二膜處理技術(shù)課件

第二部分膜濾技術(shù)概述超濾反滲透電滲析應(yīng)用1精選課件ppt2.1概述一、定義

二、分類與特點2精選課件ppt一、定義在某種推動力的作用下，利用某種隔膜特定的透過性能，使溶質(zhì)或溶劑分離的方法稱為膜分離。分離溶質(zhì)時一般叫滲析；分離溶劑時一般叫滲透。3精選課件ppt1、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膜和無機膜。有機的主要有纖維素、聚酰胺、芳香雜環(huán)等，無機膜材料主要有陶瓷、玻璃和金屬等。4精選課件ppt2、膜應(yīng)具有的特點1、良好的滲透性2、高效的選擇性3、一定的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度4、耐污染使用壽命長5、易制備加工6、抗壓性5精選課件ppt3、膜組件的性能變化①膜污染：附著層和孔堵塞②劣化：物理性、化學(xué)性、生物性。6精選課件ppt二、分類與特點根據(jù)推動力的不同，膜分離有下列幾種：

濃度差：擴散滲析

電位差：電滲析

壓力差：反滲透

（壓力差1.0~10.0MPa）

納濾（壓力差0.5~2.5MPa）

超濾（壓力差0.1~0.5MPa）

微濾（壓力差0.01~0.2MPa）7精選課件ppt膜分離的特點：可在一般溫度下操作，沒有相變；濃縮分離同時進行；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，運行穩(wěn)定。

8精選課件ppt2.2微濾和超濾一、微濾二、超濾9精選課件ppt一、微濾1、原理2、微濾的操作模型10精選課件ppt1、原理在壓差推動力作用下進行的液相分離過程，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。分離機理：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：截留分子量超過500000的更大的分子。11精選課件ppt2、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，適用于實驗室等小規(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0.1％－0.5％的料液通則需進行預(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。

12精選課件ppt二、超濾1、原理2、超濾過程中的濃差極化3、應(yīng)用13精選課件ppt1、原理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。分離機理：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)。分離范圍：截留分子量1000－的物質(zhì)，如細菌、蛋白質(zhì)、顏料、油類等膜組件形式與反滲透類似。但既有有機膜，也有無機膜。

14精選課件ppt2、超濾過程中的濃差極化

在膜分離過程中，大分子溶質(zhì)被膜所截留并不斷累積在膜表面上，使溶質(zhì)在膜面處的濃度Cm高于主體溶液中的濃度Cb，從而形成濃度差Cm-Cb，并促使溶質(zhì)的反向擴散。這種現(xiàn)象稱為濃差極化。

mCbCm15精選課件pptJw：水通量K：傳質(zhì)系數(shù)＝D/

m

當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。

Rm:膜阻力；Rg：凝膠層阻力16精選課件ppt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；（2）對膜面不斷清洗；（3）控制料液濃度

17精選課件ppt3、應(yīng)用1．給水去除細菌、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18精選課件ppt超濾設(shè)備19精選課件ppt2.3反滲透和納濾一、反滲透二、納濾二者均是將低分子量的溶質(zhì)（無機鹽、葡萄糖等）從溶劑中分離出來。納濾稱低壓反滲透。20精選課件ppt一、反滲透1、滲透壓和反滲透原理2、反滲透膜3、應(yīng)用21精選課件ppt1、滲透壓和反滲透原理滲透壓：當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擴散，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。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。R氣體常數(shù)。當在鹽水側(cè)施加壓力P>π，反滲透。一般壓力在幾十公斤。22精選課件ppt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πP＞π23精選課件ppt2、反滲透膜★性能指標

脫鹽率＝（C0－C）/C0×100％，一般高達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24精選課件ppt25精選課件ppt反滲透機理尚不十分清楚。選擇性吸附－毛細管流機理：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管流過反滲透膜?？刂票砥拥目讖椒浅Ｖ匾?，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，可達到理想的脫鹽和透水效果。26精選課件ppt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純水層膜選擇性吸著-毛細管機理示意27精選課件ppt3、應(yīng)用1）苦咸水、海水淡化2）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：如處理鍍鎳廢水，鎳回收率可達99％。4）廢水脫鹽深度處理美國加州21世紀水處理回用廠，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。28精選課件ppt二、納濾1、分離原理2、納濾膜3、應(yīng)用29精選課件ppt1、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內(nèi)。30精選課件ppt2、納濾膜納濾膜也叫低壓反滲透膜?！镄阅苤笜?/p>

脫鹽率＝（C0－C）/C0×100％，一般高達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31精選課件ppt3、應(yīng)用1）苦咸水、海水淡化2）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：如處理鍍鎳廢水，鎳回收率可達99％。4）廢水脫鹽深度處理美國加州21世紀水處理回用廠，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。32精選課件ppt2.4電滲析一、原理二、離子交換膜三、關(guān)鍵設(shè)備四、電流效率與極限電流密度五、應(yīng)用33精選課件ppt一、原理34精選課件ppt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。35精選課件ppt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：只能將電解質(zhì)從溶液中分離出去。不能去除有機物等。36精選課件ppt二、離子交換膜離子交換樹脂：樹脂與離子之間發(fā)生交換反應(yīng)離子交換膜：對溶液中的離子具有選擇透過的特性按其結(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。37精選課件ppt1、離子交換膜的分類★按離子選擇性分：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38精選課件ppt2、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)定性和機械強度39精選課件ppt三、關(guān)鍵設(shè)備電極一級一段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40精選課件ppt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41精選課件ppt四、電流效率與極限電流密度1．電流效率η＝實際去除的鹽量m1/理論去除量m2

100%m1＝q(C1-C2)tMB/1000

q：一個淡室的出水量,L/sC1，C2：進出水含鹽量,mmol/Lt：通電時間,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：電流強度，A42精選課件ppt2．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。43精選課件ppt電滲析過程當電流密度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

44精選課件ppt極限電流密度的確定：電壓-電流法電流密度（mA/cm）相對電壓（v）Vpμmpc45精選課件ppt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％下運行；2）倒換電極；3）定期酸洗46精選課件ppt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)合進行）如酸洗廢水回收硫酸和鐵，芒硝回收硫酸和堿47精選課件ppt48精選課件ppt

2.5膜分離技術(shù)的種類及應(yīng)用：⑴.雙膜法；⑵.納濾法。49精選課件ppt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0.001－0.1微米之間的大分子物質(zhì)及雜質(zhì)，滿足反滲透的進水要求。反滲透（RO）能有效截留所有溶解鹽及分子量大于100的有機物，允許水分子通過。工藝流程51精選課件ppt反滲透膜：最為精密的一種膜分離產(chǎn)品，進水水質(zhì)要求較高。保證反滲透膜不污阻是雙膜法處理污水最關(guān)鍵的一步。運行核心52精選課件ppt膜分離裝置卷式膜分離設(shè)備53精選課件ppt中空纖維式膜分離設(shè)備54精選課件ppt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.處理水水質(zhì)好，可以回用。55精選課件ppt·雙膜法在實際工程中的應(yīng)用超濾系統(tǒng)56精選課件ppt反滲透系統(tǒng)57精選課件ppt反滲透系統(tǒng)58精選課件ppt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)，其分離機理遵循吸附-溶解-擴散-透濾模型。59精選課件ppt·納濾裝置卷式膜分離