1、摘 要本文简要的介绍了我国水资源的现状，说明了苦咸水淡化的意义和应用价值；概括了苦咸水淡化的主要方法：蒸馏法、膜法、电渗析法；分析了反渗透法在水处理领域的基本原理及特点；论证了反渗透苦咸水淡化处理的技术经济可靠性和可行性；讲述了反渗透法的国内外发展研究、应用现状及最新进展和趋势；主要论述了利用反渗透法淡化苦咸水的原理、方法、要求及设计说明，进行反渗透苦咸水淡化处理的工艺设计计算，包括预处理系统、反渗透系统和后处理系统，并进行经济技术分析；用 CAD 绘制了平面布置图、处理工艺流程图、反渗透膜组件详图、机械过滤器详图、活性炭过滤器详图和滤器管道图等主体设备结构工程图作为设计附图；最后对苦咸水淡化
2、的发展前景进行展望。关键词：苦咸水；淡化；反渗透全套图纸加 153893706ABSTRACTThis pape briefly describes the status of water resources in Cina. Illustrates the significance and brackish water desalination application. Smmarizes the major brackish water desalination methods: distillation,membrane,electrodialysis. The anti-osmosis
3、 water treatment field in the basic principles and characteristics. Demonstrates the brackish water reverse osmosis desalinatiom and the reliability of the technical and economic feasibility. About the recent development of rexerse osmosis method. The application status and the lastet developments a
4、nd trends. Major discusses the use of brackish water reverse osmosis desalination principles, methods, requirements and design specifications. The reversr osmosis treatment of brackish water desalination process design calculations, including pre-treament system, reverse osmosis systems, and post-pr
5、ocessing systems, and economic and technical analysis. Drawn with CAD floor plan, process flow diagram, reverse osmosis membrane module details, the mechanical filter details, the activated carbon filter and filter pipe diagrams detailing the main equipment of the structure as a design drawing drawi
6、ngs. Final of brackish water desalination prospects for the future development.Key words： painstakingly salty water；desalination；reverse osmosis1目 录第一章 绪 论 11.1 我国水资源概况 11.2 苦咸水淡化的意义及应用价值 11.3 苦咸水淡化的主要方法 21.3.1 蒸馏法 21.3.2 电渗析法 21.3.3 反渗透法 3第二章 反渗透淡化技术 42.1 反渗透法的基本原理及特点 42.2 反渗透的研究进展 42.2.1 国内外反渗透研究
7、42.2.2 反渗透技术的应用现状 52.2.3 反渗透膜最新进展和趋势 52.3 苦咸水反渗透淡化技术的组成 62.3.1 预处理系统 62.3.2 反渗透系统 82.3.3 后处理系统 .112.4 本设计工艺流程 11第三章 设计任务及计算说明 1223.1 设计任务及要求 123.1.1 设计背景 123.1.2 设计要求 123.1.3 设计说明 123.2 设计计算 133.2.1 预处理系统 133.2.2 反渗透系统 193.2.3 后处理系统 223.2.4 经济技术分析 23第四章 总结及展望 25参考文献 26外文资料中文译文致谢天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设
8、计1第一章 绪 论1.1 我国水资源概况水是一切生命的源泉，是工业的血液、社会经济发展的命脉，也是人类最为宝贵、不可替代的自然资源。由于人类文明的飞速发展带来都市化的加快，加上工业发展对地表水的污染，供水不足已经成为世界性的难题。水的问题已经引起政治家、哲学家、经济学家、科学家、企业家等大批有识之士的高度关注。联合国水资源委员会早在1977 年3 月就向世界各国发出警报“供水不足将成为一个深刻的社会危机。世界上在石油危机之后的下一个危机便是水的危机”。我国水资源总量居世界第6 位，但人均水资源占有量仅居世界第108 位，是世界上21 个严重缺水国之一。我国水资源的地区性分布极不均匀，南方水多地
9、少，北方水少地多。南方的人均水量是北方人均水量的4 倍多，公顷均水量是北方的9 倍多。水资源年内和年际分配也不均匀。由于季风的影响，洪涝和干旱连年不断。遇到干旱年份不仅严重影响正常的工农业生产，也影响到人的生活。据有关专家估计，到2030 年，中国的缺水量将达到600 亿m 3。水的不足已经影响到了社会经济的发展和生活水平的提高，国家和地方政府对水的问题十分重视，兴建了一批大型跨流域调水工程和蓄水工程，提倡和推动污水回用和水的再利用，推广和应用节水技术等，在一定程度上缓解了供水不足的矛盾；产业结构调整使得工业用水增长减缓。目前，沿海城市的用水基本可以适应需求。但是，随着调水的距离越来越远，调水
10、的成本越来越高，加上水资源的普遍短缺，使人们越来越多的关注被引水地区的环境危害和间接经济影响，并对远距离调水等解决水资源问题的传统办法提出了疑问。1.2 苦咸水淡化的意义及应用价值随着经济持续的发展和人民生活水平的提高，对水量的需求越来越大，对水质的要求越来越高，而水资源的不足，时空分布的不均，加上超限度的开采，无节制的浪费，随地的污染，使本来紧张的水资源供需矛盾更加尖锐。解决缺水的方法除了传统意义上的调水和蓄水工程、节水以及污水回用之外，海水淡化技术受到越来越多的重视。尤其在沿海城市和岛屿地区，其中的水资源大部分是苦咸水，缺水现象更为严重。设计开发新型给水技术，利用苦咸水，缓解水危机，为社会
11、和城乡人民提供安全、可靠、卫生的生产、生活用水，是当前国内外给水领域的一个重大课题之一。苦咸水淡化作为使淡水资源总量增加的开源措施，越来越多地受到人们的天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计2关注，我国政府对海水淡化技术也十分重视，并将其列入中国21 世纪议程中，作为实现水资源持续利用的推广示范技术；中国海洋21 世纪议程更是将发展海水淡化技术和建立海水淡化示范工程并在有条件的地区推广列为优先发展项目。科技部对海水淡化技术已经给予数个五年计划的扶持，党和国家领导人对发展海水淡化技术也作过专门的批示。在国际上，世界淡化水的总产量从20 世纪60 年代至今已经增长到2300 万t/d ，而且
12、还在以10 %30 %的年增长率攀升。据估算，目前世界海水淡化的市场年成交额已达到数十亿美元。海水淡化供养的人口不仅有中东的若干国家，而且还有美国、俄国、日本、意大利、西班牙等发达国家的部分地区，人口达1 亿之众。由此可知，发展海水淡化技术，向海洋要淡水，是世界各国的共同趋势。拥有海水淡化技术的国家，除了以色列以外，都不是真正意义上的贫水国，美国、日本、法国、德国、意大利以及韩国等都是通过开拓国外市场，在推广了技术的同时取得了显著的经济效益。1.3 苦咸水淡化的主要方法苦咸水淡化方法主要有蒸馏法、膜法、电渗析法。蒸馏法主要有多效蒸馏（ME）、多级闪蒸（MSF ）、压汽蒸馏（VC）；膜法主要有反
13、渗透（RO）、纳滤（NF）；电渗析法主要有电渗析（ED）、频繁倒极电渗析（EDR）等。1.3.1 蒸馏法蒸馏法就是把苦咸水或海水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法有许多种，如多效蒸发（multiple-effect evaporation） 、多级闪蒸（MSF） 、压汽蒸馏（vapour compression distillation） 、膜蒸馏（ SGMD）等。蒸馏法是最早采用的淡化方法，它的优点是结构较简单，操作容易，淡化水的水质好，但设备易结垢腐蚀。一般来说，蒸馏法处理苦咸水的成本高于膜法，但它在处理高浓度苦咸水方面有一定优势。到目前为止，多级闪蒸是处理高浓度苦咸水一种
14、有效的方法。1.3.2 电渗析法电 渗 析 法 简 称 ED,是 利 用 离 子 交 换 膜 在 电 场 作 用 下 ,分 离 盐 水 中 的 阴 、阳 离 子 ,从 而 使 淡 水 室 中 盐 分 浓 度 降 低 而 得 到 淡 水 的 一 种 膜 分 离 技 术 。 电 渗析 装 置 是 利 用 离 子 在 电 场 的 作 用 下 定 向 迁 移 ,通 过 选 择 透 过 性 的 离 子 交 换 膜达 到 除 盐 目 的 。 在 外 加 直 流 电 场 的 作 用 下 ,水 中 的 离 子 作 定 向 迁 移 (阳 离 子交 换 膜 只 允 许 阳 离 子 通 过 ,阴 离 子 交 换 膜
15、 只 允 许 阴 离 子 通 过 ),使 一 种 水 中 大部 分 离 子 迁 移 到 另 一 种 水 中 去 。该 技 术 已 比 较 成 熟 ,具 有 工 艺 简 单 、 除 盐 率 高 、 制 水 成 本 低 、 操 作 方 便 、不 污 染 环 境 等 主 要 优 点 ,但 存 在 对 水 质 要 求 较 严 格 、 需 对 原 水 进 行 预 处 理 等天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计3缺 点 。 淡化水的成本，与电解质浓度成正比，电解质浓度高时，电流密度大，淡化吨水的成本也就高。电渗析技术在低浓度苦咸水淡化方面最先占据了较大的市场。至今，产水量约 60104 m3/d，
16、年产离子交换膜 40 多万 m2 以上。目前，有 140 余套日产量在 10005000 m 3 的苦咸水 ED 装置在运转，将含盐量在15003000 mg/L 的苦咸水淡化成生活用水。1.3.3 反渗透法反渗透（Reverse Osmosis，RO）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，从某一含有各种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯水的物质分离过程。与 其 他 水 处 理 方 法 相 比 反 渗 透 法 具 有 无 相 态 变 化 、 常 温 操 作 、 设 备 简 单 、效 益 高 、 占 地 少 、 操 作 方 便 、 能 量 消 耗 少 、 适 应
17、 范 围 广 、 自 动 化 程 度 高 和 出水 质 量 好 等 优 点 。 反 渗 透 法 脱 盐 率 及 产 水 纯 净 程 度 都 比 电 渗 析 法 高 ,出 水 水质 优 于 我 国 生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 ,对 高 氟 低 矿 化 度 苦 咸 水 通 过 反 渗 透 法淡 化 ,出 水 水 质 可 达 到 我 国 饮 用 纯 净 水 卫 生 标 准 。 有 资 料 表 明 ,反 渗 透 法淡 化 苦 咸 水 的 能 耗 电 耗 、 水 耗 均 低 于 电 渗 析 法 ,而 且 反 渗 透 法 设 备 结 构 紧凑 、 占 地 面 积 小 、 运 行 效 果 稳 定 可
18、 靠 、 符 合 “清 洁 生 产 ”要 求 ,反 渗 透 法 是较 其 他 方 法 更 为 合 理 、 有 效 的 苦 咸 水 淡 化 方 法 。 而 缺 点 是 需 要 高 压 设 备 ，原 水 利 用 率 只 有 7580 %， 膜 要 定 期 清 洗 1。现有的苦咸水淡化法中，反渗透淡化法是最经济的，它甚至已经超过电渗析淡化法。反 渗 透 淡 化 法 不 仅 适 用 于 海 水 淡 化 ,也 适 合 于 苦 咸 水 淡 化 。 由于反渗透过程的推动力是压力，过程中没有发生相变化，膜仅起着“筛分”的作用，因此反渗透分离过程所需能耗较低。在现有海水和苦咸水淡化中，反渗透法是最节能的。反渗透
19、膜分离的特点是它的“广谱”分离，即它不但可以脱除水中的各种离子，而且可以脱除比离子大的微粒，如大部分的有机物、胶体、病毒、细菌、悬浮物等，故反渗透分离法又有广谱分离法之称。尤其以风能、太阳能作动力的反渗透净化苦咸水装置，是解决无电和常规能源短缺地区人们生活。用水问题的既经济又可靠的途径。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计4第二章 反渗透淡化技术2.1 反渗透法的基本原理及特点用 一 种 选 择 透 过 性 膜 将 一 个 容 器 分 为 两 半 ， 在 膜 的 两 侧 同 时 分 别 加 入纯 水 和 盐 水 ,使 膜 两 侧 的 液 面 一 样 高 ， 过 了 一 定 时 间 会
20、发 生 盐 水 侧 的 液 面 在升 高 ， 纯 水 侧 的 液 面 在 下 降 ， 这 是 由 于 水 分 子 透 过 半 透 膜 向 盐 水 侧 迁 移 的 结果 ， 这 种 现 象 称 为 渗 透 。 能 够 对 水 或 溶 液 具 有 选 择 透 过 性 的 膜 称 为 半 透 膜 。如 果 在 浓 溶 液 一 边 加 上 适 当 的 压 力 ， 则 可 使 渗 透 停 止 。 当 稀 溶 液 向 浓 溶 液的 渗 透 停 止 时 的 压 力 称 为 渗 透 压 。 反 渗 透 则 是 在 浓 溶 液 一 边 加 上 比 自 然 渗 透更 高 的 压 力 ， 扭 转 自 然 渗 透 方
21、 向 ， 把 溶 液 中 的 离 子 压 到 半 透 膜 的 另 一 边 ，这 与 自 然 界 的 正 常 渗 透 过 程 相 反 ， 故 称 之 为 “反 渗 透 ”， 这 种 装 置 称 为 反 渗透 装 置 。反 渗 透 方 法 可 以 从 水 中 除 去 90 %以 上 的 溶 解 性 盐 类 和 99 %以 上 的 胶 体微 生 物 及 有 机 物 等 。 与 其 他 水 处 理 方 法 相 比 具 有 无 相 态 变 化 、 常 温 操 作 、 设备 简 单 、 效 益 高 、 占 地 少 、 操 作 方 便 、 能 量 消 耗 少 、 适 应 范 围 广 、 自 动 化 程度 高
22、 和 出 水 质 量 好 等 优 点 。 尤 其 以 风 能 、 太 阳 能 作 动 力 的 反 渗 透 净 化 苦 咸 水装 置 ,是 解 决 无 电 和 常 规 能 源 短 缺 地 区 人 们 生 活 用 水 问 题 的 既 经 济 又 可 靠 的途 径 2。2.2 反渗透的研究进展2.2.1 国内外反渗透研究渗透现象是法国人 Abble Nollet 于 250 多年前发现的，自此以后人们开始围绕这种现象展开了广泛的研究，1867 年 Traube 成功制备了第一张无机膜，1937 年 Carthers 最先合成聚酰胺， 1950 年美国佛罗里达大学的 Reid 和 Hassler等人提
23、出了反渗透海水淡化的概念，1953 年醋酸纤维素膜的脱盐能力被 Reid和 Bretom 证实之后，Loed 和 Sourirajan 于 1960 年研制成功了世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称醋酸纤维素（CA）反渗透膜。 20 世纪 70 年代初美国杜邦公司开发成功了芳香族聚酰胺（PA）中空纤维反渗透膜，80 年代初交联芳香族聚酰胺复合膜及卷式元件研制成功，而操作压力也由最初的高压反渗透海水脱盐膜到低压反渗透苦盐水脱盐膜，至 90 年代中期超低压高脱盐度聚酰胺复合膜及元件投入市场 3。我国反渗透膜技术的研究开发始于 1965 年，1982 年我国第一个 CA 卷式膜元件研制成功，1983
24、 年 CTA 中空纤维组件研制成功，1984 年大型8“（ 1“=0.0254 m，下同）卷式组件研制成功， 1985 年 8“大型中空纤维组件研制成功。近年来，由于国外卷式 PA 复合膜的大量进入我国市场，对国产 CA 卷天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计5式膜的冲击很大，目前国产 CA 卷式膜已停产。在反渗透工艺研究和工程应用方面，1991 年国产 CTA 中空纤维反渗透组件用于饮用纯净水生产获得成功。1994 年二级反渗透系统研制成功，并首次用于饮用水的生产，割除了原工艺中的离子交换过程。与国外相比，我国反渗透工艺和工程技术已接近国外先进水平，但膜和组件技术同国际同类产品仍有较
25、大的差距。复合膜虽已完成中试放大，并有小规模的投入工业生产，但离大规模的工业生产仍有较大距离。当前反渗透膜组件市场，卷式基本上由进口 PA 复合膜元件所占据。在工程上，是进口膜元件和其他关键部件，自我设计制造反渗透配套装置 4。2.2.2 反渗透技术的应用现状反渗透技术在水处理工艺中的应用潜力是广阔的，目前，反渗透技术在海水苦咸水淡化、锅炉水处理、电力化水、纯水制备、食品、医药用水及废水处理方面已有广泛的应用 5。国 外 已 有 日 产 水 量 10 万 吨 级 的 反 渗 透 海 水 淡 化 装 置 ， 目 前 正 在 运 行 的大 型 卷 式 膜 海 水 淡 化 装 置 的 单 机 能 力
26、 为 日 产 水 量 6000 吨 。 国 内 目 前 已 建和 在 建 的 反 渗 透 海 水 淡 化 装 置 日 产 水 量 350-1000 吨 ， 国 外 单 段 反 渗 透 海 水淡 化 的 水 利 用 率 最 高 达 45 ， 国 内 目 前 多 为 35 ， 另 外 国 内 渔 船 上 装 载的 反 渗 透 海 水 淡 化 膜 多 用 直 径 为 2.5 英 寸 的 小 型 膜 元 件 。 目 前 国 内 批 量 生产 海 水 淡 化 装 置 的 公 司 不 超 过 10 家 ， 在 河 北 建 设 的 日 产 水 量 18000 吨 的“亚 海 水 ”脱 盐 装 置 是 国 内
27、 最 大 的 使 用 海 水 淡 化 膜 的 反 渗 透 装 置 。 今 后 国内 海 水 淡 化 膜 的 应 用 将 进 入 一 个 新 时 期 ， 不 久 的 将 来 ， 我 国 也 会 建 设 日 产 水万 吨 级 的 海 水 淡 化 装 置 。 此 外 国 内 已 开 始 商 业 生 产 海 水 淡 化 反 渗 透 膜 元 件6。2.2.3 反渗透膜最新进展和趋势超低压膜：自 1996 年 以 来 超 低 压 膜 的 应 用 比 重 日 益 增 大 ， 以 目 前 国 内最 大 反 渗 透 膜 供 应 商 美 国 海 德 能 公 司 为 例 ， 近 两 年 售 出 的 4 英 寸 膜
28、的 80 %为 超 低 压 膜 ， 目 前 国 内 使 用 超 低 压 膜 的 最 大 装 置 的 产 水 量 为 650 吨 /小 时 。低 污 染 膜 ： 目 前 已 在 国 内 几 家 大 型 电 厂 、 汽 车 厂 、 电 子 材 料 厂 、 茶 叶 浓缩 厂 中 成 功 运 行 。 此 外 ， DOW 公 司 的 抗 污 染 膜 采 用 镜 面 技 术 ， 也 具 有 良 好的 抗 污 染 性 能 。带正电荷的反渗透膜：这 种 膜 现 主 要 应 用 于 制 备 高 电 阻 率 的 高 纯 水 系 统中 ， 在 国 内 上 海 某 半 导 体 厂 的 170 吨 /小 时 的 三 级
29、 反 渗 透 系 统 也 达 到 上 述 指标 。 另 外 在 国 内 一 些 制 药 厂 的 5 20 吨 /小 时 规 模 的 两 级 反 渗 透 系 统 中 也 实现 了 反 渗 透 产 水 电 阻 率 为 1 4 兆 欧 。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计6耐高温、食品级、卫生级反渗透膜：普 通 的 水 处 理 用 反 渗 透 膜 的 使 用 温 度均 为 0 45 ， 但 在 需 要 耐 90 高 温 杀 菌 的 特 殊 场 合 ， 可 使 用 耐 高 温 、 耐化 学 药 品 的 反 渗 透 膜 。2.3 苦咸水反渗透淡化技术的组成反渗透系统由三部分组成：（1）预处理系
30、统；（2）反渗透系统（保安过滤器、高压泵、反渗透膜组、反渗透清洗系统）；（3）用于稳定作用的后处理。与其它水处理工艺选择一样，反渗透系统选择是需要考虑诸多因素的一个过程，所不同的是，反渗透装置对水的预处理有它特定的要求，对后处理也需要根据反渗透装置出水的特点进行考虑。2.3.1 预处理系统反渗透装置的膜组件是一种精细元件，极易受机械损伤、污染和堵塞，对进水水质要求较高。在运行过程中，膜本身对于 pH 值、温度和化学物质较敏感，用户必须根据水源的水质特点进行合理的预处理。实践表明，预处理的好坏直接影响反渗透运行的成败。1、预处理的主要目的对原水进行前期处理，能够去除超量的浊度、悬浮固体、胶体物质
31、；调节并控制进料液的电导率、总含盐量、pH值和温度；抑制和控制化合物的形成，防止它们沉淀堵塞水的通道或在膜表面形成涂层；防止粒子物质和微生物对膜及组件的污染；去除乳化油和未乳化油以及类似的有机物质。预处理能够改善供水水质，使之达到供水指标的要求，满足反渗透装置进水的要求，从而减少、延缓膜的污染、延长膜的寿命，保证反渗透装置能长期稳定运行。2、预处理的方法 7（1） 传统的预处理技术传统的预处理流程主要包括：消毒、凝聚和絮凝、过滤、调节pH 值、加阻垢剂等。传统的预处理方式对于水质较好的海域完全可以满足反渗透海水淡化的进水需求，在国内外海水淡化工程中应用广泛。但是传统的预处理方式本身也存在许多问
32、题如其中的海水加氯一般采取连续加氯的过程，加氯量不宜控制，加氯不足则杀菌不彻底，加氯过量则易对RO 膜造成不可逆损害。连续加氯方式还可能使耐氯性较强的细菌残存下来并以液氯分解的微生物和细菌为营养源而繁殖更快。传统的预处理方式存在工序较多，占地空间大，且成本高，效果不好，难于控制的问题，更重要的是常规的预处理方式不能对细菌和胶体构成有效的屏障，保护反渗透膜，而且其产水流量和水质随着原水水质而变化，不能满足反渗透进水水质恒定的要求。随着反渗透技术的广泛应用，对于水质较差的地区天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计7的预处理方式，传统的预处理方式面临着很大的挑战。（2） 新型的预处理技术随着膜
33、过滤技术的不断发展，许多新的预处理技术不断地应用到反渗透海水淡化技术当中。 微滤（MFmicrofiltration）技术微滤技术是一种压力驱动的膜分离技术，用于过滤0.1l0 m大小的颗粒、细菌、胶体，属于筛网状过滤。微滤膜多数为对称结构，具有比较整齐、均匀的多孔结构。近年来具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好的聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化。采用微滤作为预处理具有以下特点：出水SDI在3以下；对原水水质波动的适应能力强；占地面积小，组合式设备，方便水处理系统的扩建增容。 超滤（UFultrafiltration）技术超滤技术也是一种压力驱动的膜分离技术，平均孔径在2100 nm 之
34、间介于微滤和纳滤之间。它的筛分孔径小，对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果。已广泛应用于饮用水、废水、食品行业、制药行业等。小型淡化装置的研究表明，超滤系统可以有效地控制海水水质，为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明，超滤系统的出水SDI 值可以非常好的控制在2以下。 纳滤（NFnanofihration）技术纳滤技术是20世纪80年代末发展起来的一种新型的压力驱动型膜分离技术。纳滤膜孔径约在l nm左右，由于其特殊的孔径范围和制备时的特殊处理（如复合化、荷电化) ，使得纳滤膜具有较特殊的分离性能一对二价和多价离子及相对分子质量在2001000
35、 之间的有机物有较高的脱除性能对单价离子和小分子的脱除率则相对较低。已被用于水软化包括海水的软化即去除海水中易结垢的Ca 2+、Mg 2+、SO4 2-等离子，降低给水SDI，脱出部分TDS 。 陶瓷膜过滤技术无机陶瓷膜作为一种新型的膜材料与传统的高聚物膜相比，具有耐高温，化学稳定性好，机械强度高抗微生物污染能力强，孔径分布窄，可高压反冲洗再生能力强，分力效率高，不易老化等优点，被广泛应用于饮用水净化、废水处理、食品和生物制品的过滤、提纯及气体除尘等各个领域。已商品化的陶瓷膜，按材质分类，主要有Al 2O3膜、TiO 2膜、SiC 2膜、ZrO 2膜等。3、预处理过程（1） 悬浮固体和胶体的去
36、除 8用混凝沉淀和精密过滤相结合工艺，去除水中 0.31 m 以上的悬浮固体及胶体。用 525 m 过滤介质，取出水中悬浮固体。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计8（2） 可溶性有机物的去除采用氯或次氯酸钠氧化可有效去除可溶性有机物，也可根据有机物种类采用活性炭去除。（3） 可溶性无机物的去除在反渗透分离过程中，可溶性无机物同时被浓缩。当可溶性无机物的浓度超出了它们的溶解度范围后，就会在水中沉淀并被截留在膜表面形成硬垢，因此，要控制水的回收率。同时可将进水 pH 值调整到 56，以控制水中碳酸钙及磷酸钙的形成。亦可采用石灰法去除水中的钙盐，可借助投加六偏磷酸钠防止硫酸钙沉淀。（4）
37、微生物（细菌、藻类）的去除细菌、藻类、微生物易事膜表面产生软垢，可采用消毒法抑制其生长。（5） 进料液温度调整 9由于制造膜元件的反渗透材质不同，它们的使用温度范围也不尽相同。在规定的适用温度范围内，膜元件的产水量随温度上升而提高。对于醋酸纤维素膜元件，当温度上升时，虽然产水量增加，但是膜的水解速度也同时加快，如不采取保护措施，可能会导致膜结构不可逆的变化。不论哪种膜元件，在工程应用中进水温度在25左右最为理想。当进水超过膜的最高允许温度是，应采用冷却降温的措施，或者选用耐高温膜元件。建水温度过低时，膜的产水量大幅度下降，为保证需用的产水量不得不采取提高近水压力的办法，即浪费能源，又会给莫远近
38、啊造成压密现象，影响膜的使用寿命。如果条件允许，最好利用升温换热装置提高进水温度，是经济可行的办法。（6） 进料液 pH 调整反渗透工程中使用不同的反渗透膜，对进水pH的要求也不同，如聚酰胺中空纤维膜要求pH为211 ，醋酸纤维素的卷式、中空膜要求pH 为56.5，卷式复合膜要求pH为211 ，而聚砜膜则要求 pH为212 。在进水中加酸一是可以防止膜材料水解，二是防止钙、镁结垢。2.3.2 反渗透系统反 渗 透 膜 是 实 现 反 渗 透 的 核 心 元 件 ， 是 一 种 模 拟 生 物 半 透 膜 制 成 的 具 有一 定 特 性 的 人 工 半 透 膜 。 反渗透膜的膜孔径非常小，因此
39、能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。1、 反渗透系统的选择反渗透系统选择，就是对于指定的水源，在最有竞争力造价下，选择可满足所需水质的水处理工艺。（1）反渗透膜的选择 10天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计9反渗透膜元件(组件) 的性能，由三个因素决定：产品水流量(透水量)；脱盐率；运行稳定性(影响膜的寿命)。而这些因素又受到给水特性、膜本身的特性、运行条件等的影响。通常，适用于水处理的RO构型主要有卷式和中空纤维式两种，中空纤维式对RO进水水质要求较严。卷式和中空纤维式进水水质指标如下表2-1所示。表2-1
40、 反渗透膜进水水质要求 参数 中空（HFF ） 卷式（SW）浊度 0.5 1SDI15 3 4（5）（2）膜本身的特性及运行条件 11在渗透与反渗透的长期研究与运用中，研究制出了许多种类的膜材料，常用于水处理的膜材料有醋酸纤维素膜(CA膜)、聚酰胺膜(PA膜)和复合膜(TFC膜)。反渗透系统是一个整体，每一个处理工艺都是互相联系的，一环扣一环。前一个处理工艺的效果可能影响下一个处理工艺，甚至整个处理工艺的最终水质。例如化学药品混合好坏和水的混凝效果会影响过滤效果。整个水处理系统可以根据水处理流程中所承担的功能进行分组，明确每个单元处理工艺的水质目标，从而达到整个系统的最终水质要求。2、膜污染起
41、因与特征（1）浓差极化 12在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断累积在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度C m高于溶质在主体溶液中浓度C b，从而在膜附近边界层内形成浓度差C m-Cb，并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种现象称为浓差极化。（2）膜污染 13膜污染指料液中某些组分在膜表面或膜孔中沉积导致通量下降的现象，Ridgway14等研究认为，膜污染的表现一是单位面积迁移水速率（膜通量）逐渐下降；二是通过膜的压力和膜两侧的压差（进料压力和P ）逐渐增大；三是膜对溶解于水的物质透过性逐渐增大（矿物质截留率下降）。3、膜污染的防治与改善 15不同的污染物会
42、对膜元件性能造成不同程度的损害，表2-2列出了常见膜污染原因及其防治方法。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计10表2-2 反渗透膜污染原因及其防治方法4、膜组件的清洗与维护 16目前国内外的反渗透系统在不同程度上都受到污染的困扰，其表现为产水量及出水水质低于设计要求，进水压力与清洗频率增加，严重时导致系统停机，其原因多半是由于设计的预处理系统比较薄弱所致。因此在某种程度上，膜清洗和预处理是紧密相关的。进水预处理越彻底，膜清洗周期就越长，但要完全保证膜组件不受污染是不可能的。受污染的膜，大多数情况下可用清洗来解决。在实际运行中，可根据反渗透装置的产水量、出水水质和膜的压降来判断膜的污染
43、程度及决定是否需要进行化学清洗。膜组件的清洗方法主要可分为化学清洗和物理清洗两大类，有时宜可改变运行条件来实现。物理清洗法有变流速冲洗法(脉冲、逆向及反向流动)、海绵球清洗法、超声波法、热水及空气和水混合冲洗法等。化学清洗所用的药剂可分为氧化剂(NaOCl 、I 2、H 2O2O3)，还原剂(HCHO) ，鳌合剂(EDTA 、六偏磷酸钠)，酸 (HN03、H3PO 4、HCl、H 2SO4、草酸、柠檬酸)，碱(NaOH、NH 4OH)，有机溶剂(乙醇) ，表面活性剂及酵母清洗剂等。尽管预处理方法非常适当，但是长时间运行不可避免地导致膜组件的污染，因此必须对膜组件进行定期的清洗。一般的原则 20
44、下列情形发生时进行清洗：在正常压力下产品水流量下降10% 15%；产品水质下降10%15% ，盐透过率增加10%15%；为维持正常产品水流量，使用压力增加；RO各段间压差比运行初期增加 10%15%。污染物 一般特征 防治方法碳酸钙、磷酸钙类沉积物 脱盐率明显下降，系统压降增加， 系统产水量稍降给水酸化控制运行回收率氧化物(铁、镍、铜) 脱盐率明显下降，系统压降明显升高，系统产水量明显降低给水酸化硫酸钙 脱盐率明显下降，系统压降稍有和适当增加，系统产水量逐渐减少运行中加阻垢剂各种胶体(铁有机物及硅胶体)脱盐率稍有下降，系统压降逐渐上升，系统产水量逐渐减少预处理中除去有机物沉积 脱盐率可能下降，
45、系统压降明显升高，系统产水量逐渐降低 预处理中除去微生物细菌 脱盐率可能下降，系统压降明显升高，系统产水量明显降低预处理中除去，给水加氯杀菌天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计11针对膜的污染尽早地进行化学或物理的清洗，可以获得良好的效果。而选择错误的化学清洗方法可能导致膜的损伤，因而选择清洗剂和清洗条件时必须非常慎重。表2-3列出了常见的清洗液。表2-3 常见清洗液清洗液 成分配置379L（100加仑）溶液加入量PH调节柠檬酸 7.7Kg1反渗透产品水 379L加氨水调 PH至 4.0三聚磷酸钠 7.7KgEDTA钠盐 3.18Kg2反渗透产品水 379L加硫酸调 PH至 10.0三
46、聚磷酸钠 7.7Kg十二烷基苯磺酸钠 0.97Kg3反渗透产品水 379L加硫酸调 PH至 10.0由于造成膜污染的污染物多种多样，因此，膜的清洗是一个复杂的课题，如何根据膜的特点选择最经济最有效的清洗剂是非常重要的。在清洗方案选择中应考虑下列因素：清洗设备的需求，膜的类型和清洗剂的相容性，系统的结构材料，污染物的鉴定等。2.3.3 后处理系统对于反渗透的出水，在水中离子含量方面已经能够满足要求。而作为饮用水，必须对其进行杀菌处理。出水箱主要是起到调节出水量，以及作为各种设备反冲洗及配药用水。2.4 本设计工艺流程结合苦咸水淡化系统的系统需求及当地的环境条件、原水水质和出水要求，本系统设计的工
47、艺流程如下：原水池一级加药多介质过滤活性炭器二级加药反渗透系统杀菌消毒出水箱用水点其中反渗透系统包括：增压泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组、反渗透清洗系统。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计12第三章 设计任务及计算说明3.1 设计任务及要求3.1.1 设计背景表3-1列出了给定的原水水质指标表3-1 原水水质指标项目 浓度（ mg/L） 项目 浓度（mg/L）Ca2+ 263.2 Mg2+ 117.2Na+， K+ 5827.9 全Fe 2.75Mn2+ 0.12 HCO3- 636.7CO32- 0 SO42- 365.7Cl- 5106.2 SiO2 11总固体（TDS ）
48、12216 pH 7.2浊度 0.2 NTU 余氯 03.1.2 设计要求以高浓度苦咸水作淡化处理的设计背景，根据给定设计的原水水质、水量和产水要求，论述不同的淡化方法及特点，优化反渗透淡化处理工艺的技术优点和经济优势；进行反渗透苦咸水淡化处理的工艺设计计算及设备构件型式与排布方式等工程设计计算，绘制工艺流程图和主体设备结构工程图。产水设计要求：产水量20000 m 3/d（25 ）； 产水含盐量：500 mg/L；系统设计要求：回收率75 %；3.1.3 设计说明由于本系统处理水量较大，将所有设备放在一个车间里面，需要较大的空间。最好设计三套完全相同的水处理系统，总设计产水量为20000 m
49、 3/d。每个车间的产水量为：20000243277.78 m 3/h；需要原水量为：277.7875370.37，取375 m 3/h。本工艺设计分为三个部分：预处理系统、反渗透系统、后处理系统。预处理系统包括：原水泵、一级加药系统、过滤系统、二级加药系统。预处理的目的是去除原水中的胶体、悬浮物质、硬度、调节pH 等，使处理水能够达到反渗透进水的要求，保证整个系统能够安全、稳定、高效的运行。反渗透系统包括：增压泵、保安滤器、高压泵、反渗透膜组、膜清洗系统。天津大学仁爱学院 2011 届本科生毕业设计13经过这些处理设备，水中的各种离子能够得到有效的去除，以达到饮用水的基本要求。后处理系统包括：精密滤器、臭氧杀菌和出水箱。3.2 设计计算3.2.1 预处理系统1、原水泵及原水池苦咸水反渗透的取水方式直接关系到预处理的方法和投资、运行成本，对反渗透膜的防止污染具有极大的影响 17。原水泵：根据本系统的特点，要求处理水量大，而且要满足后序设备对于水压 0.6 Mpa 的要求。选择丹麦格兰富公司生产的高压泵：型号：CR90-6；功率：45 kW流量范
