“反渗透膜分离制高纯水实验”实验报告

化工专业实验报告“反渗透膜分离制高纯水实验”实验报告学生姓名： 班 级： 工艺一班 学 号： 实验组号： 同组姓名： 实验时间： 2011年10月26 撰写实验报告时间：2011年 11月 11日 1 实验目的（1）熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程； （2）掌握反渗透膜分离的操作技能；（3）了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数。2 实验原理反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10Å小分子物质，反渗透膜能截留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，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。其原理如图1。 图1 反渗透与渗透现象如图（a）所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。如图(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，此为指定温度下溶液的渗透压N。如图(c)所示，当咸水一侧施加的压力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。此时,在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化,这就是反渗透脱盐的基本原理。通常，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。根据膜分离原理，温度、操作压力、给水水质、给水流量等因素将影响膜的分离性能。3实验装置与设备3.1 实验流程本装置采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，以城市自来水为原料，制备超纯水供实验室特殊分析使用，出水水质可自动检测，装置操作简单，稳定性好，具有很高的实用价值。反渗透脱盐自来水超纯水图2纯水制备流程离子交换净 水紫外线杀菌浓缩水活性炭吸附5微米精滤理想的反渗透膜应耐化学和微生物侵蚀，使之在运行过程中膜的分离性能和机械性能保持稳定。因此，反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，还应包括预处理过程，就是通过一些物化手段去除原水中的悬浮物和胶体等杂质，使其满足反渗透膜处理的进水要求，保护反渗透膜的正常使用。同时，经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可超过95%，但透过液中还存在一定浓度的离子，其电导率、TOC指标一般还达不到高纯水要求，工业上通常采用混床树脂处理，对水中剩余的阴阳离子进行交换，使水进一步得到净化。最后，采用紫外杀菌，可降低水中的TOC。本实验以自来水为原水，设计了预处理（活性炭、精滤）、反渗透脱盐、混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元，研究了自来水深度处理的反渗透净水工艺。流程示意图如图1所示。装置流程图如图2所示。图3 反渗透制纯水实验装置流程图3.2 主要设备（1）自来水预过滤器：10英寸活性炭预过滤和5精过滤；（2）原料储槽：容积50升，材质ABS工程塑料；（3）Y预过滤器：材质工程塑料，进口；（4）增压泵：型号 FLUID-O-TECH 1533，进口；（5）压力控制器：型号 Fannio FNC-K20；（6）反渗透膜组件： 2521型低压反渗透膜，纯水通量40-45L/H，脱盐率98%；（7）膜壳：2521型不锈钢膜壳；（8）电导仪：型号 RM-220，在线检测纯水电阻仪；（9）流量计：规格 10100L/H和17L/M，面板式有机玻璃转子流量计；（10）紫外杀菌器：在线流过式杀菌器；（11）核级混合树脂床，约3公斤；（12）管道及阀门：UPVC管阀；（13）不锈钢电控柜及不锈钢支架。4 实验内容及操作步骤4.1实验内容 测定不同进料流速对膜分离效率的影响，第一在同一操作压力下，改变总进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值；第二在同一浓缩液流速下，改变操作压力，记录不同的操作压力、透过液流速及出口纯水电阻值4.2 操作步骤（1）关闭系统排空阀，打开净水出口阀、超纯水出口阀；（2）接通自来水与预过滤系统，过滤水进入储槽；（3）接通电源，打开总电源开关；（4）打开泵回路阀、浓水旁路阀，将浓水流量阀调至最大；（5）储槽中有一定水位高度后开启输液泵，取储槽中水样，测定其电导率；（6）水正常循环后（注意排气），逐步关闭泵回路阀和浓水旁路阀，调节压力阀，使系统压力（膜进口压力）控制在0-1.0Mpa内某一值；（7）若制备超纯水，切换阀到混合树脂床，纯水可单独收集，打开浓水出口阀，浓水直接排放，调节一定的自来水进水流速，保持储槽内水位基本不变； （8）稳定2030分钟后出口水质基本稳定，记录出口纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率（混合树脂床中若有空气会影响超纯水质，缓慢打开树脂柱上方排气口进行排气，重新装填树脂或运输后可能夹带空气）；（9）适当打开泵回路阀，改变总进料速度，重复第68操作步骤，比较3个不同流量下超纯水的水质变化；（10）调节压力阀和回路阀，测量相同压力不同浓缩液流量下出口纯水电阻值，同时记录操作压力、透过液流量。（11）停车时，先打开压力调节阀、旁路阀及泵回路阀，使系统压力小于0.2 Mpa，再关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。5 注意及维护事项（1）活性炭预过滤芯、聚丙烯预过滤芯首次使用，应先接通自来水，冲洗5-8分钟后方可接入水槽，避免污染系统；（2）膜组件首次使用，应用低压清水（0.2MPa）清洗2030分钟，去除其中的防腐液，同时切换阀到紫外杀菌，避免清洗液污染混合树脂；（3）储槽储水量不要过少并保持内壁清洁，较长时间（10天以上）停用时，在反渗透组件中充入1甲醛水溶液作为保护液（保护液主要用于膜组件内浓缩液侧），防止系统生菌，保持膜组件润湿，寒冷季节应注意系统防冻；（4）为确保水质，定期更换预过滤系统的各种滤芯，反渗透膜、树脂、紫外灯管亦为耗材，根据实际用水情况而更换(一般情况下反渗透膜每天使用6小时，可连续使用150天，3公斤树脂可满足3吨处理量，可满足出水水质10)；（5）本装置设置压力控制器，当系统压力大于1.6Mpa时，会自动切断输液泵电流并停机；（6）管道如有泄漏，请立即切断电源和进料阀，待更换管件或用专用胶水粘结后（胶水粘结后需固化4小时）方可使用。（7）增压泵启动时，请注意泵前管道充满液体，以防损坏，如发生上述现象，请立即切断电源，短时间内空转，不一定会损坏泵。5 实验数据记录与处理（1）数据记录与计算进口压力不变室温： 18 ；自来水电导率： 0.337ms/cm ；操作压力 0.25Mpa ；实验序号浓缩液流量(L/h)透过液流量(L/h)纯水电导（ms/cm）纯水回收率(）1168400.044119.232252450.040515.153300400.039811.76浓缩液流量不变室温： 18 ；自来水电导率： 0.337ms/cm ；浓缩液流量 240L/h ；实验序号操作压力(Mpa)透过液流量(L/h)纯水电导（ms/cm）纯水回收率(）10.125250.04509.4320.250420.041314.8930.375600.039120.00（2）绘图6 结果与讨论本实验结果符合，数据在误差范围内，误差可能是由仪器的老化 和人为的记录不精准造成当不改变进口压时，浓缩液流量与纯水回收率和电导率成反比；当浓缩液流量不变时，进口压与纯水回收率成正比，与电导率成反比。增大浓缩液流量有利于纯水纯度，不利于产率；增大进口压有利于纯水产率和纯度，因此反渗透法制备超纯水应尽可能提高进口压并选择合适流速。思考题1.结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点？答：本实验采用反渗透膜过滤与离子交换技术相结合，制备供实验室用的高纯水，此工艺结合了两项技术的优点，装置操作简单，稳定性好，具有很高的实用价值。采用离子交换树脂可以制得水质接近理论纯水的超纯水，但此法却带来了树脂再生时产生的废酸碱造成的环境污染，而反渗透技术可以使废酸碱排放量与单用离子交换脱盐系统相比减少了百分之九十。经过反渗透脱盐的水的脱盐率可达百分之九十八，但透过液中还是存在一定浓度的离子，其电导率、TOC指标达不到高纯水的要求2.反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征？答：反渗透膜的污染物可分为悬浮固体、胶体、金属氧化物、无机物、有机物、油和脂等。金属氧化物、胶体、细菌残骸污染会使膜组件压差明显增加，生物、有机物污染使组件压差适度增加，水垢使组件压差适当降低。3.常规的树脂再生是如何实现的？答：用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使其恢复原来的组成和性能。