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反渗透技术的起源及碟管式反渗透介绍
作者: 更新日期:2019-02-15 09:10 浏览次数:

1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水,隔了几秒后,吐出一小口的海水,而产生疑问,因为陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐分的海水的。经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜,该薄膜非常精密,海水经由海鸥吸入体内后加压,再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为海水,而含有杂质及高浓缩盐分的海水则吐出嘴外,此即往后反渗透法的基本理论架构。

在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐分设备,在1960年经美国联邦政府专案支助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.idney Lode配合DR.S.Sourirajan博士着手研究反渗透膜,一年约投入四亿美元经费研究,以运用于太空人使用,使太空船不用运载大量的饮用水升空,直到1960年投入研究工作的学者、专家越来越多,使之质与量更加精尽,从而解决了人类饮用水中的难题。

 

反渗透设备是将原水经过精细过滤器、颗粒活性炭过滤器、压缩活性炭过滤器等,在经过泵加压,利用孔径为1/10000μm(相当于大肠杆菌大小的1/6000,病毒的1/300)的反渗透膜(RO膜),使较高浓度的水变为低浓度水,同时将工业污染物、重金属、细菌、病毒等大量混入水中的杂质全部隔离,从而达到饮用水规定的理化指标及卫生标准,产出至清至纯的水,是人体及时补充优质水分的最佳选择。

由于RO反渗透技术生产的水纯净度是目前人类掌握的一切制水技术中最高的,纯净度几乎达到100%,所以人们称这种产水机器为反渗透纯净水设备。设备采用高强度玻璃钢作为外壳材质,生产能力中等,占地面积小,功耗低,可用于多种环境下工作。

 

DTRO膜(碟管式反渗透膜)是反渗透的一种形式,是专门用来处理高浓度污水的膜组件,其核心技术是碟管式膜片膜柱。把反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起,用中心拉杆和端板进行固定,然后置入耐压套管中,就形成一个膜柱。

两级DTRO处理系统,包括中央控制系统、砂滤器、第一级反渗透系统、第二级反渗透系统、渗滤液储罐、硫酸储罐、净水储罐、清洗剂储罐、脱气塔等。

碟管式反渗透系统是其核心部分碟管式膜柱由碟式RO膜片、导流盘、O型橡胶垫圈、中心拉杆和耐压套管所组成。膜片和导流盘间隔叠放,O型橡胶垫圈放在导流盘两面的凹槽内,用中心拉穿在一起,置入耐压套管中,两端用金属端板密封。

 

DTRO膜技术即碟管式膜技术,分为DTRO(碟管式反渗透)和DTNF(碟管式纳滤)两大类,是一种专利型膜分离设备。该技术是pall公司专门针对渗滤液处理开发的。

它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同,原液流道:碟管式膜组件具有专利的流道设计形式,采用开放式流道,料液通过入口进入压力容器中,从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端,在另一端法兰处,料液通过通道进入导流盘中(如图1所示),被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜,然后180º逆转到另一膜面,再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘(如图1所示),从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心,再到圆周,再到圆中心的双”S”形路线,浓缩液最后从进料端法兰处流出。DTRO膜件两导流盘之间的距离为4mm,导流盘表面有一定方式排列的放射线。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇放射线碰撞时形成湍流,增加透过速率和自清洗功能,从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象,成功地延长了膜片的使用寿命;清洗时也容易将膜片上的积垢洗净,保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水,适应更恶劣的进水条件。

透过液流道:过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成,膜中间夹着一层丝状支架(如下图),使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接,内环开口,为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道,导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道(如下图)。如图所示透过液从膜片到中心的距离非常短,且对于组件内所的过滤膜片均相等。

 

 

上图DTRO膜片和导流盘DTRO膜柱独特的结构使其具有以下特点,这也是膜分离工艺应用于渗滤液处理所必需的特性。

1、最低程度的膜结垢和污染现象

如前所述,DTRO膜件具备2mm开放式宽流道及独特的放射线导流盘,料液在组件中形成湍流状态,最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生,使得DTRO膜件即使在高压160bar的操作压力下也能体现其优越的性能。

2、膜使用寿命长

DTRO膜组件有效避免膜的结垢,膜污染减轻,使反渗透膜的寿命延长。DT的特殊结构及水力学设计使膜组易于清洗,清洗后通量恢复性非常好,从而延长了膜片寿命。实践工程表明,在渗液原液处理中,一级DTRO膜片寿命可长达3年,甚至更长,接在其它处理设施后(比如MBR)寿命长达5年以上,这对一般的反渗透处理系统是无法达到的。

3、组件易于维护

DTRO膜组件采用标准化设计,组件易于拆卸维护,打开DTRO膜件可以轻松检查维护任何一片过滤膜片及其它部件,维修简单,当零部件数量不够时,组件允许少装一些膜片及导流盘而不影响DTRO膜组件的使用,这是其它形式膜组件所无法达到的。

4、过滤膜片更换费用低

DTRO膜件内部任何单个部件均允许单独更换。过滤部分由多个过滤膜片及导流盘装配而成,当过滤膜片需更换时可进行单个更换,对于过滤性能好的膜片仍可继续使用,这最大程序减少了换膜成本,这是卷式、中空纤维等其它形式膜组件所无法达到的,比如当卷式膜出现补丁、局部泄漏等质量问题或需更换新膜时只能整个膜组件更换。

DTRO膜系统作为一种膜分离工艺相对传统的生化工艺具有如下优势:

1、出水水质好

反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率,出水水质好,对于出水水质要求不高的情况,可以使用纳滤膜;

2、出水稳定,受外界因素影响小

由于影响膜系统截留率的因素较少,所以系统出水水质很稳定,不受可生化性、炭氮比等因素的影响,对于处理不宜采用生化处理的老垃圾场渗滤液有着很大的优势;

3、运行灵活

DTRO膜系统作为一套物理分离设备,操作十分灵活,可以连续运行,也可间歇运行,还可以调整系统的串并联方式,来适应水质水量的要求;

4、建设周期短,调试、启动迅速

DTRO膜系统的建设主要为机械加工,附以配套的厂房、水池建设,规模很小,建设速度快。设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成;

5、自动化程度高,操作运行简便

DTRO膜系统为全自动式,整个系统设有完善的监测、控制系统,PLC可以根据传感器参数自动调节,适时发出报警信号,对系统形成保护,操作人员只需根据操作手册查找错误代码排除故障,对操作人员的经验没有过高的要求;

6、占地面积小

DTRO膜系统为集成式安装,附属构筑物及设施也是一些小型构筑物,占地面积很小;

7、可移动性能强

可以安装在集装箱内,也可以安装在厂房里,一个项目结束后可以移至其它项目继续使用。

8、运行费用低

在达到高水平的排放标准的前提下,相对于其它工艺,投资省、运行费用低。在同样可以达到一级标准的MBR+单级RO和两级DTRO中,两级DTRO投资及运行费用要远低于MBR+RO。

DT碟管式膜技术的特点和优势使其有广泛的应用

1)垃圾渗滤液的处理

     各大垃圾场(填埋场,堆肥场,焚烧场)的渗滤液的处理;

2)燃煤电厂脱硫废水、循环冷却水等处理;

3)工业园区废水高品质回用

4)市政污水高品质回用

3)煤化工废水、焦化废水处理;

7)回收分离,酸回收,碱回收,重金属回收;

8)海水淡化,海岛、舰艇、船舶生活用水;

9)移动净水,城市饮用水应急救援,野战,宿营等等。