膜分離法給水處理

1、會計學(xué)1膜分離法給水處理膜分離法給水處理234膜分離的膜分離的推動力推動力可以是膜兩側(cè)的可以是膜兩側(cè)的壓力差、電位差或濃度壓力差、電位差或濃度差。差。這種分離方法可在室溫、無相變條件下進行，具有這種分離方法可在室溫、無相變條件下進行，具有廣泛的適用性。各種膜分離法的推動力與分離對象如下廣泛的適用性。各種膜分離法的推動力與分離對象如下表所示。表所示。 膜能使溶劑膜能使溶劑(水水)透過的現(xiàn)象稱為滲透，膜能使溶質(zhì)透過透過的現(xiàn)象稱為滲透，膜能使溶質(zhì)透過的現(xiàn)象為滲析。的現(xiàn)象為滲析。膜過程膜過程推動力推動力傳質(zhì)機理傳質(zhì)機理透過物及其透過物及其尺寸尺寸截留物截留物膜類型膜類型電滲析電滲析電位差電位差離子選擇

2、離子選擇性透過性透過溶解性無機溶解性無機物物非電解質(zhì)非電解質(zhì)大分子大分子離子交離子交換膜換膜反滲透反滲透壓力差壓力差2-10MPa溶劑的擴溶劑的擴散散水或溶劑水或溶劑溶質(zhì)、鹽、溶質(zhì)、鹽、SS非對稱非對稱膜膜超過濾壓力差0.1-10.MPa篩濾及表面作用水、鹽及低分子有機物膠體大分子、不容有機物非對稱膜滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的擴溶質(zhì)的擴散散低分子物質(zhì)、低分子物質(zhì)、離子離子溶劑溶劑非對稱非對稱膜膜56一、離子交換膜及其作用機理：一、離子交換膜及其作用機理：1，離子交換膜：，離子交換膜：離子交換膜是電滲析器的重要組離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，按其選擇透過性能，主要分為成部分，按其選擇透過性

3、能，主要分為陽膜與陰膜陽膜與陰膜陽膜陽膜含有陽離子交換基團，在水中交換基團發(fā)含有陽離子交換基團，在水中交換基團發(fā)生離解，使膜上帶有負電，能排斥水中的陰離子，吸生離解，使膜上帶有負電，能排斥水中的陰離子，吸引水中的陽離子并使其通過。引水中的陽離子并使其通過。陰膜陰膜含有陰離子交換基團，在水中離解出陰離含有陰離子交換基團，在水中離解出陰離子，使膜上帶正電，吸引陰離子并使其通過子，使膜上帶正電，吸引陰離子并使其通過。復(fù)合膜復(fù)合膜按其膜體結(jié)構(gòu)，可區(qū)分為按其膜體結(jié)構(gòu)，可區(qū)分為異相膜、均相膜異相膜、均相膜7 異相模通常是具有異相模通常是具有交交換基團的聚合電解質(zhì)換基團的聚合電解質(zhì)( (樹脂樹脂) )與與成

4、膜材料成膜材料( (粘合劑粘合劑) )粘合生成薄粘合生成薄膜，井加入襯網(wǎng)而制成。膜，井加入襯網(wǎng)而制成。 這種膜中的聚合電解這種膜中的聚合電解質(zhì)并不是連續(xù)的，它的化學(xué)性質(zhì)并不是連續(xù)的，它的化學(xué)性能不均勻，如下圖所示，在膜能不均勻，如下圖所示，在膜和電解質(zhì)之間為成膜材料所充和電解質(zhì)之間為成膜材料所充滿，故叫異相膜。滿，故叫異相膜。8 均相膜均相膜指整張膜完全是按離子交換樹脂的制造指整張膜完全是按離子交換樹脂的制造工藝制成的，是將樹脂的母體連接起來，成為連續(xù)的膜工藝制成的，是將樹脂的母體連接起來，成為連續(xù)的膜狀物，在這種膜中聚合電解質(zhì)和成膜材料之間發(fā)生了化狀物，在這種膜中聚合電解質(zhì)和成膜材料之間發(fā)生

5、了化學(xué)結(jié)合學(xué)結(jié)合而成為共聚體。而成為共聚體。 如下圖所示。由于這種膜的化學(xué)性能是均勻的如下圖所示。由于這種膜的化學(xué)性能是均勻的，膜的各部分具有相同特性，是單相的，故叫均相膜。，膜的各部分具有相同特性，是單相的，故叫均相膜。 異相膜異相膜機械強機械強度好、價格低，度好、價格低，但膜電阻大、耐但膜電阻大、耐熱差、透水性大熱差、透水性大。均相膜均相膜則相反。則相反。9 離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團的薄膜，其所以具有選擇透過性主要是由于基團的薄膜，其所以具有選擇透過性主要是由于膜上孔隙膜上孔隙和和膜上離子基團膜上離子基團的作用。的作用

6、。 膜上孔隙的作用是，在膜的高分子鍵之間有一足夠大膜上孔隙的作用是，在膜的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙，以容納離子的進出和通過。是離子通過膜的大門的孔隙，以容納離子的進出和通過。是離子通過膜的大門和通道。和通道。 膜上離子基團的作用是，在膜的高分子鏈上，連接著膜上離子基團的作用是，在膜的高分子鏈上，連接著一些可以發(fā)生解離作用的活性基團。在水溶液中，膜上的一些可以發(fā)生解離作用的活性基團。在水溶液中，膜上的活性基因會發(fā)生解離作用，解離所產(chǎn)生的離子活性基因會發(fā)生解離作用，解離所產(chǎn)生的離子( (或稱反離或稱反離子）進入溶液。于是，在膜上就留下了帶有一定電荷的固子）進入溶液。于是，在膜上就留下了帶有一定

7、電荷的固定基團。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團，好比定基團。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團，好比在一條狹長的通道中設(shè)立的一個個關(guān)卡或在一條狹長的通道中設(shè)立的一個個關(guān)卡或“警衛(wèi)警衛(wèi)”，以鑒，以鑒別和選擇通過的離子。別和選擇通過的離子。10離子交換膜功能示意圖離子交換膜功能示意圖注意：離子交換膜的作用注意：離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用而是起離子選擇透過性作用。111213+陽極陽極陰極陰極Cl-Na陽膜陽極室陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陽膜陰膜14電滲

8、析過程電滲析過程222CleClHOHOH22OHOeOH22244HClOHClOHCl22OHHeOH22222NaOHOHNa 陰極室溶陰極室溶液呈堿性，液呈堿性，當水中有當水中有Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、HCOHCO3 3時，時，會生成水垢會生成水垢集結(jié)在陰極集結(jié)在陰極上。上。 而陽極室而陽極室溶液呈酸性溶液呈酸性，對電極造，對電極造成強烈的腐成強烈的腐蝕。蝕。16 在電滲析器膜界面現(xiàn)象中，極化現(xiàn)象主要發(fā)生在陽在電滲析器膜界面現(xiàn)象中，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)生在陰膜的濃室一側(cè)。膜的淡室一側(cè)，沉淀主要發(fā)生在陰膜的濃室一側(cè)。171819電滲析器的組裝示意圖電滲

9、析器的組裝示意圖20一級一段一級一段一級兩段一級兩段兩級一段兩級一段兩級兩段兩級兩段一對正、負電極之間的膜堆稱為一級一對正、負電極之間的膜堆稱為一級具有同一水流方向的并具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱為一段聯(lián)膜堆稱為一段21實際應(yīng)用的電實際應(yīng)用的電滲析器滲析器222324 滲透和反滲透原理示意圖滲透和反滲透原理示意圖半透膜半透膜開始時兩邊液開始時兩邊液面相面相同同由于濃度差存在，半透膜由于濃度差存在，半透膜又不允許溶質(zhì)通過，所以又不允許溶質(zhì)通過，所以水透過膜，使?jié)馑贿呉核高^膜，使?jié)馑贿呉好嫔撸a(chǎn)生滲透壓面升高，產(chǎn)生滲透壓在濃水邊加壓，當壓在濃水邊加壓，當壓力超過滲透壓時，則力超過滲透壓時，

10、則水透過半透膜，即反水透過半透膜，即反滲透，實現(xiàn)凈化過程滲透，實現(xiàn)凈化過程。25滲透壓由溶質(zhì)種類和濃度大小而定，還與溫度有關(guān)。滲透壓由溶質(zhì)種類和濃度大小而定，還與溫度有關(guān)。26 若在溶液的液面上再施若在溶液的液面上再施加一個大于加一個大于 的壓力的壓力P P時，時，溶劑將與原來的滲透方向相溶劑將與原來的滲透方向相反，開始從溶液向溶劑一側(cè)反，開始從溶液向溶劑一側(cè)流動，這就是所謂的流動，這就是所謂的反滲透反滲透。 凡基于此原理所進行的濃縮或純化溶液的分離方凡基于此原理所進行的濃縮或純化溶液的分離方法，一般稱之為法，一般稱之為反滲透工藝反滲透工藝。 反滲透是滲透的一種反向遷移運動，它主要是在反滲透是

11、滲透的一種反向遷移運動，它主要是在壓力推動壓力推動下，借助下，借助半透膜的截留作用半透膜的截留作用，迫使溶液中，迫使溶液中的濟劑與溶質(zhì)分開。的濟劑與溶質(zhì)分開。27283 3反滲透膜及其透過機理反滲透膜及其透過機理29303199表皮層，孔徑表皮層，孔徑0.81nm過渡層，孔徑過渡層，孔徑20nm多孔層，孔徑多孔層，孔徑100400nm1%32顯顯微微鏡鏡下下膜膜的的照照片片3334 選擇性吸著毛細管流機理是以吉布斯吸附式為依據(jù)，認為選擇性吸著毛細管流機理是以吉布斯吸附式為依據(jù)，認為膜表面由于親水性原因，能選擇吸附水分子而排斥鹽分，因而膜表面由于親水性原因，能選擇吸附水分子而排斥鹽分，因而在固液

12、界面上形成厚度為兩個水分子在固液界面上形成厚度為兩個水分子(1nm)(1nm)的純水層。在施的純水層。在施加壓力作用下，純水層中的水分于便不斷通過毛細管流過反滲加壓力作用下，純水層中的水分于便不斷通過毛細管流過反滲透膜透膜( (見上圖見上圖) )。膜表皮層具有大小不同的極細孔隙，當其中的。膜表皮層具有大小不同的極細孔隙，當其中的孔隙為純水層厚度的一倍孔隙為純水層厚度的一倍(2nm)(2nm)時，稱為膜的臨界孔徑，可達時，稱為膜的臨界孔徑，可達到理想的脫鹽效果。到理想的脫鹽效果。 當孔隙大于臨界孔徑，透水性增大，但鹽分容易從孔當孔隙大于臨界孔徑，透水性增大，但鹽分容易從孔隙中透過，導(dǎo)致脫鹽率下降

13、。反之若孔隙小于臨界孔徑，脫隙中透過，導(dǎo)致脫鹽率下降。反之若孔隙小于臨界孔徑，脫鹽率增大，而透水性則下降。鹽率增大，而透水性則下降。因膜的類型不同因膜的類型不同而有所不同。而有所不同。35363738裝配圖裝配圖39進水進水透過水透過水濃縮水濃縮水耐壓容器耐壓容器透水板透水板半透膜半透膜板框式膜組件工作板框式膜組件工作過程示意圖過程示意圖特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單，體積結(jié)構(gòu)簡單，體積比管式的小。比管式的小。缺點：缺點：裝卸復(fù)裝卸復(fù)雜，單雜，單位體積位體積膜表面膜表面積小。積小。40管式膜組件又分為內(nèi)壓式和外壓式41特點特點:v 水力條件好，安水力條件好，安裝、清洗、維修比裝、清洗、維修比較方便。較方

14、便。v 能耐高壓，可以能耐高壓，可以處理高粘度的原水處理高粘度的原水。v 缺點是膜的有效缺點是膜的有效面積小，裝置體積面積小，裝置體積大，而且兩端要較大，而且兩端要較多的聯(lián)結(jié)裝置多的聯(lián)結(jié)裝置。淡水淡水膜表皮層膜表皮層玻璃纖維管玻璃纖維管進進水水4243密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜組件一個膜葉結(jié)構(gòu)示意圖螺旋卷式膜組件一個膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料多孔透水材料膜，上下兩層膜，上下兩層44膜葉膜葉透水網(wǎng)狀材料透過水透過水濃濃水水進進水水螺旋卷式膜組件組合示意圖螺旋卷式膜組件組合示意圖45進進水水口口耐壓耐壓容器容器連連接接器器膜膜組組件件密密封封圈圈端端蓋蓋透透過過液液濃濃縮縮液液46工工業(yè)業(yè)

15、應(yīng)應(yīng)用用的的反反滲滲透透裝裝置置47工業(yè)工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用的反的反滲透滲透裝置裝置的膜的膜組件組件之間之間的連的連接接48二、超濾（二、超濾（UF）：）：515253進口料液透過膜的溶液超濾膜出口溶液被截留物質(zhì)透過膜的物質(zhì)超過濾原理示意圖超過濾原理示意圖5455超濾膜為多孔結(jié)構(gòu)，超濾機理歸結(jié)為篩出作用，即超濾膜為多孔結(jié)構(gòu)，超濾機理歸結(jié)為篩出作用，即篩分機理。篩分機理。大于膜的截留分子量的分子幾乎全部的被膜截留。大于膜的截留分子量的分子幾乎全部的被膜截留。565758膜分離的膜分離的推動力推動力可以是膜兩側(cè)的可以是膜兩側(cè)的壓力差、電位差或濃度壓力差、電位差或濃度差。差。這種分離方法可在室溫、無相變條件下進行，具有這種分離方法可在室溫、無相變條件下進行，具有廣泛的適用性。各種膜分離法的推動力與分離對象如下廣泛的適用性。各種膜分離法的推動力與分離對象如下表所示。表所示。 膜能使溶劑膜能使溶劑(水水)透過的現(xiàn)象稱為滲透，膜能使溶質(zhì)透過透過的現(xiàn)象稱為滲透，膜能使溶質(zhì)透過的現(xiàn)象為滲析。的現(xiàn)象為滲析。膜過程膜過程推動力推動力傳質(zhì)機理傳質(zhì)機理透過物及其透過物及其尺寸尺寸截留物截留物膜類型膜類型電滲析電滲析電位差電位差離子選擇離子選擇性透過性透過溶解性無機溶解性無機物物非電解質(zhì)非電解質(zhì)大分子大分子離子交離子交換膜換膜反滲透反滲透壓力差壓力差2-10MPa溶劑的擴溶劑的擴散散水或溶劑水或溶劑溶質(zhì)