礦業(yè)環(huán)境工程十

●膜

第八節(jié)膜法處理

膜可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的和氣態(tài)的。膜可以是均相的或非均相的，對(duì)稱的或非對(duì)稱的。膜可以是帶電的或中性的，而帶電膜又可以是帶正電或帶負(fù)電的，或二者兼而有之。膜可以是具有滲透性的，也可以是具有半滲透性的，但不能是完全不透過性的。膜可以存在于兩流體之間，也可以附著于支撐體或載體的微孔隙上，膜厚度應(yīng)比表面積小得多。

膜是將兩相分開的一薄層物質(zhì)。1、基本認(rèn)識(shí)●膜分離法

分離溶質(zhì)時(shí)一般叫滲析；分離溶劑時(shí)一般叫滲透。

第八節(jié)膜法處理

膜分離法可用于液相和氣相。對(duì)液相分離，可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。以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、電位差等）時(shí)，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，達(dá)到分離、提純、富集或分級(jí)目的的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。1、基本認(rèn)識(shí)●膜分離法分類

第八節(jié)膜法處理根據(jù)推動(dòng)力的不同，膜分離主要有下列幾種：濃度差：擴(kuò)散滲析電位差：電滲析壓力差：反滲透

納濾

超濾

微濾1、基本認(rèn)識(shí)●膜分離技術(shù)的特點(diǎn)第八節(jié)膜法處理

（1）能耗較低。∵膜分離過程不發(fā)生相變。（2）在常溫下進(jìn)行。因而特別適于對(duì)熱敏感的物質(zhì)，如對(duì)果汁、酶、藥品等的分離、分級(jí)、濃縮與富集過程。（3）應(yīng)用對(duì)象廣泛。不僅適用于有機(jī)物和無機(jī)物，從病毒、細(xì)菌到微粒的廣泛分離，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如溶液中大分子與無機(jī)鹽的分離，一些共沸物或近沸點(diǎn)物系的分離等，而后者常規(guī)的蒸餾常常是無能為力的。（4）分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修，分離效率高。作為一種新型的水處理方法與常規(guī)水處理方法相比，具有占地面積小，處理效率高等特點(diǎn)。1、基本認(rèn)識(shí)2、滲析

第八節(jié)膜法處理滲析法原理濃差擴(kuò)散2、滲析

第八節(jié)膜法處理滲析方程2、滲析

第八節(jié)膜法處理滲析的應(yīng)用——

（1）人工腎2、滲析

第八節(jié)膜法處理滲析的應(yīng)用——（2）廢酸液的處理與回收

上海硅鋼片廠與中科院上海有機(jī)所及上海冶金設(shè)計(jì)院合作，首次成功地采用了這種工藝，其具體工藝參數(shù)如下：

廢酸成分?jǐn)U散液(滲析液)成分

H2S04200—220g／L

H2S04140～160g／LFeSO4180～200g／LFeSO4

不大于10g／LH2SO4回收率：78％～95％，一般不小于85％透酸速率：不小于70g／m2h

廢酸處理負(fù)荷q0：不小于0.44L／m2.h

2、滲析

第八節(jié)膜法處理滲析的應(yīng)用——（2）廢酸液的處理與回收

分離后的FeSO4可以作為水處理混凝劑使用，也可以用隔膜電解法回收鐵粉。該法的主要特點(diǎn)是在廢酸處理與回收中不消耗能源，而且回收的酸還可以再返回酸洗工藝中使用，質(zhì)量符合生產(chǎn)要求，工藝簡單，操作方便，使用壽命長。我國使用最廣泛的滲析膜最初是強(qiáng)堿性陰離子交換膜S-203，現(xiàn)為聚偏氟乙烯均相膜F201，其使用壽命達(dá)4年以上。由浙江寧波鎮(zhèn)海環(huán)保設(shè)備廠生產(chǎn)的各種規(guī)格擴(kuò)散滲析器，已供應(yīng)市場。日本產(chǎn)酸滲析膜有德山曹達(dá)的DFM膜和旭硝子的DMV膜。3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電滲析法原理

在直流電場作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽離子交換膜對(duì)溶液中的陰、陽離子的選擇透過性，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。

3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電滲析法原理

●電滲析過程是電解和滲析擴(kuò)散過程的組合。

●核心：離子交換膜的選擇透過性3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電滲析法原理

3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電滲析法原理

離子交換膜的選擇透過機(jī)理：①雙電層理論②唐南膜平衡理論3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電滲析法原理

陰極：還原反應(yīng)：2H＋＋2e→H2↑

陰極室溶液呈堿性，結(jié)垢陽極：氧化反應(yīng)：4OH－→O2↑＋2H2O＋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。3、電滲析

第八節(jié)膜法處理離子交換膜按其結(jié)構(gòu)分為：異相膜、均相膜。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：離子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)?！锇措x子選擇性分：陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中電離后，呈負(fù)電性陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2N（CH3）3OH，電離后，呈正電性

3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電流效率與極限電流密度①電流效率

η＝實(shí)際去除的鹽量m1/理論去除量m2

100%m1＝q(C1-C2)tMB/1000q：一個(gè)淡室的出水量,L/sC1、C2：進(jìn)、出水含鹽量,mmol/Lt：通電時(shí)間,sMB：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量依據(jù)法拉第定律：m2=ItMB/FF：法拉第常數(shù)I：電流強(qiáng)度，A3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電流效率與極限電流密度②極限電流密度

如果電流密度過大—發(fā)生濃差極化現(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）＝0.5Na+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?jiǎng)佑眠吔鐚又械穆入x子，致使邊界層與主流層之間存在濃度差。當(dāng)電流密度i過大時(shí)，C’趨于0，水分子開始電離，參加遷移，此時(shí)發(fā)生濃差極化現(xiàn)象—極限電流密度3、電滲析

第八節(jié)膜法處理電流效率與極限電流密度②極限電流密度

極限電流密度的確定：電壓-電流法③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70－90％下運(yùn)行；2）倒換電極；3）定期酸洗3、電滲析

第八節(jié)膜法處理應(yīng)用——（1）除鹽

電滲析水處理技術(shù)，一般作為制取除鹽水或作為制備純水及高純水的前處理(或稱預(yù)處理)較為經(jīng)濟(jì)。直接制取純水和高純水不經(jīng)濟(jì)的，但用填充床電滲析，則可直接制取高純水。電滲析目前用于水處理的除鹽范圍在各國不盡相同：美國原水含鹽量在200－5000mg/L；日本原水含鹽量在500－10000mg/L，1000－8000mg/L最經(jīng)濟(jì)；前蘇聯(lián)原水含鹽量在3000－8000mg/L最合適；我國

另外，原水在進(jìn)入電滲析之前，還要進(jìn)行過濾，以除去水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)，除鐵、錳及有機(jī)物等，以保證電滲析水處理過程能穩(wěn)定運(yùn)行。3、電滲析

第八節(jié)膜法處理例：堿法及硫酸鹽法造紙黑液

電滲析法治理技術(shù)（我國東北某廠）

在電滲析器中黑液的處理可達(dá)到三個(gè)目的：

從陰極室得到了純凈的火堿，在陽極室OH－放電產(chǎn)生O2和H＋，能氧化降低COD，又能降低pH值。經(jīng)電滲析回收堿以后的黑液：無機(jī)物回收為有用的NaOH，有機(jī)物同時(shí)被氧化成代有－C00H的化合物，pH從14以上降到6左右，Na2Si03脫水變成SiO2沉淀到槽底。此時(shí)，將黑液的有機(jī)物用絮凝劑進(jìn)行絮凝，提取木質(zhì)素有機(jī)肥料(腐質(zhì)酸含量50％以上)，數(shù)量可達(dá)到lt肥/1t紙。黑液中的木素有機(jī)物，還可提取木鈣水泥減水劑。經(jīng)上述處理的廢水，為微黃色透明，而COD、pH、懸浮物均已達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用——（2）廢水處理4、反滲透

第八節(jié)膜法處理滲透壓和反滲透原理4、反滲透

第八節(jié)膜法處理

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(水)壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這種和自然界正常滲透過程相反的滲透，稱為反滲透。滲透壓和反滲透原理4、反滲透

第八節(jié)膜法處理滲透壓：當(dāng)用一張半透膜將純水和鹽水分開，純水會(huì)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(dòng)態(tài)平衡。滲透的推動(dòng)力就是滲透壓，這是正滲透。任何溶液都存在滲透壓π，只是一般沒表現(xiàn)出來。

π=iRTCi：范特霍爾系數(shù)

C：溶液的濃度當(dāng)在鹽水側(cè)施加壓力P>π，反滲透。一般壓力在幾十公斤。滲透壓和反滲透原理4、反滲透

第八節(jié)膜法處理反滲透膜★性能指標(biāo)脫鹽率＝（C0－C）/C0×100％，一般高達(dá)90％以上。透水率（L/m2.d）膜種類：醋酸纖維素膜（CA）芳香族聚酰胺膜結(jié)構(gòu)：表皮層、過渡層、多孔支撐層4、反滲透

第八節(jié)膜法處理反滲透膜反滲透機(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(gè)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?？刂票砥拥目讖椒浅Ｖ匾绊懨擕}效果和透水性，一般為純水層厚度的一倍時(shí)，稱為膜的臨界孔徑，可達(dá)到理想