二、膜處理技術(shù)

1、 第第 二部分二部分 膜濾技術(shù)膜濾技術(shù)概述概述微濾和微濾和超濾超濾反滲透反滲透和納濾和納濾電滲析電滲析應(yīng)應(yīng)用用2.1概述概述一、定義一、定義 二、分類與特點(diǎn)二、分類與特點(diǎn)一、定義一、定義在某種推動力的作用下，利用在某種推動力的作用下，利用某種隔膜某種隔膜特定特定的透過性能，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法稱為的透過性能，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法稱為膜分離膜分離。分離溶質(zhì)時一般叫分離溶質(zhì)時一般叫滲析滲析；分離溶劑時一般叫分離溶劑時一般叫滲透滲透。1、膜的種類膜有天然膜和人工合成的。人工合成的主要為有機(jī)膜和無機(jī)膜。有機(jī)的主要有纖維素、聚酰胺、芳香雜環(huán)等，無機(jī)膜材料主要有陶瓷、玻璃和金屬等。2、膜應(yīng)具有的特點(diǎn)1

2、、良好的滲透性、良好的滲透性2、高效的選擇性、高效的選擇性3、一定的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度、一定的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度4、耐污染使用壽命長、耐污染使用壽命長5、易制備加工、易制備加工6、抗壓性、抗壓性3、膜組件的性能變化膜污染：附著層和孔堵塞膜污染：附著層和孔堵塞劣化：物理性、化學(xué)性、生物性。劣化：物理性、化學(xué)性、生物性。二、分類與特點(diǎn)二、分類與特點(diǎn)根據(jù)推動力的不同，膜分離有下列幾種：根據(jù)推動力的不同，膜分離有下列幾種： 濃度差濃度差：擴(kuò)散滲析擴(kuò)散滲析 電位差電位差：電滲析電滲析 壓力差壓力差：反滲透反滲透 （壓力差（壓力差1.010.0MPa） 納濾（壓力差納濾（壓力差0.52.5MPa） 超

3、濾（壓力差超濾（壓力差0.10.5MPa） 微濾（壓力差微濾（壓力差0.010.2MPa）膜分離的特點(diǎn)：膜分離的特點(diǎn)：可在一般溫度下操作，沒有相變；可在一般溫度下操作，沒有相變；濃縮分離同時進(jìn)行；濃縮分離同時進(jìn)行；不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)；不需投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)；適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。 2.2微濾和超濾微濾和超濾一、一、微濾微濾二、超濾二、超濾一、微濾一、微濾1、原理、原理2、微濾的操作模型、微濾的操作模型1、原理、原理在壓差推動力作用下進(jìn)行的液相分離過程，屬于精密過濾，但由于膜孔較大，無滲透壓，可在較低壓力下工作。一般幾公斤。分離機(jī)理：分離機(jī)理

4、：小孔篩分作用。在一定的壓力差作用下，原料液中水和小的溶質(zhì)粒子從高壓側(cè)透過膜到低壓側(cè)，產(chǎn)生透過液，而被膜截流的大粒子組分使剩余濾液中的濃度增大成為濃縮液。分離范圍：分離范圍：截留分子量超過500000的更大的分子。2、微濾的操作模型、微濾的操作模型1、死端過濾 也稱無流動過濾，其操作簡便易行，適用于實(shí)驗(yàn)室等小規(guī)模場合，對于固體含量低于0.1的料液通常采用這種形式；固體含量在0.10.5的料液通則需進(jìn)行預(yù)處理；而對于固體含量超過0.5的料液通常采用錯流過濾過程。2、錯流過濾 錯流操作對減少濃差極化和結(jié)垢是必要和可能的，近年來微濾的錯流操作技術(shù)發(fā)展很快，有代替死端過濾的趨勢。 二、超濾二、超濾1、

5、原理、原理2、超濾過程中的濃差極化、超濾過程中的濃差極化3、應(yīng)用、應(yīng)用1、原理、原理與反滲透一樣是在壓力差下工作，但由于膜孔較大，與反滲透一樣是在壓力差下工作，但由于膜孔較大，無滲透壓，可在較低壓力下工作。一般幾公斤。無滲透壓，可在較低壓力下工作。一般幾公斤。分離機(jī)理：小孔篩分作用。一般以截留分子量來表分離機(jī)理：小孔篩分作用。一般以截留分子量來表示孔徑特征，此外也與物質(zhì)形狀和性質(zhì)有關(guān)。示孔徑特征，此外也與物質(zhì)形狀和性質(zhì)有關(guān)。分離范圍：截留分子量分離范圍：截留分子量10001000000的物質(zhì)，如的物質(zhì)，如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、顏料、油類等細(xì)菌、蛋白質(zhì)、顏料、油類等膜組件形式與反滲透類似。但既有有機(jī)膜，

6、也有無膜組件形式與反滲透類似。但既有有機(jī)膜，也有無機(jī)膜。機(jī)膜。 2、超濾過程中的濃差極化、超濾過程中的濃差極化 在膜分離過程中，大分子在膜分離過程中，大分子溶質(zhì)被膜所截留并不斷累溶質(zhì)被膜所截留并不斷累積在膜表面上，使溶質(zhì)在積在膜表面上，使溶質(zhì)在膜面處的濃度膜面處的濃度Cm高于主體高于主體溶液中的濃度溶液中的濃度Cb，從而形，從而形成濃度差成濃度差Cm-Cb，并促使，并促使溶質(zhì)的反向擴(kuò)散。這種現(xiàn)溶質(zhì)的反向擴(kuò)散。這種現(xiàn)象稱為濃差極化象稱為濃差極化。 mCbCmJw：水通量 K：傳質(zhì)系數(shù) D/m當(dāng)Cm增加到Cg時，膜面大分子物質(zhì)生成凝膠層。一旦凝膠層形成，透水量并不因壓力的增加而增加。 bmwCCK

7、JlngmwRRPJRm:膜阻力； Rg：凝膠層阻力減緩濃差極化現(xiàn)象的措施：減緩濃差極化現(xiàn)象的措施：（1）提高料液流速，增加膜面的紊動程度；）提高料液流速，增加膜面的紊動程度；（2）對膜面不斷清洗；）對膜面不斷清洗；（3）控制料液濃度）控制料液濃度 3、應(yīng)用、應(yīng)用1給水給水去除細(xì)菌、膠體等物質(zhì)。家庭用膜式凈水器與反滲透聯(lián)合制備純水2廢水廢水回收分離有用物：涂料、羊毛脂、染料、紙漿等廢水深度處理膜生物反應(yīng)器超濾設(shè)備2.3反滲透和納濾反滲透和納濾一、反滲透一、反滲透二、納濾二、納濾 二者均是將低分子量的溶質(zhì)（無機(jī)鹽、葡萄二者均是將低分子量的溶質(zhì)（無機(jī)鹽、葡萄糖等）從溶劑中分離出來。納濾稱低壓反滲糖

8、等）從溶劑中分離出來。納濾稱低壓反滲透。透。一、反滲透一、反滲透1、滲透壓和反滲透原理、滲透壓和反滲透原理2、反滲透膜、反滲透膜3、應(yīng)用、應(yīng)用1、滲透壓和反滲透原理、滲透壓和反滲透原理滲透壓：滲透壓：當(dāng)用一張半透膜將純水和鹽水分開，純水會透過半透膜向鹽水?dāng)U散，使鹽水側(cè)溶液水面升高，直到動態(tài)平衡。滲透的推動力就是滲透壓，這是正滲透正滲透。任何溶液都存在滲透壓，只是一般沒表現(xiàn)出來。 = i R T C i：范特霍爾系數(shù) C：溶液的濃度。R氣體常數(shù)。當(dāng)在鹽水側(cè)施加壓力P，反滲透。一般壓力在幾十公斤。 滲透與反滲透現(xiàn)象純水咸水半透膜（a)滲透純水咸水半透膜（b)平衡純水咸水半透膜（c)反滲透P2、反滲

9、透膜、反滲透膜性能指標(biāo) 脫鹽率（C0C）/C0100，一般高達(dá)90以上。 透水率（L/m2.d）膜種類：1）醋酸纖維素膜（CA）2）芳香族聚酰胺膜反滲透機(jī)理反滲透機(jī)理尚不十分清楚。選擇性吸附毛細(xì)管流機(jī)理：由于膜表面的親水性，優(yōu)先吸附水分子而排斥鹽分子，因此在膜表皮層形成兩個水分子（1nm）的純水層，施加壓力，純水層的分子不斷通過毛細(xì)管流過反滲透膜。控制表皮層的孔徑非常重要，影響脫鹽效果和透水性，一般為純水層厚度的一倍時，稱為膜的臨界孔徑膜的臨界孔徑，可達(dá)到理想的脫鹽和透水效果。 膜組件膜組件：板框式、管式（有內(nèi)壓和外壓兩種）、卷式（膜表面積大、透水量大、紊流效果好）、中空纖維式。2tt純純水水

10、層層膜膜選擇性吸著選擇性吸著-毛細(xì)管機(jī)理示意毛細(xì)管機(jī)理示意3、應(yīng)用、應(yīng)用1）苦咸水、海水淡化）苦咸水、海水淡化2）與離子交換聯(lián)用，制取超純水與離子交換聯(lián)用，制取超純水3）處理重金屬廢水，回收重金屬處理重金屬廢水，回收重金屬：如處理鍍鎳廢水，鎳回收率可達(dá)99。4）廢水脫鹽深度處理廢水脫鹽深度處理美國加州21世紀(jì)水處理回用廠，就是將二級生物處理出水，經(jīng)一定的預(yù)處理后經(jīng)反滲透處理后回灌地下水。二、納濾二、納濾1、分離原理、分離原理2、納濾膜、納濾膜3、應(yīng)用、應(yīng)用1、分離原理、分離原理 納濾與反滲透的分離原理是相同的，其差別在于分離溶質(zhì)的大小，納濾所需的壓力則介于反滲透和超濾之間，其膜孔徑在納米級范圍

11、內(nèi)。2、納濾膜、納濾膜納濾膜也叫低壓反滲透膜納濾膜也叫低壓反滲透膜。性能指標(biāo) 脫鹽率（C0C）/C0100，一般高達(dá)90以上。 透水率（L/m2.d）膜種類：1）醋酸纖維素膜（CA）2）芳香族聚酰胺膜結(jié)構(gòu)：表皮層、過渡層、多孔支撐層3、應(yīng)用1）苦咸水、海水淡化）苦咸水、海水淡化2）與離子交換聯(lián)用，制取超純水與離子交換聯(lián)用，制取超純水3）處理重金屬廢水，回收重金屬處理重金屬廢水，回收重金屬：如處理鍍鎳廢水，鎳回收率可達(dá)99。4）廢水脫鹽深度處理廢水脫鹽深度處理美國加州21世紀(jì)水處理回用廠，就是將二級生物處理出水，經(jīng)一定的預(yù)處理后經(jīng)反滲透處理后回灌地下水。2.4電滲析電滲析一、原理一、原理二、離子

12、交換膜二、離子交換膜三、關(guān)鍵設(shè)備三、關(guān)鍵設(shè)備四、電流效率與極限電流密度四、電流效率與極限電流密度五、應(yīng)用五、應(yīng)用一、原理一、原理在直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過性，分離溶質(zhì)和水。陰膜只讓陰離子通過；陽膜只讓陽離子通過。陰極：陰極： 還原反應(yīng)：2H 2e H2 陰極室溶液呈堿性，結(jié)垢陽極陽極： 氧化反應(yīng)：4OH O22H2O 4e 或 2Cl-Cl2+2e 陽極室溶液呈酸性，腐蝕 特點(diǎn)：只能將電解質(zhì)從溶液中分離出去。不能去除有機(jī)物等。 二、離子交換膜二、離子交換膜離子交換樹脂：離子交換樹脂：樹脂與離子之間發(fā)生交換反應(yīng)離子交換膜：離子交換膜：對溶液中的離子具有選

13、擇透過的特性異相膜：異相膜：離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網(wǎng)上。均相膜：均相膜：離子及交換樹脂的母體材料制成連續(xù)的膜狀物，作為底膜，然后在上面嵌接上活性基團(tuán)。1、離子交換膜的分類離子交換膜的分類按離子選擇性分：按離子選擇性分：陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：RSO3H，在水中電離后，呈負(fù)電性陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：RCH2 N（CH3）3OH，電離后，呈正電性2、離子交換膜的基本要求離子交換膜的基本要求離子交換膜是電滲析的關(guān)鍵部分，良好的電滲析應(yīng)：1 ）高的離子選擇性；2 ）滲水性差；3 ）導(dǎo)電性好；4 ）化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度 三、關(guān)鍵設(shè)備三、關(guān)鍵設(shè)備電極 一級一段

14、兩級一段一級兩段兩級兩段 電極倒向膜電滲析的組裝方式電滲析可分為三部分：極區(qū)、膜堆和緊固部分 極區(qū)：常用的電極有不銹鋼、石墨等 膜對：一對陰、陽膜和一對濃、淡水隔板交替排列，組成的最基本脫鹽單元 膜堆：若干膜對的集合體一級：一對正、負(fù)極之間的膜堆一段：具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆增加段數(shù)：加長水的流程長度，增加脫鹽效率。增加膜對數(shù)：提高水處理量增加級數(shù)：降低兩個電極之間的電壓 四、電流效率與極限電流密度四、電流效率與極限電流密度1電流效率電流效率實(shí)際去除的鹽量m1/理論去除量m2 100%m1q(C1-C2) t MB /1000 q：一個淡室的出水量, L/s C1，C2：進(jìn)出水含鹽量, mm

15、ol/L t：通電時間, s MB：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 依據(jù)法拉第定律：m2=I t MB/F F：法拉第常數(shù) I：電流強(qiáng)度，A2極限電流密度極限電流密度 如果電流密度過大：發(fā)生濃差極化濃差極化現(xiàn)象 電流傳導(dǎo)靠Na 和Cl 電流總量Cl電量Na+電量 Cl電遷移數(shù)（總電量中所占比例）0.5 Na+電遷移數(shù)（總電量中所占比例）0.5 但在陰膜中，由于鈉離子不能通過，氯離子的遷移數(shù)為1，為此補(bǔ)充此差需要動用邊界層中的氯離子，致使邊界層與主流層之間存在濃度差。 電滲析過程當(dāng)電流密度i過大時，C趨于0，水分子開始電離，參加遷移，此時發(fā)生濃差極化現(xiàn)象極限電流密度極限電流密度 極限電流密度的確定：極限電流密度

16、的確定：電壓-電流法 電流密度（mA/cm）相對電壓（v）Vpmpc極化與結(jié)垢：極化與結(jié)垢：極化現(xiàn)象主要發(fā)生在陽膜的淡室一側(cè)，沉淀主要發(fā)生在陰膜濃室一側(cè)。防止措施：1）極限電流法，在極限電流的7090下運(yùn)行；2）倒換電極；3）定期酸洗五、應(yīng)用五、應(yīng)用1）海水或苦咸水（小于10克/L）淡化；2）自來水脫鹽制取初級純水；3）電滲析與離子交換組合制取高純水；4）廢液的處理回收（可以與電極反應(yīng)聯(lián)合進(jìn)行） 如酸洗廢水回收硫酸和鐵，芒硝回收硫酸和堿 2.5膜分離技術(shù)的種類及應(yīng)用：. 雙膜法；. 納濾法。 雙膜法超濾與反滲透聯(lián)合使用的技術(shù)俗稱雙膜法。超濾（UF）能截留尺寸在0.0010.1微米之間的大分子物

17、質(zhì)及雜質(zhì)，滿足反滲透的進(jìn)水要求。反滲透（RO）能有效截留所有溶解鹽及分子量大于100的有機(jī)物，允許水分子通過。工藝流程反滲透膜：最為精密的一種膜分離反滲透膜：最為精密的一種膜分離產(chǎn)品，進(jìn)水水質(zhì)要求較高。產(chǎn)品，進(jìn)水水質(zhì)要求較高。保證反保證反滲透膜不污阻滲透膜不污阻是雙膜法處理污水最是雙膜法處理污水最關(guān)鍵的一步。關(guān)鍵的一步。運(yùn)行核心膜分離裝置卷式膜分離設(shè)備中空纖維式膜分離設(shè)備雙膜法的優(yōu)勢1. 技術(shù)成熟，系統(tǒng)自動化程度高，操作方便，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定。2. 適應(yīng)于較大范圍的進(jìn)水水質(zhì)，在處理工業(yè)廢水（如焦化廢水，電鍍廢水）和生活污水發(fā)揮很大作用。3. 更小的基建空間需要，占傳統(tǒng)處理的25%50%4. 處理水

18、水質(zhì)好，可以回用。雙膜法在實(shí)際工程中的應(yīng)用超濾系統(tǒng)超濾系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)反滲透系統(tǒng)納濾法（NF）納濾技術(shù)是納米技術(shù)與過濾技術(shù)交叉滲透而創(chuàng)新發(fā)明的介于超濾與反滲透之間的一個新品類，它的分離性能依賴于其活性分離層中的納米級微孔結(jié)構(gòu)，其分離機(jī)理遵循吸附-溶解-擴(kuò)散-透濾模型。納濾裝置納濾裝置卷式膜分離設(shè)卷式膜分離設(shè)備備中空纖維式膜分離設(shè)備中空纖維式膜分離設(shè)備納濾法的優(yōu)勢1. NF分離是一種綠色水處理技術(shù),在某些方面可以替代傳統(tǒng)費(fèi)用高,工藝繁瑣的污水處理方法。2. 可在高溫,酸,堿等苛刻條件下運(yùn)行,耐污染。3. 運(yùn)行壓力低,膜通量高,裝置運(yùn)行費(fèi)用低，可以和其他污水處理過程相結(jié)合以進(jìn)一步降低費(fèi)用和提高處理效果。納濾法在實(shí)際工程中的應(yīng)用納濾法在實(shí)際工程中的應(yīng)用 對于膜分離技術(shù)的思考膜分離技術(shù)依然