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第 14 章 膜法. 微滤与超滤 电渗析 反渗透 其他膜技术. 14.1 微滤与超滤. 14.1.1 微孔过滤原理与装置 微滤与超滤都是在压差推动力作用下的筛孔分离过程。一般用来分 离分子量大于 500 的溶质、胶体、悬浮物和高分子物质。 超滤、微滤与反渗透膜及过程特性比较. 1 、微滤的原理与装置 1 )原理 2 )装置 ( 1 )无流动操作 ( 2 )错流操作. 14.1.2 微孔过滤膜 结构:微滤膜多数为对称结构,厚度 10~150um 不等,其中最常见的

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第 14 章 膜法

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第14章 膜法

微滤与超滤

电渗析

反渗透

其他膜技术


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14.1微滤与超滤

14.1.1微孔过滤原理与装置

微滤与超滤都是在压差推动力作用下的筛孔分离过程。一般用来分

离分子量大于500的溶质、胶体、悬浮物和高分子物质。

超滤、微滤与反渗透膜及过程特性比较


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1、微滤的原理与装置

1)原理

2)装置

(1)无流动操作

(2)错流操作


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14.1.2微孔过滤膜

结构:微滤膜多数为对称结构,厚度10~150um不等,其中最常见的

是曲孔型,类似于内有相连空隙的网状海绵;另一种是毛细管型,膜孔

呈圆筒状垂直贯通膜面,该类膜孔隙率<5%,但厚度仅为曲孔型1/15。

也有不对称的微孔膜,膜孔呈截头圆锥体状贯通膜面,过滤时原水在孔

径小的膜面流过。微滤膜材料:CN-CA、PAN、CA-CTA、PSA、尼龙

等,商品约十几种,400多个规格。

14.1.3超过滤的特点

超滤膜与微滤膜同是多孔膜,虽然前者孔径较小,后者较大,但前

者的工作周期比后者长得多。

原因:微滤是一种静态过滤,随过滤时间延长,膜面上截流沉积不

溶物,引起水流阻力增大,透水速率下降,直至微孔全被堵塞;超滤过

程是一种动态过程,在超滤进行时,由泵提供推动力,在膜表面产生两

个分力:一个是垂直于膜面的法向分力,使水分子透过膜面,另一个是

于膜面平行的切向力,把膜面截流物冲掉。因此,在超滤膜表面不易产

生浓差极化和结垢,透水速率衰减较慢,运行周期相对较长。

14.1.4超过滤装置

超滤装置有板框式,管式,卷式和中空纤维式。


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14.1.5超过滤膜及作用机理

超滤过程的一般表达式:

注:1)对于高浓度大分子溶质,由于浓差极化现象的产生,

上述关系不复存在。

2)对于高浓度大分子溶质,浓差极化后:

14.1.6超过滤过程的影响因素

1.膜材料 2.运行条件


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14.2电渗析

14.2.1原理和工作过程

C——阳膜 A——阴膜

阳极: Cl- →Cl2↑ +2e 阴极 : 2H++2e →H2↑

(氧化反应): H2O →H+ +OH- (还原反应): 4OH- →O2↑+2H2O+4e


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14.2.2 电渗析装置

1. 构造

膜堆:一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列,组成最基本的脱

盐单元,称为膜对。

一对电极之间若干膜对组成膜堆。

极区:电极、极框、电极托板、橡胶垫板。

紧固装置:压杆、螺杆紧固。

配套设备:整流器、水泵、转子流量计等。

2.组装:

级:一对电极之间

段:同向水流之间并联膜。

此段强调隔板构造

有回路: 流程长,脱盐效率高,流量小但要求高

无回路: 流程短,流速低,水流分布均匀,要求隔网搅动作用强,

使用于流量大场合


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14.2.2 离子交换膜

P+或P-越大,则选择透过性越好。

2. 膜电阻:Ω·cm2=电阻率×膜厚度

膜电阻越小,则所需电压越小,膜电阻在0.1mol/l的NaCl(250C)溶液中测得。


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14.2.3 电渗析的工艺参数

1.电流效率:一个淡室 m1=q(C1-C2)MBvt/1000(g)

时间为t内,应析出的盐量

2. 极限电流密度:


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如:增大i↑,则C′↓,当C′=0,则会产生电解出H+透过,此时电流

密度称为极限电流密度ilim。

V——水流速度

N——与水流紊乱有关,效果好n越接近于1,n=0.3~0.9

K——与隔板形式及厚度等因素有关。

ilim=KCVn

K——水力特性系数:①.与膜性能②.隔板形式与厚③.隔网形式、水的

离子组成、水温

测量法:

电压——电流法


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14.3 反渗透

14.3.1 反渗透的原理

1. 渗透现象与渗透压(原理如图14-3所示)

u=u0+RTlnx u——咸水中水的化学位

C——溶液的物质的量的浓度 mol/m3

i——系数 海水i=1.8


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2. 反渗透

在咸水一侧加压P,切P>π,从而u>u0,实现反渗透

单位体积理论耗能量(最小耗能量)

实际上,所需压力比理论值大的多。①反渗透进行过程中,海水浓度不断提高。

②为达到一定规模的生产能力。

3.反渗透膜及其透过机理:选择性吸着——毛细管流机理见图14-5。两个分子厚1nm


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14.3.2 反渗透装置


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14.3.3 反渗透的工艺流程与参数

1.工艺流程

2.反渗透装置主要参数

1)水与溶质的通量:


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膜进水侧平均含盐量浓度:

2)淡化水的含盐量Cf

②求得Cf值代回求得新的Cf值。


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14.3.4反渗透膜的分类及制造方法

反渗透膜的分类

以成膜材料分主要有纤维素脂类膜和非纤维素脂类膜两大类。

反渗透膜的制造方法:

1)CA膜:由乙酰基含量为39.8%或置换度2.46的醋酸纤维素作骨

架制成

2)芳香族聚酰胺膜:美国杜邦公司的“B-9”和“B-10”中空纤维件。


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14.3.5反渗透膜的污染及清洗

1.反渗透膜的污染

1)引起膜污染的原因

2)污染的一般特征


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2).清洗遵循的法则——10%法则

3)清洗工艺

2.清洗


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14.4其他膜技术

在水处理中常用的膜技术还有钠滤和液膜分离

14.4.1钠滤

1.钠滤、超滤和微滤都是籍膜孔的“筛除”/“筛除”作用直

接去除/截留水中的物质,故皆可称为膜滤。

2.钠滤 “筛除” 的包括了构成水溶液性质的溶解离子。

钠滤的渗透水,不止溶解离子的浓度有变化,碱度、硬度、

pH、TDS这些重要的水质参数的数值也要改变。

3.钠滤同时还能截流DBP前体以及NOM等低分子量的

有机物。


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14.4.2液膜分离

1.液膜的分类与构成

1)概念 2)分类

2.液膜法处理废水的机理

1)利用液膜对物质作选择性渗透;

2)在膜上或在膜包封的小水滴内发生化学反

应;

3)膜相的萃取作用

4)在膜相界面上的选择性吸附

3.液膜分离操作

1)乳状液膜的制备

2)接触分离

3)液膜回收


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