阻垢剂 降低回收率等采用离子交换软化除去钙离子等 加酸去除碳酸或重碳酸根离子6 防止铁锰沉积曝气除去铁锰的措施 使铁生成Fe OH 3沉淀 加Na2SO3除去溶解氧 可阻止铁锰氧化 使其保持溶解状态 7 杀菌处理杀菌剂为氯化物 如Cl2 此外还有H2O2 O3和KMnO4等 消除余氯的方法主要有两种 1 还原法 Na2SO3 HClO HCl Na2SO4 2 吸附法 活性炭C 2Cl2 H2O 4HCl CO2 一 反渗透进水水质 二 预处理工艺 1 以地下水为水源的预处理工艺2 以地表水为水源的预处理工艺 3 以海水为水源的预处理工艺4 以废水为水源的预处理工艺 三 除去悬浮固体 1 在预处理系统中设置 多层滤料过滤器 活性碳过滤器 软化器 细砂过滤器 微滤器和超滤器等深度过滤装置 多层滤料过滤器又称多介质过滤器 常用无烟煤和石英砂所组成的双层滤料过滤器 细砂过滤器常用粒径为0 3 0 5mm石英砂 层高为800 1000mm 滤速约为5m h 微滤器又称精密过滤器 孔径范围0 01 350 m 四 阻垢剂投加系统 五 保安过滤系统 反渗透系统中一般在两处设置着精密过滤器 一是高压泵进水管 二是清洗泵出水管 为了区分 前者称为保安过滤器 后者称为清洗过滤器 主要作用是除去水中粒径大于20 m的杂质 保安过滤器外型 第五节反渗透的运行和维护 一 反渗透系统 工业用小型反渗透工艺流程 火电厂反渗透 二 反渗透装置启动前的检查 三 反渗透装置的运行 1 启动 冲洗 投运的操作检查完毕 开启浓水排放气动门 开启淡水排放气动门 开启冲洗入口门 启动冲洗水泵 冲洗反渗透装置20分钟 停洗水泵 关闭冲洗入口门 启动高压泵 缓慢开启高压泵出口电动门 关闭淡水排放气动门 浓水排放气动门 同时启动阻垢剂加药装置 开始向淡水箱进水 调节反渗透装置浓水排放手动门 控制产水流量60t h 浓水流量20t h 2 反渗透装置的运行监控正常运行时 每2小时记录总进水流量 浓水流量 淡水流量 一段进水压力 二段进水压力 浓水压力 淡水压力 浓水PH 淡水电导率 在正常运行时 入口水质应符合下列要求 温度 45 SDI 3 余氯 0 1mg L PH 3 10 反渗透正常运行时 每段压差应小于0 25MPa 阻垢剂加药系统出现故障无法加药时 反渗透必须停运 3 反渗透装置的停运停阻垢剂加药装置 停高压泵 关闭高压泵出口电动门 开启浓水排放气动门 淡水排放气动门 开启冲洗入口门 启动冲洗水泵 冲洗反渗透装置20分钟 停反渗透冲洗水泵 关闭冲洗入口门 关闭浓水排放气动门 淡水排放气动门 注 反渗透装置如短期退出运行时 不超过七天 膜元件必须浸泡在水温5 30 的合格水 即反渗透出水 中 每天启动1 2小时 或每天低压冲洗半小时 反渗透装置如长期退出运行时 应先对膜进行化学清洗 然后采用1 的甲醛溶液加以保护 四 反渗透装置反洗及投运程序 方格内有阴影的表示对应阀门 设备开启 无阴影表示对应阀门 设备关停 五 反渗透设备的清洗 1 清洗的一般原则 a 在正常压力下 如产品水流量比正常值下降10 15 b 为了维持正常的产品水流量 经温度校正后的给水压力增加了10 15 c 产品水的盐透过率增加10 15 d 反渗透各段间压差增加明显 增加约10 2 清洗药剂的选择建议使用的常见清洗液 清洗液1 柠檬酸2 用氢氧化钠调至PH 4 0 5 0清洗液2 三聚磷酸钠2 EDTA四钠盐0 8 用硫酸调至PH 10 0清洗液3 三聚磷酸钠2 十二烷基苯磺酸钠0 25 用硫酸调至PH 10 0清洗液的最高使用温度为40 在清洗碳酸钙水垢时可不必加热 3 清洗系统 4 反渗透的化学清洗程序 膜的清洗方法是 使清洗液以低压高流速状态在膜的浓水侧进行循环 步骤如下 1 首先开启清洗箱充水门 在反渗透清洗溶液箱中注入反渗透产水 启动清洗泵对膜进行冲洗并排放几分钟 2 然后在溶液箱中注入清洗液 开启清洗泵入口门 清洗箱循环门 启动泵打循环配制清洗液 3 开启清洗过滤器入口门 用配制好的清洗液清洗反渗透装置 低速循环清洗 对于8 的压力容器 采用2 88 3 38t h的清洗液流量 低速循环清洗5 15分钟 这可以去除松散附着的污染物 中速循环清洗 对于8 的压力容器 采用5 62 6 75t h的清洗液流量 中速循环清洗5 15分钟 高速循环清洗 对于8 的压力容器约为8 0 10 0t h的清洗液流量 循环清洗30 60分钟 4 在清洗后段时 应使前段浸泡在清洗液中 有利于污染物的去除 5 全部清洗完毕后 开启清洗箱排污门 排净箱中的清洗液 并冲洗溶液箱 然后在溶液箱中注满洁净的反渗透产水 启动泵冲洗膜元件 并排放几分钟 6 用清水洗膜之后 恢复系统 启动反渗透装置 在淡水排放门开启状态下运行 直到产水洁净 无清洗剂泡沫为止 7 清洗过程中 当清洗过滤器的压降超过0 07MPa时 则需更换滤芯 更换清洗剂时也应更换清洗过滤器的滤芯 六 反渗透的故障与原因 1 给水压力低的原因可能是 给水流速不适当 系统泄漏 高压泵入口水压力不足或泵部漏气 漏水 保安过滤器滤芯污堵 高压泵故障 2 给水压力高的原因可能是 高压泵出口门调节不当 从高压泵到反渗透器之间的管道堵塞 浓水调节门关的太紧或堵塞 浓水排放流量小 回收率太高 3 回收率太低的原因可能是 给水流速过高 给水压力或浓度低 4 回收率高的原因可能是 给水压力过高 给水流速不足 5 反渗透器两端压降高的原因可能 浓水流速高 膜元件污染 6 高压泵停止运转的原因可能是 泵出口水压力过高 高限报警 泵入口水压力过低 低限报警 7 产品水流量降低的原因可能是 给水温度低 给水压力低 浓水浓度太高引起高的渗透压 8 产品水流量增大的原因可能是 给水压力高 给水温度高 9 产品水电导和浓水电导同时升高的原因可能是 浓水管道或浓水调节阀污堵 回收率过高 10 产品水电导率高 浓水电导率也高 每段压力降也高的原因可能是 膜元件污染 限制了浓水流速 11 产品水电导率高 每段压力容器两端压降增大 产品水流量低的原因可能是 膜元件污染 12 段压力容器两端压降大 产品水流量低 产品水电导有所增加的原因可能是 膜元件通道污染 堵塞 13 反渗透产水质量下降的原因可能是 原水的总含盐量增加 膜组件的破损 膜组件 浓水密封 的短路 O 环泄漏 在内接头内 回收率升高 膜组件安装时插入方向相反 进水中余氯的浓度过高 第七节反渗透的后处理 谢谢大家 穆顺勇2008 8 14