膜分離試題及答案

組件外殼滲透液

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1、什么是膜別離？膜材料為什么會(huì)有選擇滲透性？答：膜別離〔MembraneSeparation〕是以選擇性透過膜為別離介質(zhì)，在膜兩側(cè)肯定推進(jìn)力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以別離，以到達(dá)提純、濃縮等目的的別離過程。膜材料具有選擇透過性的原因：一是膜中分布有微細(xì)孔穴，不同的孔穴有選擇滲透性；二是膜中存在固定基團(tuán)電荷，電荷的吸附排斥產(chǎn)生選擇滲透性；三是被別離物在膜中的溶化擴(kuò)散作用產(chǎn)生選擇滲透性。2、膜別離設(shè)備的主要類型，其主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)？答：①管式：管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液，管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。多孔管內(nèi)壓管式：料液膜

外壓管式：

料液

墊圈

滲余液

滲透液

滲透液多通道組件

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液。缺點(diǎn):管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少,一般僅為33～330，保存體積大，壓力降大，除特別場合外，一般不被使用。②中空纖維式：有數(shù)百上萬根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜稱中空纖維膜，0.25-2.5mm膜稱毛細(xì)管膜。前者耐壓，常用于反滲透。后者用于微、超濾。

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易清洗，無死角，適宜于處理含固體較多保存體積大，單位體積中所含保存體積小，能量消耗界于管式和螺旋卷死體積大

優(yōu)選文檔易清洗，無死角，適宜于處理含固體較多保存體積大，單位體積中所含保存體積小，能量消耗界于管式和螺旋卷死體積大

料液流向：采納內(nèi)壓式時(shí)為預(yù)防堵塞，需對料液預(yù)處理去固形微粒，采納外壓式時(shí)，凝膠層操縱較困難。優(yōu)點(diǎn):設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大(高達(dá)16000～30000)缺點(diǎn):中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對料液處理要求高。③平板式：這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過時(shí)，透過液從支撐板的下部孔道中聚集排出。為減小濃差極化，濾板的外表為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出搜集。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜的清洗更換簡單，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要組裝不同數(shù)量的膜。缺點(diǎn):需密封的邊界線長④卷式〔螺旋式〕：將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一個(gè)膜組。料液在膜外表通過間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過液沿螺旋形流向中心管。優(yōu)點(diǎn):目前卷式膜組件應(yīng)用比擬廣泛、與板框式相比，卷式組件的設(shè)備比擬緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大，湍流狀況好，適用于反滲透；缺點(diǎn):清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其開展。型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

管式的料液，單根管子可以調(diào)換過濾面積較小，壓力降大

中空纖維式保存體積小，單位體積所含過濾面積大，料液需要預(yù)處理，單根纖維損可以逆洗，操作壓力較低，動(dòng)力消耗較低壞時(shí)需調(diào)換整個(gè)模件

螺旋卷繞式單位體積中所含過濾面積大，換新膜簡單料液需預(yù)處理，壓力降大,易污染,清洗困難

平板式繞式

3、電滲析工作原理？答：電滲析是在直流電場的作用下，利用待別離分子的荷點(diǎn)性質(zhì)和分子大小的差異，以外電場電位差為推進(jìn)力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性〔即陽膜只同意陽離子通過，陽膜只同意陰離子通過〕，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜別離操作；電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽膜交替排列于兩電極之間組成許多由膜隔開的小水室，如圖9-1所示。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，在直流電場的作用下，溶液中的離子作定向遷移。陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移。但由于離子交換膜具有選擇透過性，結(jié)果使一些小室離子濃度降低而成為淡水室，與淡水室相鄰的小室則因富集了大量離子而成為濃水室。從淡水室和濃水室分別得到淡水和濃水。原水中的離子得到了別離和濃縮，水便得到了凈化。4、膜污染的操縱方法及膜的清理方法？答：膜污染操縱方法：膜材料的選擇，膜孔徑或截留分子量的選擇，膜結(jié)構(gòu)的選擇；溶液中鹽濃度的影響，離子強(qiáng)度，溶液濃度，溶液的pH值；溫度，亞青與料液流速，溶液與膜接觸時(shí)間；組件結(jié)構(gòu)選擇，膜外表粗糙程度。清洗方法(1)物理清洗法：海綿球擦洗、等壓清洗、熱水法、反沖洗和循環(huán)清洗

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(2)化學(xué)清洗法：利用NaOH、酸、外表活性劑、酶、氧化劑、有機(jī)溶劑等作為清洗劑清洗；〔3〕其他方法：電場過濾、脈沖電解清洗、電滲透清洗等5、制備無機(jī)膜常用的方法？答：無機(jī)膜的制備方法很多，應(yīng)根據(jù)制膜材料、膜及載體的結(jié)構(gòu)、膜孔徑大小、孔隙率和膜厚度不同而選擇有工業(yè)應(yīng)用前景的制備方法主要有：固態(tài)離子燒結(jié)法、溶膠－凝膠法、薄膜沉積法、陽極氧化法、相別離-瀝濾法、熱分解法、水熱法等等。一、固態(tài)粒子燒結(jié)法固態(tài)粒子燒結(jié)法是將無機(jī)粉料微小顆?；虺?xì)顆粒〔粒度0.1～10μm〕與適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)混合分散形成穩(wěn)定的懸浮液，成型后制成生坯，再經(jīng)枯燥，然后在高溫〔1000～1600oC〕下進(jìn)行燒結(jié)處理，這種方法不僅可以制備微孔陶瓷膜或陶瓷膜載體，也可用于制備微孔金屬膜。二、溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是合成無機(jī)膜的一種重要方法，目前國內(nèi)外材料科學(xué)家之所以對此法產(chǎn)生濃厚興趣，不僅是因?yàn)檫@種工藝可以制得孔徑小〔1.0～5.0nm〕、孔徑分布狹窄的陶瓷膜，而且許多單組分和多組分金屬氧化物陶瓷膜都可用這種工藝制得。這種陶瓷膜作為操縱層既可用于超濾和氣體別離，經(jīng)修飾后也可以作為催化膜用于膜反響器，充分顯示出溶膠-凝膠法的廣泛應(yīng)用前景。三、薄膜沉積法薄膜沉積法是指用濺射、離子鍍及氣相沉積等方法，將膜料沉積在載體上制造薄膜的方法。薄膜沉積過程大致分為兩個(gè)步驟：一是膜材料〔膜料〕的氣話，二是膜料的蒸汽依附于其他材料制成的載體上形成薄膜。例如，濺射鍍膜是在低氣壓下，讓離子在強(qiáng)電場的作用下轟擊膜料，使外表原子相繼逸出，沉積在載體上形成薄膜。四、陽極氧化法陽極氧化法是目前制備多孔氧化鋁膜的重要方法之一。該法的特點(diǎn)是，制得的膜的孔徑是同向的，幾乎相互平行并垂直于膜外表，這是其他方法難以到達(dá)的。陽極氧化過程的根本原理是：以高純度的合金鋁箔為陽極，并使一側(cè)外表與酸性電解質(zhì)溶液接觸，通過電解作用在此外表上形成微孔氧化鋁膜，然后用適當(dāng)?shù)姆椒ǔノ幢谎趸匿X載體和阻擋層，便得到孔徑均勻、孔道與膜平面垂直的微孔氧化鋁膜。五、相別離-瀝濾法相別離-瀝濾法可以制備微孔玻璃膜、復(fù)合微孔玻璃膜和微孔金屬膜。六、熱分解法熱分解法是在惰性氣體愛護(hù)或真空條件下，高溫?zé)岱纸鉄峁绦跃酆衔铮缋w維素、酚醛樹脂、聚偏二氯乙烯等，可制成碳分子篩膜〔MSCM〕。碳分子篩膜由于其孔徑大小與氣體分子尺寸相近，氣體因分子大小不同而被別離，因此有極高的選擇性。七、水熱法分子篩膜作為復(fù)合膜的操縱層來使用，由于其具有均勻的孔徑，且孔徑大小與分子尺寸相近，氣體因分子大小不同而被別離，這種由分子篩分機(jī)制操縱的選擇性是微孔膜中最高的。分子篩膜的研究目前還處于試驗(yàn)階段，其合成方法根本上分兩類：〔1〕將事先合成好的分子篩埋在相對非滲透性的基質(zhì)中成膜?！?〕在多孔載體的孔口或次孔口原位水熱合成分子篩膜。它是將載體預(yù)處理后，浸在由水玻璃、氫氧化鈉和水配成的溶液中，經(jīng)水熱處理后在氧化鋁陶瓷板外表析出分子篩。6、膜集成技術(shù)對海水淡化的示意圖，每一操作單元所起的作用？7、分置式和一體式膜生物反響器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)？膜生物反響器原理：膜反響器將生物反響器和膜別離過程結(jié)合的一種新型工藝，其最大的特點(diǎn)就是采納膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反響器中進(jìn)行

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c——滲透物中溶質(zhì)的濃度，kg/m3。

優(yōu)選文檔c——滲透物中溶質(zhì)的濃度，kg/m3。

生物降解，同時(shí)生物反響器內(nèi)的混合液在膜的兩側(cè)壓力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分子溶質(zhì)透過膜，即為處理后出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其與處理出水的別離過程。分置式膜生物反響器：優(yōu)點(diǎn)：1〕膜組件與生物反響器之間的相互影響小2〕單位面積膜的水通量大3〕運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作治理簡單4〕易于膜的清洗、更換和增設(shè)缺點(diǎn)：1〕為減少污染物在膜外表的沉積，需要較高的膜面流速，因而配置的超濾循環(huán)泵需要較高的流量，能耗很高，一般為6~8Kw?h/m32)循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會(huì)引起生物絮體的破壞，導(dǎo)致生物活性的降低。一體式膜生物反響器：優(yōu)點(diǎn)：1〕體積小，整體性強(qiáng)。膜組件直接置于生物反響器中，大大減少了占地面積。2〕運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用低，膜外表的錯(cuò)流是靠空氣攪動(dòng)產(chǎn)生的，混合液隨氣流向上流動(dòng)，在膜外表產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在這種剪切應(yīng)力的作用下，沉積在膜外表的顆粒簡單脫離膜外表，因而不需要功率較大的循環(huán)泵。缺點(diǎn)：1〕需要定期將膜組件取出生物反響器進(jìn)行化學(xué)清洗，因而治理方面上不及分置式2〕出水不連續(xù)3〕單位膜面積的產(chǎn)水量較低，一般僅為5-10L/m2?h9、計(jì)算題:通量、截留率的計(jì)算答：透過性能

能夠使被別離的混合物有選擇的透過是別離膜的最根本條件。表征膜透過性能的數(shù)是透

過速率，是指單位時(shí)間、單位膜面積透過組分的通過量，對于水溶液體系，又稱透水率或水

通量，以J表示。

式中：J——透過速率，m3/(m2·h)或kg/(m2·h)；

V——透過組分的體積或質(zhì)量，m3或kg；

A——膜有效面積，m2；

t——操