第四章膜法水處理

1、第四章膜法水處理膜分離法 是利用選擇性透過膜為分離介質(zhì)當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差）時(shí)，使溶劑（通常是水）與溶質(zhì)或微粒分離的方法。一般包括電滲析、反滲透、超濾、擴(kuò) 散滲析等，其中的反滲透、超濾相當(dāng)于過濾技術(shù)。用選擇性透過膜進(jìn)行分離時(shí)，使溶質(zhì)通過膜的方法稱為滲析；而使溶劑通過膜的方法則稱為滲透。電滲析法是以電位差為推動(dòng)力的膜分離法，用于從水溶液中脫除離子，主要用于苦咸水脫 鹽或海水淡化。其膜是導(dǎo)電膜，即陽離子交換膜和陰離子交換膜。以壓力差為推動(dòng)力的膜分離法，根據(jù)溶質(zhì)粒子的大小及膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)（超濾膜、納濾膜、反滲透膜等），又可分為超濾、納濾、反滲透等。反滲透法可用于溶劑的純化和

2、溶液濃縮。反滲透 法大部分應(yīng)用于水的純化主要是苦咸水脫鹽或海水淡化。反滲透法的另一個(gè)重要應(yīng)用為制備 高純水。膜是分離技術(shù)的核心。膜材料的化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)對膜分離法起著決定性的作用；一般是高 分子材料制成的膜，有纖維素膜、芳香聚酰胺類膜、雜環(huán)類膜、聚砜類膜、聚烯烴類膜和含氟 高分子膜等。膜分離法的特點(diǎn)： 不發(fā)生相變、常溫進(jìn)行、適用范圍廣（有機(jī)物、無機(jī)物等）、裝置簡單、 易操作和易控制等。膜法水處理具有適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、占地面積小、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。所 以，國內(nèi)外已把電滲析法、反滲透法或膜分離法與離子交換相結(jié)合的方法應(yīng)用于鍋爐水處理。 第一節(jié)電滲析電滲析是膜分離技術(shù)的一種，它是在直流電場作用下，以電位

3、差為推動(dòng)力，利用離子交換 膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目 的。電滲析的進(jìn)展：對電滲析基本概念的研究始于20世紀(jì)初，采用動(dòng)物皮、膀胱膜或人造纖維、羊皮紙等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究，但無工業(yè)應(yīng)用價(jià)值；隨著合成樹脂的發(fā)展，1950年，朱達(dá)試制出具有高選擇性的陰、陽離子交換膜后，才奠定了電滲析技術(shù)的實(shí)用基礎(chǔ)；1954年美、英等國將電滲析首先用于生產(chǎn)實(shí)踐中，淡化苦咸水、制備工業(yè)用水和飲用水。此后，電滲析技術(shù)逐步引入 中東和北非。1959年起，前蘇聯(lián)也開始研究和推廣應(yīng)用。日本主要利用電滲析法濃縮制鹽，1969年日本國內(nèi)食鹽有 30%是用離于交換膜電滲析法生產(chǎn)的，1

4、970年才將電滲析技術(shù)用于苦咸水淡化。一、電滲析基本原理及過程1. 滲析過程(1) 滲析的原理滲析是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的一種膜分離過程，它是一種自然發(fā)生的物理現(xiàn)象。當(dāng)兩種不同濃度的鹽水用一張滲析膜 (半透膜或離子交換膜)隔開時(shí)，濃鹽水中的電解質(zhì)離子就會(huì)穿過膜擴(kuò) 散到稀鹽水中去，這種過程稱為滲析過程，亦稱擴(kuò)散滲析。滲析過程的 推動(dòng)力是濃度梯度，因此又稱濃差滲析。1c17/.kJC1般2陰膽FeSQ圖4-1滲析過程示意圖圖4-2濃差滲析回收酸滲析過程是緩慢進(jìn)行的，隨著鹽分濃度梯度的降低鹽的擴(kuò)散也逐漸減少，直到膜兩邊濃 度相同，建立了平衡，鹽分的遷移也就完全停止。(2) 滲析的應(yīng)用 血液透析 從酸堿廢

5、液中回收酸堿。濃差滲析回收酸見圖 4-2。料液中由于 HSQ和FeSQ的濃度高，其中 Fe2+、H； SQ2-均有 向滲析液中擴(kuò)散的趨勢，由于使用陰離子交換膜作滲析膜，因此理論上陰膜只允許SQ2-透過膜進(jìn)入滲析液，而H+離子由于水合離子半徑小， 遷移速度快，故也能透過膜遷移到滲析液中。 H和1/2SQ42-等摩爾透過膜，以保持溶液的電中性。但是Fe2+離子則不透過陰膜。 經(jīng)過一段時(shí)間的滲析后，料液中的 H2SQ即進(jìn)入滲析液中，實(shí)現(xiàn)了FeSQ4和H2SQ的分離，即可實(shí)現(xiàn)回收廢硫酸的目的。2. 電滲析過程電滲析過程是電解和滲析擴(kuò)散過程的組合。電滲析制取淡水的基本過程：利用離子交換膜的選擇透過性，即

6、陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流 電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極移動(dòng)，它們最終會(huì)于離子交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們的電荷是相同的則離子被排斥，從而可以 制得淡水。電滲析運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生的過程見圖4-3。陰膜，國離子訐翹Cl 同名離子遷移Sa 液差擴(kuò)散H 0 _水的潘透H 0 一球的電灌透H 0 :水的壓疹H 一水的電離陽膜圖4-3電滲析運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生的過程(1) 反離子遷移離子交換膜具有選擇透過性。反離子遷移是電滲析運(yùn)行時(shí)發(fā)生的主要過程，也就是電滲析 的除鹽過程，反離子遷移效應(yīng)大于0.9。(2) 同名離子遷移與膜上固

7、定基團(tuán)所帶電荷相同的離子穿過膜的現(xiàn)象。即濃水中陽離子穿過陰膜，陰離子穿 過陽膜，進(jìn)入淡室的過程，就是同名離子遷移。這是由于離子交換膜的選擇透過性不可能達(dá)到100 %。當(dāng)膜的選擇性固定后，隨著濃室鹽濃度增加，這種同名離子遷移影響加大。(3) 電解質(zhì)濃差擴(kuò)散由于膜兩側(cè)溶液濃度不同，在濃度差作用下，電解質(zhì)由濃室向淡室擴(kuò)散，擴(kuò)散速度隨濃度 差的增高而增大。水的滲透在電滲析過程中，由于淡室水濃度低，基于滲透壓的作用，會(huì)使淡室的水向濃室滲透。濃度差愈大，水的滲透量也愈大，這一過程會(huì)使淡水產(chǎn)量降低。(5)水的電滲透反離子和同名離子，實(shí)際上都是以水合離子形式存在，在遷移過程中攜帶一定數(shù)量的水分 子遷移，這就是

8、水的電滲透。隨著溶液濃度的降低，水的電滲透量急驟增加。水的壓滲當(dāng)濃室和淡室存在著壓力差時(shí)，溶液由壓力大的一例向壓力小的一側(cè)滲漏，稱為水的壓滲, 因此操作時(shí)應(yīng)保持兩側(cè)壓力基本平衡。(7) 水的電離電滲析運(yùn)行時(shí)， 由于電流密度相液體流速不匹配， 電解質(zhì)離子未能及時(shí)地補(bǔ)充到膜的表面， 而造成淡室水的電離生成 H+和0H離子，它們可以穿過陽膜和陰膜。對電滲析各過程的評價(jià)電滲析器在運(yùn)行時(shí)，同時(shí)發(fā)生著多種復(fù)雜過程：反離子遷移是電滲析除鹽的主要過程 , 其它都是次要過程。這些次要過程會(huì)影響和干擾電滲析的主要過程：-同名離于遷移和電解質(zhì)濃差擴(kuò)散與主過程相反，會(huì)影響除鹽效果；-水的滲透、電滲透和壓滲會(huì)影響淡室產(chǎn)

9、水量，也會(huì)影響濃縮效果；-水的電離會(huì)使耗電量增加，導(dǎo)致濃室極化結(jié)垢，從而影響電滲析的正常遠(yuǎn)行。因此必須選擇優(yōu)質(zhì)離子交換膜和最佳的電滲析操作條件，以便消除或改善這些次要過程的 影響。3. 電滲析法脫鹽的基本原理 把陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列于正負(fù)兩個(gè)電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成脫鹽 (淡化 ) 和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)向隔室通入鹽水后，在直流電場作用下，陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移，但由 于離子交換膜的選擇透過性，而使淡室中的鹽水淡化，濃室中鹽水被濃縮，實(shí)現(xiàn)脫鹽目的。電滲析法原理示意圖電滲析上兩極的反應(yīng) 以 NaCl 溶液為例在陽極上：2CI- - 2e t Cl 2T+H2O

10、 t H+ + OH-4OH- 4e t O2 + 2H 2O產(chǎn)生的氯氣又有一部分溶于水中：Cl2 + H2O t HCl + HClOHClOtHCl + O陽極反應(yīng)有氧氣和氯氣產(chǎn)生， 氯氣溶于水又產(chǎn)生 HCl 及初生態(tài)氧 O ，陽極呈酸性反應(yīng)，應(yīng) 當(dāng)注意陽極的氧化和腐蝕問題。在陰極上：H 2O - t H+ + OH-H + + 2e - t 2H2T+ -Na + + OH- - t NaOH在陰極室由于 H+離子的減少，放出氫氣，極水呈堿性反應(yīng)，當(dāng)極水中含有、Mg+和CO32- 等離子時(shí)，會(huì)生成 CaCO和Mg(OH)等沉淀物，在陰極上形成結(jié)垢。在極室中應(yīng)注意及時(shí)排除電極反應(yīng)產(chǎn)物，以保

11、證電滲析過程的安全運(yùn)行，考慮到陰膜容易 損壞， 并為了防止 Cl -離子透過陰膜進(jìn)入陽極室， 所以在陽極附近一般不用陰膜， 而改用陽膜或 惰性多孔保護(hù)膜。4. 電滲析技術(shù)的特點(diǎn)(1) 能量消耗低。電滲析除鹽過程中，只是用電能來遷移水中的鹽分，而大量的水不發(fā)生相的變化，其耗電 量大致與水中的含鹽量成正比，尤其是對含鹽量為數(shù)千 mg/L 的苦咸水，其耗電量更低。(2) 藥劑耗量少環(huán)境污染小常規(guī)的離子交換處理水時(shí)，樹脂失效后需用酸、堿進(jìn)行再生，再生后生成大量酸、堿再生 廢液，水洗時(shí)還要排放大量酸、堿性廢水。電滲析法處理水時(shí)，僅酸洗時(shí)需要少量的酸。因此電滲析法是耗用藥劑少，環(huán)境污染小的 一種除鹽手段。

12、(3) 對原水含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)電滲析除鹽可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。產(chǎn)水量可按需要從每日幾 m5至上萬m3變化?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)一 臺(tái)電滲析器中的段數(shù)、 級數(shù)或多臺(tái)電滲析器的串聯(lián)、并聯(lián)或不同除鹽方式 (直流式、循環(huán)式或部 分循環(huán)式 ) 來適應(yīng)。(4) 操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化 電滲析器一般是控制在恒定直流電壓下運(yùn)行，不需要通過頻繁地調(diào)節(jié)流速、電流及電壓來適應(yīng)水質(zhì)、溫度的變化。因此，容易做到機(jī)械化、自動(dòng)化操作。(5) 設(shè)備緊湊耐用預(yù)處理簡單電滲析器是用塑料隔板、 離子交換膜及電極組裝而成， 其抗化學(xué)污染和抗腐蝕性能均良好， 隔板相膜多層更加在一起，運(yùn)行時(shí)通電即可制得淡水，因此設(shè)備緊湊耐用。由于電滲析中

13、水流是在膜面平行流過，而不需透過膜，因此進(jìn)水水質(zhì)不像反滲透控制的那 樣嚴(yán)格，一般經(jīng)砂濾即可，相對而言預(yù)處理比較簡單。(6) 水的利用率較高電滲析器運(yùn)行時(shí)，濃水和極水可以循環(huán)使用，與反滲透相比，水的利用率較高，可達(dá)到70%- 80，國外可高達(dá) 90。廢棄的水量少，再利用和后處理都比較簡單。電滲析的缺點(diǎn) 電滲析只能除去水中的鹽分而對水中有機(jī)物不能去除，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染 膜。電滲析運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢(用頻繁倒極電滲析可以避免 ) ，這些都是電滲析技術(shù)較難掌握而又必須重視的問題。與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，因此它的發(fā)展不如反滲透快。二、電滲析

14、器的結(jié)構(gòu)及設(shè)備電滲析器由交替排列的膜和隔板以及兩端電極組裝而成。在電滲析器中，一張陰膜、淡水隔板、陽膜、濃水隔板組成一個(gè)膜對，若干膜對組合成膜 堆；一對電極之間的膜堆稱為一級，淡水水流方向相同的膜堆稱為段。根據(jù)對水量和水質(zhì)的要求，可采用一級一段、多級一段、一級多段和多級多段的不同組合 方式。電滲析器的主要部件和輔助設(shè)備1. 離子交換膜離子交換膜，又稱離子選擇透過性膜。它是由對離子具有選擇透過性的高分子材料制成的 薄膜。按膜中的活性基團(tuán)可分為：陽離子交換膜(簡稱陽膜)：強(qiáng)酸性磺酸型陽膜， 活性基團(tuán)為-SQH或-SOsNa等，其反離子為 H或Na等；陰離子交換膜(簡稱陰膜)：強(qiáng)堿性季銨型陰膜， 活

15、性基團(tuán)為-N(CHs) 3OH或-N(CHs) 3CI等，其 反離子為OH和Cl等。離子交換膜是一種高聚物電解質(zhì)薄膜，當(dāng)浸入電解質(zhì)溶液后，其中的活性集團(tuán)在溶劑的作用下發(fā)生離解：R-SOf HH4固宦基團(tuán)解離離子須-0H固定基團(tuán)解離離子季胺型膜磺舉型陽膜產(chǎn)生的反離子進(jìn)入水溶液，在膜上留下帶有一定電荷的固定基團(tuán)。由于磺酸基團(tuán)和季銨基 團(tuán)具有親水性，使膜在水中溶脹，膜體結(jié)構(gòu)變松，從而形成細(xì)微、彎曲和貫通膜兩面的通道， 使通道中留下帶有一定電荷的固定基團(tuán)而形成內(nèi)電場。在外電場作用下，由于內(nèi)電場存在離 子交換膜只允許與其內(nèi)電場電荷相反的離子通過，而與內(nèi)電場電荷相同的離子不能通過。離子 交換膜的這種選擇透

16、過性，是電滲析除鹽的基礎(chǔ)。(3) 離子交換膜是電滲析器中的關(guān)鍵材料，故對離子交換膜的物理、 化學(xué)和電化學(xué)性能有一定的要求： 具有較高的選擇透過性溶液的濃度增高時(shí)，離子交換膜的選擇透過性下降。陽離子交換膜對陽離子的選擇性遷移數(shù)應(yīng)大于 0.9 ，對陰離子遷移數(shù)應(yīng)小于 0.1 。 較好的化學(xué)穩(wěn)定性 耐化學(xué)腐蝕、耐氧化、耐一定溫度、耐輻射和抗水解的性能。 離子的反擴(kuò)散和滲水性較低 無論是同名離子遷移，還是濃差擴(kuò)散及水的各種滲透過程，都不利于水的脫鹽，或引起脫 鹽率下降。 具有較高的機(jī)械強(qiáng)度 膜應(yīng)光滑平整，無針孔，厚度均勻。在受到一定壓力或拉力時(shí)，不會(huì)發(fā)生變形裂紋，具有 較高的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。 具有較低

17、的膜電阻 膜的電阻應(yīng)小于溶液的電阻，否則由膜本身所引起的電壓降增大不利于最佳電流條件，使 電滲析效率下降?？赏ㄟ^減少膜的厚度，提高膜的交換容量和降低膜的交聯(lián)度來降低膜電阻。 膜的原料豐富、價(jià)格低廉、工藝簡單。膜的處理中的注意事項(xiàng) ：組裝前對膜的處理：將膜放在操作溶液中浸泡2448小時(shí)，使之與膜外溶液平衡，然后才裁減打孔。膜的尺寸應(yīng)比隔板周邊小 1mm比隔板水孔大1mm 停運(yùn)后，應(yīng)在電滲析器中充滿溶液，防止膜發(fā)霉變質(zhì)或干燥收縮變形甚至破裂。2. 隔板它置于陽膜、陰膜之間，起著分隔和支撐陽膜、陰膜的作用，并形成水流通道，構(gòu)成濃、 淡水室。隔板上有進(jìn)出水孔、配水槽和集水槽、流水道。隔板材料為聚氯乙烯

18、、聚丙烯、合成橡膠等非導(dǎo)體材料，能耐酸堿腐蝕，尺寸穩(wěn)定具有一 定的彈性，以便于密封。根據(jù)水流在隔板中的流動(dòng)狀況，分為有回路和無回路兩類形式。a. 有回路隔板：依靠彎曲而細(xì)長的通道，達(dá)到以較小流量提高平均流速的效果，并且在膜面引 起攪動(dòng)，產(chǎn)生紊流現(xiàn)象。一般只有一個(gè)進(jìn)水孔和一個(gè)出水孔。水流從一個(gè)進(jìn)水孔經(jīng)配水槽進(jìn)入 隔板，在流水道中來回流動(dòng)，從另一出水孔流出，因此又稱為折流式隔板。它多用于水量少而 除鹽要求較高的水處理中。b. 無回路隔板：使液體沿整個(gè)膜面流動(dòng)，利用不同形式的隔網(wǎng)使液流產(chǎn)生紊流。水流是由一個(gè) 或多個(gè)進(jìn)水口經(jīng)配布水槽直線地流過隔板，再由對應(yīng)的出水口流山，又稱直流式隔板。它多用于水量大而

19、除鹽要求不高的水處理場合。3. 極區(qū)向電滲析器輸入直流電，并將濃淡水引入膜堆，以及送入和引出極水。極區(qū)由電極、導(dǎo)水 板和極水室組成。 電極：電極放在膜堆兩端，連接直流電源后，陽極與陰極間產(chǎn)生的電位差成為電滲析的推動(dòng)力。電極材料有鈦涂釘、 石墨、不銹鋼等。Cl- v 100mg/L時(shí)用1Cr18Ni9Ti ; Cl - > 100 mg/L 時(shí)用鈦涂釘電極或經(jīng)過防腐處理過的細(xì)晶粒石墨電極。電極應(yīng)具備的條件：化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好；導(dǎo)電性好，電阻??；機(jī)械性能好，便于加工和裝卸；價(jià)格便宜。 導(dǎo)水板：引入和導(dǎo)出濃、淡水，也可作引入和導(dǎo)出極水用。 極水室：由供極水流動(dòng)的隔板構(gòu)成，對極水室的要求是極水

20、暢通，并能及時(shí)排去電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和沉淀物，這也是電滲析過程進(jìn)行的必要條件。4. 壓緊裝置用來夾極室、保護(hù)室極膜堆的裝置，其作用是使電滲析器在運(yùn)行時(shí)，不致于產(chǎn)生水的內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象。有鋼板或槽鋼組合板或鑄鐵壓板兩種。鋼板或槽鋼組合板用螺桿鎖緊；鑄鐵壓板 也可用液壓鎖緊。電議祈器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)陰膜；2-濃水I畐板框；3制畐板網(wǎng)；4-陽£-攢水陽板框;廠勺-機(jī)水講出方向；水進(jìn)出方耐圖4-4電滲析器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5. 電滲析器的輔助設(shè)備（1）電滲析器的直流電源 采用無級調(diào)壓硅整流器或可控硅整流器，直流輸出應(yīng)有正、 負(fù)極開關(guān)， 或自動(dòng)倒電極裝置。整流器容量 （ 輸出電壓和電流的額定值 ）是根據(jù)電滲析

21、器所需操作參數(shù)選定，并要有一定裕度， 一般直流輸出電壓和電流比正常工作時(shí)大兩倍左右。（2）酸洗系統(tǒng)、水箱、水泵 酸洗系統(tǒng)包括酸箱、循環(huán)泵和管道，均應(yīng)耐腐蝕。（3）監(jiān)測儀表 應(yīng)設(shè)置濃、談、極水進(jìn)出口的流量計(jì)和壓力表；電流、電壓表及電導(dǎo)儀、 pH 計(jì)等。有條件 時(shí)，可安裝在線檢測儀器自動(dòng)測量、 記錄和控制、 報(bào)警等系統(tǒng)。 新型的頻繁倒極電滲析器 （EDR）， 對水流和電流都安裝了控制和保護(hù)系統(tǒng)，可以定時(shí)自動(dòng)倒換電極極性，同時(shí)相應(yīng)地切換濃、淡 水的閥門，并在發(fā)生故障時(shí)發(fā)出信號(hào)，將其停運(yùn)。三、電滲析法水處理除鹽工藝系統(tǒng) 電滲析法水處理除鹽工藝系統(tǒng)可以分兩種：1. 電滲析器本體的工藝系統(tǒng) 選擇經(jīng)濟(jì)合理的

22、電滲析工藝系統(tǒng) （即除鹽方式 ） ，是設(shè)計(jì)電滲析除鹽水處理工藝的一個(gè)重要 部分。一般應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、用水水量、用水水質(zhì)要求等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。常用的除鹽方式有直流式、循環(huán)式和部分循環(huán)式三種。（1）直流式除鹽：原水流經(jīng)一臺(tái)或多臺(tái)串聯(lián)的電滲析器后，即能達(dá)到要求的水質(zhì)。適用于產(chǎn)水 量和原水濃度恒定的條件。該法的優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)制水、管道簡單；缺點(diǎn)是定型設(shè)備的出水水質(zhì) 隨原水含鹽量而變。（2）循環(huán)式除鹽： 將原水在電滲析器和水箱中多次循環(huán)，以達(dá)到所需出水的水質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)是不論原水濃度如何變化，都可以將原水處理到要求的任一水平，且流速大，除鹽速度快，電滲析器體積小。其缺 點(diǎn)是需設(shè)置循環(huán)水泵和水箱，只能間

23、歇供水，電耗大。適用于制水量小，原水含鹽量高，出水 水質(zhì)要求高的小型裝置。（3）部分循環(huán)式除鹽 : 是直流式和循環(huán)式除鹽相結(jié)合的一種方式。在部分循環(huán)式除鹽工藝系統(tǒng)中，電滲析器的出口淡水分成兩路，一路連續(xù)出水供用戶使用；另一路返回電滲析器與水相中水相混，繼續(xù)進(jìn)行 除鹽。其特點(diǎn)是用定型設(shè)備，可適應(yīng)不同水質(zhì)和水量的要求。在原水含鹽量變化時(shí)，可調(diào)節(jié)循 環(huán)量去保持出水水質(zhì)穩(wěn)定，但系統(tǒng)較復(fù)雜，電耗大。適用于大規(guī)模的水處理系統(tǒng)。除鹽水原水電褚析器除鹽水部分循壞式除鹽水輯電潼析器除鹽水O1 11 1水箱泵泵直涼式除鹽循環(huán)式除鹽圖4-5電滲析器的除鹽方式2. 電滲析器與其他水處理設(shè)備的組合除鹽系統(tǒng)電滲析一般用于

24、含鹽量較高的苦咸水、高硬度水的部分除鹽，以作深度除鹽的頂處理。由于電滲析法除鹽有其適用范圍，在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)和除鹽水水質(zhì)要求，與離子交換水處理技術(shù)等相結(jié)合，使其在水處理工藝中各自發(fā)揮其優(yōu)勢，以達(dá)到合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，并能穩(wěn)定運(yùn)行。其常用的組合除鹽水處理系統(tǒng)如下。（1）預(yù)處理-電滲析-離子交換這種將電滲析器和離子交換器組合使用的系統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用較早，也較廣泛。其組合原理是根據(jù)電滲析制水時(shí)，當(dāng)其水的電阻率為20x 104 q cm以上時(shí)，電滲析器易極化而無法繼續(xù)適應(yīng)；反之，離子交換卻能適應(yīng)處理低含鹽量的水，可以制取高純水。所以在 這種組合水處理系統(tǒng)中，電滲析作為離子交換水處理的前級處理，用

25、以去除原水中的絕大部分 （60 %90% ）鹽分，剩下的少部分鹽份再由離子交換進(jìn)一步去除，即可制取除鹽水。根據(jù)對除鹽水用水的水質(zhì)要求，離子交換可以是單床、復(fù)床、混合床或其他不同的組合形 式。這種系統(tǒng)特點(diǎn)是保證出水水質(zhì)高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，再生劑耗用少對原水含鹽量變化的適 應(yīng)性強(qiáng)，適用于苦咸水或沿海地區(qū)受海水倒灌影響的情況。這種組合除鹽水處理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于電力、化工、輕工、電子等領(lǐng)域。（2）預(yù)處理一離子交換一電滲析這種組合除鹽系統(tǒng)在電滲析器之前設(shè)置離子交換器（鈉型離子交換器），其目的是去除原水中易結(jié)垢的硬度離子（鈣、鎂），防止在電滲析器內(nèi)產(chǎn)生沉淀結(jié)垢，降低除鹽率，而影響正常運(yùn)行。（3）預(yù)處理一離子

26、交換（軟化）一電滲析一離子交換（軟化）這種組合系統(tǒng)中，在電滲析前后均有離子交換軟化處理，這是因?yàn)轭A(yù)軟化可以防止電滲析 器中的結(jié)垢、堵塞，提高電滲析的除鹽效率；電滲析后的離子交換軟化處理，可進(jìn)一步降低水中的硬度和相對堿度，以保證中、低壓鍋爐給水的水質(zhì)。電滲析在水處理方面的應(yīng)用A.電鍍廢水；B.造紙工苦咸水及海水淡化、海水濃縮制鹽、純水的制備、工業(yè)廢水的處理( 業(yè)廢水；C.重金屬廢水)、放射性廢水、離子隔膜電解、在其它方面 四、電滲析器的運(yùn)行1.電滲析器運(yùn)行的工藝參數(shù)運(yùn)行工藝參數(shù)符號(hào)單位物理意義計(jì)算公式淡水產(chǎn)量Q淡水m/h單位時(shí)間的淡水產(chǎn)量除鹽量£%原水與淡水含鹽量之差占原 水含鹽量的百

27、分率Cj - Cp) /Cj原水利用率n水%淡水產(chǎn)量占原水總用量的百 分率Q淡水/ Q原水操作電流IA電滲析器的工作電流操作電壓VV供給電滲析器的直流電壓水流壓降 pMpa電滲析器進(jìn)岀口水流壓力差電流效率n%通入電滲析器電流在脫鹽過 程中得到有效利用的百分率26.8Q 淡水(Cj-Cc)/(nl)電耗W3kW- h/m單位淡水產(chǎn)量的耗電量-3VI*10 /(Q 淡水 n )濃縮倍數(shù)K-濃水與原淡水含鹽量之比(q+Q £ )/q2.極化和極限電流密度有離子交換膜的極化和電極的極化膜的極化：在電滲析運(yùn)行過程中，由于反離子在膜內(nèi)遷移速度大于在溶液中的遷移速度，因而淡水室膜面的溶液濃度下降，

28、并與主體溶液形成濃度梯度。當(dāng)工作電流增至一定值時(shí)，淡水室膜面的溶液濃度幾乎下降為零，致使水分子大量電離， 使H+和0H一起傳遞電流的作用， 這一現(xiàn)象稱為極化。當(dāng)?shù)夷っ娴娜芤簼舛葹榱?，則此時(shí)的工作電流稱為極限電流。極限電流與膜的有效面積之比值稱為 極限電流密度(i lim)，計(jì)算如下:Ill"(t-t) 5式中：Mm -極限電流密度，A/cm2； t -離子在膜中的遷移數(shù)；t -離子在溶液中的遷移數(shù)；c -淡水室中水的對數(shù)平均含鹽量，mmol/L ；S -膜面擴(kuò)散層厚度，cm; D -離子擴(kuò)散系數(shù)，cm/s ；F -法拉第常數(shù)，96500 C/mol。電滲析器的極限電流密度(i l

29、im)與淡水室中的水流速度有關(guān)lim = k vm - cc = (cj - Cc)/2.3lg(c j/c c)式中 : v - 淡水室中的水流速度， cm/s ；c - 淡水室中水的對數(shù)平均含鹽量， mmol/L ；m - 流速指數(shù) (在 0.33-0.90 之間)；k - 水力學(xué)系數(shù) ( 隔板特性綜合系數(shù) ) ；c j - 淡水室進(jìn)水的含鹽量， mmol/L ；c c - 淡水室出水的含鹽量， mmol/L 。m與k可通過試驗(yàn)求得。有關(guān)試驗(yàn)表明，在設(shè)備、水溫、水質(zhì)確定時(shí)，v在520cm/s范圍內(nèi)，m與k是常數(shù)。在使用同種離子交換膜時(shí)，m k值越大的電滲析裝置可獲得較高的除鹽率。電極極化：

30、主要包括電極表面存在的濃差極化和電化學(xué)反應(yīng)。電極的濃差極化，是由于電極反應(yīng)放電時(shí)放電離子在電極表面層的濃度低于電極液中的濃度。3. 極化的危害電阻增大而增加電耗淡室中的水電離而消耗電能，且電流效率下降引起結(jié)垢4. 穩(wěn)定運(yùn)行的措施(1) 原水的預(yù)處理原水預(yù)處理的目的是為了避免因電滲析設(shè)備堵塞和膜污染而引起的電滲析器脫鹽率下 降、產(chǎn)水量降低和能耗增大。為此應(yīng)對進(jìn)水采取相應(yīng)的預(yù)處理措施，控制電滲析器的進(jìn)水水質(zhì) 指標(biāo)達(dá)到下列要求： 濁度 隔板厚度1.52.0mm, v 3mg/L,隔板焊度 0.5 0.9mm, v O.3mg/L; 耗氧量 v 3mg/L(高錳酸鉀煮沸法測定，以Q計(jì))； 游離性余氯含

31、量 v 0.2mg/L ； 鐵、錳含量 鐵含量v 0.3mg/L,錳含量v 0.1mg/L ; 水溫540C； 淤塞密度指數(shù) (SDI) 頻繁倒極電滲析 (EDR), SDIv 7,電滲析 (ED) , SDIv 3 5。一般應(yīng)根據(jù)陰板厚度和倒極時(shí)間實(shí)測出適宜的SDI，般v 10。(2) 確定合理的操作參數(shù)電滲析器運(yùn)行中的操作參數(shù)包括流速、壓力、電壓、電流、進(jìn)水水質(zhì)、倒極時(shí)間間隔和酸 洗周期等。如果濃水是循環(huán)利用的,還要確定濃水的循環(huán)比例。為了保證電滲析器合理、安全、 有效地運(yùn)行，確定合理的操作參數(shù)是非常重要的。 流速和壓力淡水室流速過低，會(huì)造成微量懸浮物沉積，阻力損失增大，各隔室配水不均，膜

32、和水流界 面處的擴(kuò)散層過厚，易產(chǎn)生局部極化。但流速也不可過大，這樣會(huì)造成設(shè)備漏水和變形，出水 水質(zhì)下降，動(dòng)力消耗增大。一般流速510cm/s，進(jìn)水壓力不超過 0.3MPa為宜。進(jìn)水壓力過高，會(huì)使膜對變形、漏水; 進(jìn)水壓力過低，水流速度就降低； 電壓和工作電流在確定適當(dāng)?shù)牧魉傧?，需要確定在什么直流電壓下運(yùn)行。這個(gè)電壓參數(shù)的選取，應(yīng)為與其 相對應(yīng)的工作電流為極限電流的 70% 90%時(shí)的電壓為宜，使其能防止產(chǎn)生極化而造成電流效率 降低和結(jié)垢。當(dāng)原水含鹽量、硬度和有機(jī)物含量高時(shí)取低值，反之則取高值。電滲析器運(yùn)行時(shí)是控制直流電壓而不是控制工作電流 。電滲析器有一個(gè)電壓的限值，它是 由水溫、濃度、膜對尺

33、寸和內(nèi)管道面積確定的。電壓超過限值，將有過大電流由電極通過鄰近 的膜傳到濃水管道，產(chǎn)生足夠的熱面損壞電極附近的隔板和膜。另一方面由于隨運(yùn)行時(shí)間的增 加，膜對電阻會(huì)有所上升，使電流下降，若為控制一定電流，必定要升高電壓這樣易超過電 壓的限值。 確定倒極周期定期切換電極，即定期改變電極的極性，使?jié)?、淡水室切換。此時(shí)由于極性的交換，離子 遷移方向也改變了，這樣在原陰膜濃水側(cè)生成的少量水垢在變換成淡水室后，會(huì)逐漸溶解，而 在另一面沉積起來。定期倒換電極，造成了沉淀水垢的不穩(wěn)定狀態(tài)，可起到減輕結(jié)垢的作用。 應(yīng)根據(jù)水質(zhì)和工藝操作條件，確定定時(shí)倒換電極的時(shí)間間隔，一般倒換電極的周期為l 4h。倒極操作時(shí)，要

34、防止?jié)馑M(jìn)入淡水箱而污染水質(zhì)。頻繁倒極電滲析是每 15 30min 自動(dòng)倒換電極一次，并自動(dòng)地操作進(jìn)出水口閥門使?jié)?、?水流自動(dòng)切換。 確定酸洗周期當(dāng)脫鹽率下降 5%以后，應(yīng)停機(jī)進(jìn)行酸洗。采用倒極后， 一般能使下降的除鹽率得到恢復(fù)， 但運(yùn)行一斷時(shí)間后， 除鹽率仍有下降趨勢， 可能是由于局部極化、有機(jī)物污染和泥漿沉積等原因。對于這種情況應(yīng)輔以酸洗和反沖洗去消 除這種影響。酸洗通常用1%- 2%鹽酸進(jìn)行循環(huán)清洗 0.51h，再用水清洗至出水呈中性。 濃水循環(huán)的濃縮倍率確定用電滲析法淡化、脫鹽時(shí)，要排掉幾乎和淡水體積相等的濃水和少量的極水。為了提高水的利用率，通常采用濃水循環(huán)的方法。所謂濃縮倍率就是

35、濃水含鹽量與原水含鹽量之比。由物 料平衡原理，可得濃縮倍率公式如下：K = ( q + Qe ) /qK 值的確定應(yīng)以保證濃水系統(tǒng)不形成碳酸鹽和硫酸鹽垢為原則, 同時(shí)也不顯著降低電流效率，應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)和所用的膜，通過試驗(yàn)確定。濃縮倍率的控制是通過改變給水的補(bǔ)充量來達(dá)到的。我國濃縮倍率一般為45，水的利用率為75%85%五、常見故障1. 漏水( 1)原因：a. 隔板、夾緊板、導(dǎo)水板或膜厚度不均、變形；b. 一級膜對數(shù)太多，不易緊固；c. 未夾緊或鎖緊時(shí)用力不均勻；d. 運(yùn)行中濃水、淡水、極水壓力不平衡等。(2)解決方法 重視電滲析器各部件的選材和加工，組裝時(shí)應(yīng)裝齊裝平。鎖緊時(shí)要用力均勻，對于膜

36、對數(shù)較多的裝置可采用分次組裝或分次壓緊的辦法。運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)格操作規(guī)程。對已變形部件和不合 格部件要更換。2水流阻力上升、進(jìn)水流量下降(1)產(chǎn)生原因原水中懸浮物和膠體物質(zhì)大量沉積在配水槽和離子交換膜面；嚴(yán)重極化產(chǎn)生沉淀(2)解決方法應(yīng)設(shè)置必要的預(yù)處理裝置和反沖洗系統(tǒng)， 在進(jìn)水管道中設(shè)排污閥， 防止啟動(dòng)時(shí)將管道內(nèi)的雜 質(zhì)帶入電滲析器中；運(yùn)行時(shí)應(yīng)采取防止極化的措施。3淡水水質(zhì)下降 一般電滲析器正常運(yùn)行中，淡水水質(zhì)有一定的下降傾向，通過倒極和定期酸洗可使除鹽率回升。而運(yùn)行中水質(zhì)突然下降，或除鹽率明顯降低則應(yīng)視為故障，水質(zhì)下降的主要原因如下：(1) 工作電壓過高或倒極、酸洗周期太長，致使嚴(yán)重極化，造成膜面

37、沉積水垢，膜堆電阻增加，工作電流下降；(2) 預(yù)處理不當(dāng)，進(jìn)水帶入的沉積物會(huì)使水流阻力上升，膜電阻增加從而影響水質(zhì)，進(jìn)水中 有機(jī)物對膜的污染以及細(xì)菌微生物的生長也會(huì)造成類似的結(jié)果；(3) 離子交換膜使用時(shí)間過長，或由于其他原因，如進(jìn)水中氧化物質(zhì)的作用，膜已老化，膜電阻增加；(4) 組裝時(shí)膜與隔板裝錯(cuò)，運(yùn)行中膜的損壞造成濃、淡水互漏，同時(shí)電流效率也下降；(5) 電極損壞，電路系統(tǒng)等發(fā)生電氣故障。4 膜出現(xiàn)脹縮電滲析器運(yùn)行后，由于膜的質(zhì)量原因，膜會(huì)出現(xiàn)脹縮，通常是陽膜縮短，陰膜變長,脹縮差異不大，可用 1 %2%鹽酸溶液浸泡、洗凈后再行組裝。脹縮太大，則可用純水浸泡陽膜使其伸展：陰膜可用稍濃鹽水浸

38、泡使其收縮后，再行組裝。六、電滲析法適用范圍適用范圍含鹽量單位含鹽量變化范圍耗電量，kWh/m備注進(jìn)水出水海水淡化mg/L2500035000500 100013 25適用于海船或海島，因耗 電量大，只采用中小容量 的電滲析器苦咸水淡化mg/L100010000500 100015適用于苦咸水和沿海地區(qū)自來水初級除鹽mg/L5001000500 1000約1制備初級純水代替蒸餾 水，適于作低壓鍋爐用水較高硬度鹽水的除鹽總硬度mmol/L電導(dǎo)率卩S/cm3870010000.015 0.031約1適用于水源硬度較高的低壓鍋爐用水及化學(xué)分析用水制備高純水電導(dǎo)率卩S/cm10000170000.2

39、0.312適用于電站高壓鍋爐用 水及電子工業(yè)用水。制備 方法：電滲析-一級復(fù)床- 混床；離子交換-電滲析七、電滲析最新研究進(jìn)展1.倒極電滲析70年代以來，美國Ionics公司推出了倒極電滲析，簡稱EDR我國從1985年也發(fā)展了自己的 EDR系統(tǒng).1988年我國還引進(jìn)了美國 Ionics 公司的兩套 50卅巾的EDR EDR的出現(xiàn)是電滲析技術(shù)的一次重大突破，大大推動(dòng)了電滲析技術(shù)的發(fā)展， 擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。(1) EDR原理ED法由于結(jié)垢問題，因此發(fā)展速度緩慢。EDR的原理和BD法基本是相同的，只是在運(yùn)行過程中，EDR每隔一定的時(shí)間(一般為1520min)，正負(fù)電被極性相互倒換一次(國內(nèi)電滲析器

40、一 般24h倒換一次），因此稱現(xiàn)行的倒極電滲行為頻繁倒極電滲析。它能自動(dòng)清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢，確保離子交換膜效率的長期穩(wěn)定性及淡 水的水質(zhì)相水量。2. 填充床電滲析又稱電脫離子法（Electrodeio-nizationo簡稱EDI）.它是將電滲析法與離子交換法結(jié)合起來的一種新型水處理方法。利用電滲析過程中極化現(xiàn)象對離子交換填充床進(jìn)行電化學(xué)再生，它巧妙地集中了電滲析與 離子交換這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，并且克服了它們的缺點(diǎn)，即電滲析過程的極化現(xiàn)象和離子交換的 化學(xué)再生過程。一般水中含鹽量為 5015000mg/L時(shí)都可使用，而對含鹽量低的水更為適宜。這種方法基 本上能夠除去水中全部離子，

41、所以它在制備高純水及處理放射性廢水方面有著廣泛的用途。填充床電滲析原理簡單的三隔室電滲析器，中間淡水室裝有混合陰、陽 離子交換樹脂或裝填離子交換纖維等兩邊是濃室（與極室在一起）。填充床電滲析的原理見圖4-6。它的作用原理有以下幾個(gè)過程。a. 電滲析過程：在外電場作用下，水中電解質(zhì)通過離子交換膜進(jìn)行選擇性遷移，從而達(dá)到去除 離子的作用。b. 離子交換過程：此過程靠離子交換樹脂對水中電解質(zhì)離子的交換作用，達(dá)到去除水中的離子。c. 電化學(xué)再生過程：利用電滲析的極化過程產(chǎn)生的H+離子和0H離子及樹脂本身的水解作用對樹脂進(jìn)行電化學(xué)再生。3. 高溫電滲析高溫電滲析的優(yōu)點(diǎn)在于能使溶液的粘度下降，提高擴(kuò)散速度

42、，溶液和膜的電導(dǎo)增大，從而 可以提高允許電流密度，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，或者降低動(dòng)力消耗，從而降低處理費(fèi)用。八、電滲析器在水處理方面的應(yīng)用首先用于苦咸水淡化，逐漸擴(kuò)大到海水淡化及制取飲用水和工業(yè)純水的給水處理中，在重金屬廢水處理、放射性廢水處理 等工業(yè)廢水處理中部巳得到應(yīng)用。第二節(jié)反滲透一、反滲透的原理（1）滲透的定義一種溶劑通過一種半透膜進(jìn)入一種溶液或一種稀溶液向一種比較濃的溶液的自然滲透。滲透壓：當(dāng)稀溶液向濃溶液的滲透停止時(shí)的壓力反滲透的定義：在濃液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液 中的溶劑壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這和自然界正常滲透過程相反。反滲透的條件：高選擇

43、性和高滲透性的選擇性半透膜、高于溶液滲透壓的操作壓。反滲透原理圖見圖 4-7。正常滲透-滲透平衡反滲透反滲透原理圖滲透壓的計(jì)算根據(jù)滲透平衡時(shí)膜兩側(cè)水的化學(xué)位相等的條件，得出滲透壓的計(jì)算公式，對于水的稀溶液,其計(jì)算式可近似為 Vant Hoff方程：n = R T 刀 Ci式中：n為滲透壓，MpaR為氣體常數(shù)，0.008039MPa L/(mol K);T為水的絕對溫度，K;刀Ci為水中各種溶質(zhì)的濃度之和，mol/L。滲透壓是選擇操作壓力和設(shè)計(jì)反滲透的重要依據(jù)。25 C時(shí)部分典型溶液的滲透壓數(shù)據(jù)組分濃度滲透壓組分濃度滲透壓mg/Lmmol/LMPapsimg/Lmmol/LMPapsiNaCl3

44、50000.602.8398MgSO10000.008310.0253.6海水32000-2.4340MgCb10000.01050.0689.7NaCl20000.03420.1622.8CaCL10000.0090.0588.3苦咸水2000-5000-0.105-0.2815-40蔗糖10000.002920.0071.05NaHCO10000.01190.0912.8葡萄糖10000.00550.0142.0NqSQ10000.007050.0426.0二、反滲透膜1. 反滲透膜的性能要求和指標(biāo)(1) 膜的化學(xué)穩(wěn)定性膜的化學(xué)穩(wěn)定性主要指膜的 抗氧化性和抗水解性。膜材料都是高分子化合物，

45、而水溶液中含有次氯酸鈉、溶解氧、雙氧水、六價(jià)鉻等氧化劑， 這些氧化劑會(huì)造成膜的氧化，影響膜的性能和壽命。因此若分離含氧化劑的水溶液，應(yīng)盡量避 免用含鍵能很低的 0-0鍵或N-N鍵的膜，以提高膜的抗氧化能力，如，芳香聚酰胺膜中因有一 定的N- N鍵，在氧化劑含量較高時(shí)易斷裂，故其抗氧化性不如醋酸纖維膜。膜的水解和氧化是同時(shí)發(fā)生的。當(dāng)制備膜的高分子化合物中含一CON-、一 COO-、-CN-、 CNO等時(shí)，在酸或堿的作用下，易發(fā)生水解反應(yīng)，使膜破壞，而聚砜、聚苯乙烯、 聚碳酸酯、聚苯醚等材料的抗水解性能優(yōu)越，但由于其缺少親水基團(tuán)，故透水性差，常用做制 作膜表面有孔的超濾膜和微孔濾膜。(2) 膜的耐

46、熱性和機(jī)械強(qiáng)度反滲透膜有時(shí)需在較高溫度下使用，故需耐熱。 膜的機(jī)械強(qiáng)度是高分子材料力學(xué)性質(zhì)的體現(xiàn)，其中包括膜的耐磨性。在壓力作用下，膜的 壓縮和剪切蠕變以及表現(xiàn)出的壓密現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致膜的透過速度下降。如能將膜直接制作在高強(qiáng) 度的支撐材料上，會(huì)增加膜的機(jī)械強(qiáng)度。(3) 膜的理化指標(biāo)膜材質(zhì)允許使用的壓力適用的 pH 范圍耐O2和Cl2等氧化性物質(zhì)的能力抗微生物、細(xì)菌的侵蝕能力 耐膠體顆粒及有機(jī)物、微生物的污染能力(4) 膜的分離透過特性指標(biāo)膜的分離特性指標(biāo)包括脫鹽率(或鹽透過率) 、產(chǎn)水率(或回收率) 、水通量及流量衰減系數(shù) (或膜通量保留系數(shù))等。 脫鹽率( Salt Rejection )指給水

47、中總?cè)芙夤腆w物(TDS中的未透過膜部分的百分?jǐn)?shù)。脫鹽率=(1 產(chǎn)品水中總?cè)芙夤腆w物/給水中總?cè)芙夤腆w物)X 100% 產(chǎn)水率( Permeat Flow Rate/ Recovery)指滲透水流的比率，也可表示為回收率，即產(chǎn)水流量與給水流量之比。產(chǎn)水率=(產(chǎn)品水流量/給水流量)X 100 % 水通量( Flux )又稱透水量，指單位面積膜的產(chǎn)品水流量，是設(shè)計(jì)和運(yùn)行都要加以控制的重要指標(biāo)，它取 決于膜和原水的性質(zhì)、工作壓力、溫度。 通量衰減系數(shù)( Flux decline coefficient )指反滲透裝置在運(yùn)行過程中水通量衰減的程度，即運(yùn)行一年后水通量與初始運(yùn)行水通量下 降的比值。如，Hy

48、dranautics的膜以井水為原水時(shí)每年衰減4%7%。 膜通量保留系數(shù)( Membrane Flux RetentionCoefficient )指運(yùn)行一定時(shí)間后水通量與初始水通量的比值。 鹽透過率( Salt Passage )鹽透過率=(1 脫鹽率)X 100% 最大給水流量、最大壓降、最低濃水流量使其給水與濃水壓力降不會(huì)太大，設(shè)定最大給水流量用來保護(hù)容器中的第一個(gè)反滲透元件，否則，壓力降高就可能使膜組件變形，損壞膜元件。設(shè)定最小的濃水流量以保證在容器末端的膜元件有足夠的橫向流速，從而減少了膠體在膜 表面上的沉淀，并且減少濃差極化對膜表面的影響。濃差極化指在膜表面上的鹽濃度高于主體流體濃

49、度的現(xiàn)象，易產(chǎn)生鹽濃縮，因?yàn)闄M向流速 低，膜表面的鹽的反向擴(kuò)散速度就低，結(jié)果難溶鹽沉淀的機(jī)會(huì)增多，而且更多的鹽會(huì)透過膜表 面，導(dǎo)致產(chǎn)水量和脫鹽率下降。(5) 反滲透膜的除鹽分離特性1) 有機(jī)物比無機(jī)物容易分離。2) 電解質(zhì)比非電解質(zhì)易分離。對電解質(zhì)來說，電荷高的分離性好，例如去除率大小順序?yàn)椋篈l 3+> Mg > CaT> Na+; PQ3- > SQ2- > Cl-3) 無機(jī)離子的去除率受該離子的水合離子數(shù)及水合離子半徑的影響水合離子半徑越大的離子( 一般離子半徑小的離子，其水合離子半徑大 ) ，則越容易被去除。例如，某些陽離子的去除 率大小順序?yàn)椋篗g Ca

50、2+>Li +> Na+> K+,而陰離子的去除率大小順序?yàn)椋篎- > C1- > Br- > NQ-。4) 對非電解質(zhì)來說，分子愈大的愈易去除。5) 氣體容易透過膜。例如：氨、氯、碳酸氣、硫化氫氧等氣體的去除率就很低。氨的分離性較差，但調(diào)pH值使之成為銨離子后，分離性就變好。6) 對弱酸諸如硼酸、有機(jī)酸的去除率低。 在有機(jī)化合物中，去除率大小順序?yàn)椋簷幟仕?gt;酒石酸>乙酸，乙醛>乙醇>胺>酸。2. 膜運(yùn)行條件的影響因素及膜表面的濃差極化(1) 膜的水通量和脫鹽率膜的水通量和脫鹽率是反滲透過程中關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)將受到壓力

51、、溫度、回 收率、給水含鹽量、給水 pH值等因素的影響。壓力給水壓力升高使膜的水通量增大， 壓力升高并不影響鹽透過量， 在鹽透過量不變的情況下， 水通量增大時(shí)產(chǎn)品水含鹽量下降，脫鹽率提高。溫度 在提高給水溫度而其他運(yùn)行參數(shù)不變時(shí)，產(chǎn)品水通量和鹽透過量均增加。給水含鹽量 給水含鹽量增加影響鹽透過量和產(chǎn)品水通量，使產(chǎn)品水通量和脫鹽量均下降。 回收率增大產(chǎn)品水的回收率，則產(chǎn)品水通量稍有下降趨勢。因?yàn)闈馑}濃度增大，鹽濃度高，則 滲透壓增大，在給水壓力不變的情況下，用于水通過膜的壓力降低。給水pH值脫鹽率和水通量在一定的 pH值范圍內(nèi)較為恒定，一般最大脫鹽率的pH為8.5左右。（2）膜表面的濃差極化1

52、）定義反滲透過程中，水分子透過以后，膜界面中含鹽量增大，形成較高濃度的濃水層，此層與 給水水流的濃度形成很大的濃度梯度，這種現(xiàn)象稱為膜的濃差極化。2 ）濃差極化的危害 由于界面層中的濃度很高，相應(yīng)地會(huì)使?jié)B透壓升高，導(dǎo)致原來運(yùn)行條件下的產(chǎn)水量下降。 由于界面層中鹽的濃度升高，膜兩側(cè)的鹽濃度差增大，使產(chǎn)品水的鹽透過量增大。 由于界面層的濃度升高，則易結(jié)垢的物質(zhì)增加了沉淀的傾向，從而導(dǎo)致膜的垢物污染。 濃差極化也是促成膜表面膠體污染的重要原因（膠體擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于鹽）。3）消除濃差極化的措施 嚴(yán)格控制膜的水通量； 嚴(yán)格控制回收率； 嚴(yán)格按照膜生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)導(dǎo)則進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行。 制造商對回收率的要求考慮

53、了膜表面沖洗的流速，對水通量的規(guī)定考慮了膜表面濃縮鹽分應(yīng)避免達(dá)到臨界濃度。3. 膜的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按反滲透膜的材質(zhì)、成膜工藝、結(jié)構(gòu)和特性分類，主要有非對稱反滲透膜、復(fù)合反滲透膜，包括被人們關(guān)注的耐氯膜、耐污染膜、動(dòng)力膜、荷電膜、無機(jī)膜等。（1 ）非對稱反滲透膜最早實(shí)際使用的反滲透膜，其結(jié)構(gòu)特征是二層結(jié)構(gòu)，上面一層是致密脫鹽層，下面一層是多孔支撐層，真正起脫鹽作用的是致密層最上面厚約0.10.2微米的一部分，叫活化層。致密層和多孔支撐層是在膜制備過程中同時(shí)形成的。目前應(yīng)用最廣泛的非對稱反滲透膜是醋酸纖維膜（CA和芳香聚酰胺膜。 醋酸纖維素膜（CA有平膜和管式膜（中空纖維膜），通常膜的厚度為100

54、200卩m制膜時(shí)與空氣相接觸的丙 酮蒸發(fā)面在外觀上有光澤，并有非常致密的構(gòu)造，其厚度在0.251卩m,這層稱為表面層或表面致密層，與除鹽作用有關(guān)。表面層下有一較厚的多孔海綿層，支持著表面層，稱為支持層。表面層含水率12%，支持層含水率 60%。表面層的細(xì)孔在 10nm以下，支持層的細(xì)孔在100nm-8 J3-ooOOO o o OO 0 o oOOO o o OO0 0000 0 o oOO O o QOOO o oCOO o DOO0 0 Q OO O o OOO O Q o O0Q o OO O 0 o OO0 o oooo « oaoo o O0OD半透膜優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，制備簡單，透水性能好。膜在短時(shí)間內(nèi)抗氯氣的濃度可達(dá)20ppm。缺點(diǎn)：容易水解和生物降解，高分子的屈服壓力只有 56kg/cm2,只能在較窄的pH值范圍（47）、較低的原水溫度（小于 30度）和較低的操作壓力（低于50kg/cm2）下使用。應(yīng)用：適用于苦咸水淡化、超純水制備和中性水溶液的濃縮分離等方面。三醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素等都可做成纖維素類膜。 芳香聚酰胺膜（PA70年代以前研究的主要是脂