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应用反渗透技术制取超纯水的流程研究

[导读]用大连化物所研制的芳香聚酞胺膜 板式反渗透器结合苏州净化设备厂纯水制备流程. 分别在精处理工序、预脱盐工序等,作了四个流程对比试验.提出了结合我国具体情况的反渗透用于超纯水制备的合理流程.

反渗透作为有效的水处理技术 , 国外自七十年代以来就应用于电子工业。 由于反渗 透既 能去除离子 , 又 能脱除 中 性 粒 子、 体、 细菌以及有机物等 , 并且能耗较小 。

作简便 , 因而在电子工业 超纯水制备流程 中 采用反渗透技 术的 优越性已为人们所确认 。 国 内自19 7 8年以来亦 巳陆续开展 这一 方面的 研究工作 , 并取得了一些有意义的结果 。 超纯水制备大多数包括 前 处 理 , 预 脱 盐 , 一般树脂处理 , 精处理等步骤 。 结合我 国具体情况 , 究竟在那一种工序使用反渗透 技术最为合理 , 是有效地利用反渗透技术的 重要问题。 我们用中国科学院大连化物所研 制的芳香聚 酞胺板式反渗透器 在苏州净化设 备厂纯水站对纯水制备整个流程中各工序采 用反渗透技术作了分析研究 , 提出了超纯水 制备的合理流程 。
实 验 部 分

一、 反渗透 . 实验采用低压 DP-1膜和聚碳酸醋承压 板组装成的薄板型反渗透器 , 其性能 : 总膜 面积 3 。 5m 2 ( 6 0张 膜 ) , 产水量 ~ 0 . 2 T /h r ; 操作压力 3 0k g c / m 2; 脱 盐 率 9 0 . 4% ; 进水 温度 3 0 ℃ ; 水回收率 5 0 一 6 0 % 。 以 自来水为 进料水 。

二、 水质
1. 原 水 苏州净化设备厂地下水 , 用砂 滤器 及 5 卜线绕过滤器 作为前处理 。
. 2 纯水 原水经过纯水 站 ( 包 括 电 渗、 阴阳 离子混合床 、 2 协 线绕过 滤 器 ) 处 理 贮 存 子 纯 水 箱 中 。 电二 阻 率 ( 2 5 ℃ )2M Oc m 左右 。

3 . 超 纯 水 纯水箱经超 纯水终端处理设 备 ( 包括 1 协线绕过滤器 , 一级精 混 床 , 二 级混床 , O。 3 协 微孔膜过滤 ) , 电阻率 ( 2 5 ℃ ) > i 5 M Q · C m o

三、 水样分析

按部颁超纯 水暂订标准方法分析 。
结 果 讨 论

一、 反渗通. 用 于精处理工 序
在超纯水终端处理设备前级 加 反 渗 透 器 , 以 控制有机物 、 中性粒子 、 胶体微粒等 , 从而保证 终端处理设 备的进 水水质 , 达 到保 护 终端处理设备的 目的。 具体流程 为: 纯水 箱。 反 渗透器~ 水箱 , 终端设 备 , 超纯水 。 结果 见表 1。
本实验所用 的反渗透器 已经使用四年 , 这次使用前未作特殊处理 。 在进水达 Z M Q 左右的情况下 , 经反渗透器后 , 水质仍可基 本保证纯水水平 。 其中iS 和 T O C等 指 标 有 明显改变 。 由此可见 , 纯水经反渗透 处理可 以降低有机物、 胶 体颗 粒等污 染 , 对终端设 备中微孔膜有 良好的保护 作用 , 对提高精密 混床的寿命也有利 。 当然 由于 终端精混床的 高效率 , 因而加与不加反渗透 器对超 纯水的 各种离子浓度的差别并不显著 。

二 、 反渗透臼用于预 脱盐工序 目前 , 国内普遍使用 的预 脱盐手段以 电 渗析法为主 , 也有单位提出电渗析和反渗透 结合使用的 流程。 为了考察芳香 聚 酞胺 膜薄板型反渗透器 效果 , 进行 了反渗透和 电 渗析双重预 脱盐试验 , 具体流程为: 原水 , 电渗析` 水箱~ 反渗透 , 混床 。 结果 如表 2 所示 。

电渗析水再经反 渗透 以后 , 水质有明显改善 , 小型柱管试验混床的寿命 , 可 以提高 二倍 以 上。 本实验所用平板式反渗透器 , 在 3 0 k g / c m “ 的操作压力下 , 离子 总脱 除 率为 9 0 · 4 % , 比一般的醋酸纤维素膜要高 。 虽然电渗析法结合反渗透作为预脱盐的 效 果是显著的 , 但从经济性的 角 度 综 合 分 析 , 显然会增加造水成本 , 因此 并不完全合
理。 国外对于总固体 含量 5 0 0 p p m 以 上 的 水以反渗透法作为预脱盐较之用电渗析法更 为有利 〔“ 1 , 故我们设计了如下 流 程: 原水 。 反渗透 , 混床 。 并与电渗析法 的流程进行 比较 , 见表 3 。
由表3所知 , 反渗透法的总效果比 电 渗 析 法要显著得多, 可使混 床的 使用寿 命提高 近二倍。 同时 , 由于反渗透法投资低 , 操作 简便 , 能耗较小 , 因而显示 出较电渗析法有 更大的优越性。

三 、 反渗透肠用 于纯水制 备工艺 为了减少纯水站设施投资 , 我们作了反 渗透器代替纯 水站的流程 试验 。 即 : 原水 , 预处理` 反渗透器` 终端 处理~ 超纯 水 。 并 与国 内普遍采用 的流程: 原水~ 纯水站、 终 端处理 , 超纯水作了比较 , 其结果如 表 4 。 从表 4看出 , 两种流程 的水质基本 相似 , 完全 可 以达 到部 颁暂 定 标 准 一级 纯 水规 格, 因而可以 满足 目前国内 超 纯 水使用 单
结 论
1 . 反渗透技术代替 电渗析作为予脱盐具 有明显的 技术 、 经济效果 , 不仅操作简便 ,由表 5 可 以看出 , 在低流速 ( 例如低于 2 厘米/秒 ) 范围 内, 随着进水流速 增 大 , 膜的脱除率明显提高 ; 流速在过渡区 ( 如 2 一 3 厘米 /秒 ) 时 , 提高较为缓慢 ; 流 速 大 于 4 厘米/ 秒时 , 膜的脱除性能提高不大。 进 水流速对膜的产水量无明显 影 响 。 综 析 上 述 , 进水流速 以 3 一 4 厘米 /秒较为合适 。
3. 操作压力对膜性能的影晌 补根据螺旋 卷式组件的结构特性 , 在 7 . 5一4 2 . 1公斤/ 厘 米“ 工作压 力下 , 测试膜元件的透水速 度 和 脱除率, 结果见图9 。 由图 9 可以看出 , 在低压范围内 , 压力 对脱除率的影响较大, 压 力升高 , 脱除率明 显增加 ; 但当压力上升到一定值时 , 脱除率 变化缓慢并逐步趋于平 衡。 在低压下 , 组件的 产水量与操作压力成线 性关系 ; 但压力超过一定值 时 , 这种关系不如在低压 区明显 , 稍 有偏离。

四 、 结 论
试验表明 , 组件设计基 本合理 , 选材比 较适当 , 制作工 艺及 密封粘合技 术 基 本 可 行 , 性能稳定 。 组件配用醋 酸纤维素膜 , 脱 除率为 8 0-8 5%旧 产水量为 2-2 . 5吨 ( 2 5 ℃ ,3 0公斤 /厘 米 2压力 ) 。 可用于 制取纯水及 高 纯水 , 亦可用于 低盐度的苦咸水淡化。 本组件为实验室 阶段的 研究成果 , 为进 一步 深入 开展 反渗透卷式淡化器研制 工作打 下 了基 础。 我们将在此基础 上 , 积 极进行 扩 大中试 , 适当加强 膜卷的长度 , 进一步提高 膜的性能 , 选择更为适 当的膜元件的 各有关 材料, 发展 新的更加有效的卷制技术, 尽快 研制 出更大型 的组件和高产量 的卷 式反渗透 装置 。

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