反渗透膜分离制高纯水实验预习报告
一、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。
二、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。
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阻留某些溶质，是一种分离、浓缩、提纯的有效手段。由于反渗透技术具有无相变、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，已广泛应用于海水、苦咸水淡化、工业污水处理、纯水和超纯水制备领域。
高纯水主要在电子工业、医药工业以及实验室分析使用，按国标
GB/T11446.1-1997规定，电子级水分为四级，既EW-I、EW-II、EW-III和EW-IV,其电阻率指标分别为≧18MΩ*cm、≧15MΩ*cm、≧12MΩ*cm、≧0.5MΩ*cm。
反渗透是借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质，反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单等特点。反渗透净水是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理图如下：
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咸水
a.渗透 b.平衡 C．反渗透 膜 纯水 咸水 膜 纯水 咸水 膜 纯水
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。
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，此为制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。
在高于渗透压的压力作用下，咸水中的化学位升高，超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地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。
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。
三、主要仪器设备与实验装置流程图：
1.设备的特点：
本装置将超滤、纳滤、反渗透三种卷式膜组件并联于系统，并有阴、阳离子混合树脂交换柱，可用于制备高纯水。
表1 膜组件性能 膜规格 纯水面压力分离性能 组件 通量 积 范围 反2521 40-501≤1.5除盐率98% 渗透 L/H .1m2 MPa 纳M-N252140-501≤1.0二阶盐除盐率98% 滤 A3 L/H .1m2 MPa 一阶盐除盐率50% 超M-U252140-501≤0.5截留分子1万，截留率滤 PES10 L/H .1m2 MPa 90%
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本实验以自来水为原水，设计了预处理（精馏）、反滤渗透脱盐、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。
（1）纯水制备流程
离子交换 活性炭吸附 5微米精滤 反渗透脱 超纯水
自来水 净水
浓缩水
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电流。
四、实验内容及操作步骤
（1）实验内容：测定不同进料流速对膜分离效率的影响，即在同一操作压力下，改变总进料速度，记录不同的浓缩液流速、透过液流速及出口纯水电阻值 （2）注意事项：增压泵启动时，请注意泵前管道充满液体，以防泵损坏。如发生上述现象，请立即切断电源。 （3）实验步骤：
1) 开启房间自来水总阀。 2) 接通自来水。 3) 开泵。
4) 系统稳定约20分钟后，出口水质基本稳定（出水电阻率电导值不低于5MΩ/CM ），记录纯水电阻值，同时记录浓缩液、透过液流量，计算回收率。
5) 在0.5-1Mpa内改变膜出口阀门开度，调节系统操作压力。
6) 待系统稳定后，记录不同压力下纯水电阻值，浓缩液、透过液流量。 7) 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。
8) 停车时，先关闭输液泵及总电源，随后关闭自来水进水。
五、实验数据及处理
给水流速
Qf=Qb+Qt
纯水回收率
N=Qt/(Qb+Qt)
Qf、Qb、Qt分别表示平均给水流量、浓缩液流量、透过液流量；N表示纯水回收率。
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膜通量：通常用单位时间内通过单位膜面积的透过物量Jw表示。
Jw=V/(S×t)
V是膜的透过液体积，S是膜的有效面积，t是运行时间，2521型反渗透膜的有效面积是1.1m2 。 压力为0.2MPa，Jw=V/(S×t)=4/1.1*2=1.818ml/(m2*s)，同理得 压力为0.5MPa，Jw=8.33/2.2=3.786ml/(m2*s) 压力为0.8MPa，Jw=11.94/2.2=6.059ml/(m2*s)
室温：9℃ ；原料水电导率： 79.4μS.cm 压力MPa 透过液ml/s 电导率μS.cm 0.35 5.33 9.98 0.5 7.33 10.14 0.8 12 11.94
室温：9℃ ；原料水电导率： 79.4μS.cm 压力透过液电阻透过物量MPa ml/s MΩ*cm ml/(m2*s) 0.2 4 15.80 1.818 0.5 8.33 15.40 3.786 0.8 13.33 15.10 6.059
由曲线图可以看出，随着操作压力的增大，膜通量增大，透过液流量增大。原料水中的杂质无法通过渗透膜，所以透过液的电阻相对浓缩液的电阻来说电阻很大。
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六、实验结果与讨论
由于实验仪器的老化，而使得有些数据不准确，而且读数的时候也哟普可能产生误差，而且数据处理的时候，也存在着误差，从而导致实验所得结果稍微有点偏差。
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