www.vontron.com 1 反渗透膜技术基础反渗透膜技术基础 www.vontron.com 2 关于时代沃顿关于时代沃顿1 反渗透膜简介反渗透膜简介2 3 反渗透膜性能评价及影响因数反渗透膜性能评价及影响因数 4 反渗透膜系统设计、安装和运行反渗透膜系统设计、安装和运行 5 反渗透膜污染与清洗反渗透膜污染与清洗 www.vontron.com 3 关于时代沃顿关于时代沃顿(体系认证、产品认证体系认证、产品认证) 通过国际质量管理体系认证 通过NSF58认证 通过WQA 金印认证 通过中国疾控中心环境 与健康相关产品检测 www.vontron.com 4 历史背景历史背景 关于时代沃顿关于时代沃顿( (公司介绍公司介绍) ) 2000年，专项国债资金支持，成为国家级 重点高科技产业化项目。 2007年，北京时代沃顿科技有限公司成立。 2007年，全球独有抗氧化膜元件研制成功。 2001年，“发展膜技术及其应用产业化”列入 “十五”重点规划的重点专项。 www.vontron.com 5 反渗透膜简介反渗透膜简介 www.vontron.com 6 渗透原理渗透原理 渗透：指稀溶液渗透：指稀溶液 中的水分子自发中的水分子自发 地透过半透膜进地透过半透膜进 入浓溶液的过程。入浓溶液的过程。 浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液 h 渗透膜渗透膜 溶液会升高至此点溶液会升高至此点, 以达到压力平衡以达到压力平衡 反渗透膜简介反渗透膜简介 www.vontron.com 7 渗透压：指某溶液在自然渗渗透压：指某溶液在自然渗 透过程中，浓溶液液面不断透过程中，浓溶液液面不断 升高，稀溶液液面相应降低升高，稀溶液液面相应降低 ，直到两侧形成的水柱压力，直到两侧形成的水柱压力 抵消了水分子的迁移，溶液抵消了水分子的迁移，溶液 两侧的液面不再变化，渗透两侧的液面不再变化，渗透 达到平衡点，此时的液柱高达到平衡点，此时的液柱高 差差h h称为该溶液的渗透压。称为该溶液的渗透压。 浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液 h 渗透膜渗透膜 溶液会升高至此点溶液会升高至此点, 以达到压力平衡以达到压力平衡 渗透压渗透压 www.vontron.com 8 由于渗透膜是只允许小分子由于渗透膜是只允许小分子( (或小部分离子或小部分离子) )通过通过. .如果渗如果渗 透膜两边的小分子浓度不同透膜两边的小分子浓度不同, ,渗透膜两边将产生位能差异渗透膜两边将产生位能差异. . 较稀溶液拥有较高位能较稀溶液拥有较高位能( ( 1 1), ), 而较浓溶液拥有较低位能而较浓溶液拥有较低位能 ( ( 2 2).).水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直至位能达到水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直至位能达到 平衡平衡. .即即 rrh = ( 1 1- - 2 2) ) 1 1 = =较稀溶液的位能 较稀溶液的位能 2 2 = =较浓溶液的位能 较浓溶液的位能 渗透压渗透压 www.vontron.com 9 浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液 h 反渗透膜反渗透膜 反渗透：渗透平衡时，如果在浓溶反渗透：渗透平衡时，如果在浓溶 液侧施加一个压力，那么浓侧的溶液侧施加一个压力，那么浓侧的溶 剂会在压力作用下向淡水一侧渗透，剂会在压力作用下向淡水一侧渗透， 这个渗透由于与自然渗透相反，故这个渗透由于与自然渗透相反，故 叫反渗透（叫反渗透（RORO）。）。 反渗透膜原理：在反渗透膜的原水反渗透膜原理：在反渗透膜的原水 侧加压，使原水中的一部分纯水沿侧加压，使原水中的一部分纯水沿 与膜垂直的方向透过膜，水中的盐与膜垂直的方向透过膜，水中的盐 类和胶体物质在膜表面浓缩，剩余类和胶体物质在膜表面浓缩，剩余 部分原水沿与膜平行的方向将浓缩部分原水沿与膜平行的方向将浓缩 的物质带走。产水中仅残余少量盐的物质带走。产水中仅残余少量盐 份，收集利用产水，即达到去离子份，收集利用产水，即达到去离子 及其它杂质的目的。及其它杂质的目的。 外 来 压 力 外 来 压 力 P P ( ( 1 1- - 2 2) ) 反渗透和反渗透膜原理反渗透和反渗透膜原理 www.vontron.com 10 19601960年，美国加利福尼亚大学年，美国加利福尼亚大学S.LoebS.Loeb和和 S.SourirajanS.Sourirajan制得了世界上第一张高脱制得了世界上第一张高脱 盐率、高通量的不对称醋酸纤维素反渗盐率、高通量的不对称醋酸纤维素反渗 透膜。透膜。 19701970年，美国年，美国Du PontDu Pont公司公司 推出由芳香族聚酰胺中空推出由芳香族聚酰胺中空 纤维制成的渗透器，纤维制成的渗透器，UOPUOP公公 司成功推出卷式反渗透元司成功推出卷式反渗透元 件。件。19801980年，年，FilmtecFilmtec公司推出性能公司推出性能 优异、实用的优异、实用的FTFT- -3030复合膜，复合膜，8080 年代末高脱盐率的全芳香聚酰年代末高脱盐率的全芳香聚酰 胺复合膜工业化。胺复合膜工业化。 进入进入2121世纪，抗氧化反渗透膜成为各个世纪，抗氧化反渗透膜成为各个 厂家研究重点，经过多年研究，时代沃厂家研究重点，经过多年研究，时代沃 顿科技有限公司已成功推出抗污染膜顿科技有限公司已成功推出抗污染膜FRFR 系列和抗氧化膜系列和抗氧化膜HORHOR系列，受到客户的欢系列，受到客户的欢 迎和支持。迎和支持。 反渗透膜技术的历史反渗透膜技术的历史 www.vontron.com 11 按化学成份分：醋酸纤维按化学成份分：醋酸纤维 CACA膜，复合芳香聚酰胺膜膜，复合芳香聚酰胺膜 等等 按外形结构分：平板式，按外形结构分：平板式， 卷式，中空纤维，管式等卷式，中空纤维，管式等 按物理结构分：非对称膜，按物理结构分：非对称膜， 复合膜等复合膜等 反渗透膜分类反渗透膜分类 www.vontron.com 12 醋酸纤维膜醋酸纤维膜 优点：优点：亲水性好，抗氧化性强，表面光滑，耐生物污染亲水性好，抗氧化性强，表面光滑，耐生物污染 和耐氧化。和耐氧化。 缺点：缺点：由于由于CACA膜是单质膜结构，分离材料较厚，透速率膜是单质膜结构，分离材料较厚，透速率 低，脱盐压力低，脱盐压力较高，膜工艺效率较差，脱盐率低，较高，膜工艺效率较差，脱盐率低， pHpH承受范围窄。承受范围窄。 芳香聚酰胺复合膜芳香聚酰胺复合膜 优点：优点：工作压力低，耐酸碱性强，产水量高，脱盐率高，工作压力低，耐酸碱性强，产水量高，脱盐率高， 更强的化学更强的化学稳定性稳定性 缺点：缺点：不耐氧化，易生物污染。不耐氧化，易生物污染。 醋酸纤维醋酸纤维CACA膜与芳香聚酰胺复合膜对比膜与芳香聚酰胺复合膜对比 www.vontron.com 13 聚酰胺超薄分离层聚酰胺超薄分离层0.2m 多孔聚砜中间支持层多孔聚砜中间支持层40m 聚酯无纺布基层约聚酯无纺布基层约120m 功能改性层（抗污染涂层）功能改性层（抗污染涂层） 复合反渗透膜片断面结构示意图复合反渗透膜片断面结构示意图 www.vontron.com 14 聚酯无纺布基层约聚酯无纺布基层约120m 无纺布具有坚硬、无松散纤维无纺布具有坚硬、无松散纤维 的光滑表面，主要提供反渗透的光滑表面，主要提供反渗透 膜的结构强度。膜的结构强度。 复合反渗透膜片断面结构示意图复合反渗透膜片断面结构示意图 www.vontron.com 15 多孔聚砜中间支多孔聚砜中间支撑撑层层40m 设有多孔中间支撑结构的原因：设有多孔中间支撑结构的原因： 让超薄分离层直接涂覆在无纺让超薄分离层直接涂覆在无纺 布上时，表面太不规则，且孔布上时，表面太不规则，且孔 隙太大，因此需要在无纺布上隙太大，因此需要在无纺布上 预先涂布一层高透水性的微孔预先涂布一层高透水性的微孔 聚砜作为中间支撑层，其孔径聚砜作为中间支撑层，其孔径 约为约为150150埃左右。埃左右。 复合反渗透膜片断面结构示意图复合反渗透膜片断面结构示意图 www.vontron.com 16 聚酰胺超薄分离层聚酰胺超薄分离层0.2m 聚酰胺超薄分离层是反渗透过聚酰胺超薄分离层是反渗透过 程中真正具有分离作用的功能程中真正具有分离作用的功能 层，该层的厚度、致密性、交层，该层的厚度、致密性、交 联度、均匀性决定了其特性。联度、均匀性决定了其特性。 复合反渗透膜片断面结构示意图复合反渗透膜片断面结构示意图 www.vontron.com 17 功能改性层（抗污染涂层）功能改性层（抗污染涂层） 功能改性层（抗污染涂层）主功能改性层（抗污染涂层）主 要作用是通过增加表层亲水性要作用是通过增加表层亲水性 光滑度、改变光滑度、改变z z- -tectec电位等方法电位等方法 加强反渗透膜的抗污染性，另加强反渗透膜的抗污染性，另 外也起到保护聚酰胺超薄分离外也起到保护聚酰胺超薄分离 层的作用。层的作用。 复合反渗透膜片断面结构示意图复合反渗透膜片断面结构示意图 www.vontron.com 18 多孔膜的筛分理论多孔膜的筛分理论 多孔膜过程的机理可用筛分理论解释，粒径小于膜孔的颗粒可多孔膜过程的机理可用筛分理论解释，粒径小于膜孔的颗粒可 透过膜孔，粒径等于膜孔的颗粒可堵塞膜孔，粒径大于膜孔的透过膜孔，粒径等于膜孔的颗粒可堵塞膜孔，粒径大于膜孔的 颗粒被膜体截留。此外，带电颗粒在膜表面及膜孔中的吸附截颗粒被膜体截留。此外，带电颗粒在膜表面及膜孔中的吸附截 留，小于孔径的颗粒在孔口处的架桥截留，也具有一定的截留留，小于孔径的颗粒在孔口处的架桥截留，也具有一定的截留 作用。作用。 致密膜的溶解扩散理论致密膜的溶解扩散理论 纳滤膜与反渗透膜属于致密膜，在分离过程中，溶质与溶剂在纳滤膜与反渗透膜属于致密膜，在分离过程中，溶质与溶剂在 膜表面的溶解速率不同，溶入膜体后在膜体内的扩散速率也不膜表面的溶解速率不同，溶入膜体后在膜体内的扩散速率也不 同。当溶剂的溶解与扩散速率远大于溶质的溶解与扩散速率时，同。当溶剂的溶解与扩散速率远大于溶质的溶解与扩散速率时， 溶质在原液侧富集，溶剂在透过液侧富集，从而实现了溶质和溶质在原液侧富集，溶剂在透过液侧富集，从而实现了溶质和 溶剂的相对分离，而不可能实现两者的绝对分离溶剂的相对分离，而不可能实现两者的绝对分离。 反渗透膜分离机理反渗透膜分离机理 www.vontron.com 19 原水流量为原水流量为Q Qf f，产水流量，产水流量QpQp， 浓水流量浓水流量Qc,Qc,回收率回收率R= QR= Qp p/ Q/ Qf f， ， 所以全量过滤回收率恒等于所以全量过滤回收率恒等于1 1， 错流过滤恒小于错流过滤恒小于1 1。 错流过滤方式下，透过液垂直错流过滤方式下，透过液垂直 透过膜体，浓液与膜体形成切透过膜体，浓液与膜体形成切 向径流，对聚集膜表面的截留向径流，对聚集膜表面的截留 污染物起到冲洗作用，所以错污染物起到冲洗作用，所以错 流过滤的清洗周期较长。流过滤的清洗周期较长。 全量过滤和错流过滤示意图全量过滤和错流过滤示意图 错流过滤错流过滤 www.vontron.com 20 错流过滤运行方式，存在一个错流流速与透流流错流过滤运行方式，存在一个错流流速与透流流 速的比值即错流比问题。比值过低时不能形成有速的比值即错流比问题。比值过低时不能形成有 效的切向冲洗径流，并因雷诺数低而不能形成有效的切向冲洗径流，并因雷诺数低而不能形成有 效湍流，浓差极化严重，错流的效果很差。比值效湍流，浓差极化严重，错流的效果很差。比值 过高时会造成水源的浪费及能耗的增高。因此错过高时会造成水源的浪费及能耗的增高。因此错 流运行方式下的错流比必须保持在一定水平范围流运行方式下的错流比必须保持在一定水平范围 之内，如卷式反渗透膜元件要求的浓淡水径流量之内，如卷式反渗透膜元件要求的浓淡水径流量 之比高于之比高于5:15:1。 错流过滤错流