4实验四 反渗透膜分离制高纯水
实验四 反渗透膜分离制高纯水实验
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
工业化应用的膜分离包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、
渗透汽化（PV）和气体分离（GS）等。根据不同的分离对象和要求，选用不同的膜过程。
图一 膜的截留示意图
反渗透（RO）技术是20世纪60 年代发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术，它借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而留某些溶质，是一种分离、浓缩和提纯的有效手段。由于反渗透技术有无相变、组件化、流程简单、操作方便、耗费低等特点，在诸多水处理技术中，反渗透被认为是最先进的方法之一，发展十分迅速，已广泛的应用于海水、苦咸水淡化、化工污水处理、纯水和超纯水领域。
高纯水主要在电子工业、医药工艺以及实验分析使用，按国标
GB/T11446.1-1997规定，电子级水分为四级：EW-I、EW-II、EW-III、EW-IV，
其电阻率指标分别为：≥18MΩ⋅cm、≥15MΩ⋅cm、≥12MΩ⋅cm、≥0.5MΩ⋅cm。 反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，反渗透膜能截留水中绝大多数的溶质。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，从含有多种有机物、无机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。起原理如下图二：
图二、反渗透与渗透现象
如图a所示，半透膜将纯水与咸水分开，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，即渗透过程。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。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，可迫使渗透反响，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的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 实验设备及工艺流程
3.1、设备的特点
本装置是中试型实验装置，可作为膜分离扩大工艺的实验设备。也可以作为小批量生产设备使用。可用于制备高纯水。
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，制备高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。
反渗透净水工艺不是单一的反渗透脱盐过程，应包括预处理过程，即通过一些物化手段除去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，保证反渗透膜的正常使用。同时，经过反渗透膜脱盐，水的脱盐率可以达到98%，但透过液中还存在一定浓度的离子，起电导率、TOC指标一般达不到高纯水的要求，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。本实验以自来水为原水，设计了预处理的（精滤）、反渗透脱盐、混床树脂处理等净化单元，研究了自来水深度处理的反渗透净水工艺。 3.2、工艺流程
图三 高纯水制备工艺流程图
系统允许压力范围为0-1.2MPa，超过1.2MPa时，为保护膜组件及设备，压力保护器会切断输液泵的电流。
4 实验内容及操作步骤
4.1 实验内容
记录不同操作压力下的浓缩液的流速、透过液流速、出口纯水电阻值，比较不同操作压力与膜通量的关系。 4.2 注意事项
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。 4.3 操作步骤
⑴开启房间的自来水总阀。 ⑵接通自来水。 ⑶开泵。
⑷系统稳定约20分钟，出口水质基本稳定（出水电阻率电导值不低于
5MΩ⋅cm），⑸记录纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率。
⑹在0.5-1MPa内改变膜出口的开度，调节系统操作压力。
⑺带系统稳定后，记录不同压力下纯水电阻值，浓缩液、透过液流量。 ⑻开启离子交换树脂，制备超纯水，出水电导值不低于8MΩ⋅cm，最好达到
12MΩ⋅cm。
⑼停车时，先关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。
5 实验数据处理
5.1 实验原始数据记录
表二 制备纯水实验数据记录
室温： 原料水电导率： 操作压力：
表三 制备超纯水实验数据记录
5.2 计算
1) 计算纯水的回收率N。
2) 绘制不同压力P-膜通量Jw的关系曲线。
6 思考题
⑴结合反渗透脱盐与离子交换技术，说明本工艺的优点？ ⑵反渗透膜是耗材，膜组件受污染后有哪些特征？ ⑶常规的树脂再生是如何实现的？