水污染控制工程(第十四講)1

1、環(huán)境工程環(huán)境工程 第五節(jié)第五節(jié) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 半透膜：在溶液中凡是一種或幾種成分不半透膜：在溶液中凡是一種或幾種成分不能透過，而其他成分能透過的膜。能透過，而其他成分能透過的膜。 膜分離法：是用一種特殊的半透膜將溶液膜分離法：是用一種特殊的半透膜將溶液隔開，使溶液中的某種溶質(zhì)或者溶劑（水）隔開，使溶液中的某種溶質(zhì)或者溶劑（水）滲透出來，從而達(dá)到分離溶質(zhì)的目的滲透出來，從而達(dá)到分離溶質(zhì)的目的。 根據(jù)膜的不同種類及不同的推動力，根據(jù)膜的不同種類及不同的推動力，膜分膜分離法可分為離法可分為：擴(kuò)散滲析、電滲析、反滲析、擴(kuò)散滲析、電滲析、反滲析、超濾超濾環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)

2、境工程 膜法的特點(diǎn)：膜法的特點(diǎn)：可在一般溫度下操作，不消可在一般溫度下操作，不消耗熱能，沒有相的變化；設(shè)備可工廠化生產(chǎn)；耗熱能，沒有相的變化；設(shè)備可工廠化生產(chǎn)；容易操作等。容易操作等。缺點(diǎn)是處理能力??；缺點(diǎn)是處理能力?。恍柘南嘈柘南喈?dāng)?shù)哪芰浚〝U(kuò)散滲析除外）當(dāng)?shù)哪芰浚〝U(kuò)散滲析除外）。 膜分離技術(shù)中，物質(zhì)透過薄膜需要動力，膜分離技術(shù)中，物質(zhì)透過薄膜需要動力，常利用的有三種動力：（常利用的有三種動力：（1）分子擴(kuò)散作用；）分子擴(kuò)散作用；（2）電力；（）電力；（3）壓力。）壓力。 反滲透法和超濾要把水加壓，用電力的是反滲透法和超濾要把水加壓，用電力的是電滲析法，依靠分子自然擴(kuò)散的是擴(kuò)散滲析電滲析法

3、，依靠分子自然擴(kuò)散的是擴(kuò)散滲析法。法。環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程 一、電滲析一、電滲析 1、原理：電滲析是在直流電場的作用下，、原理：電滲析是在直流電場的作用下，利用陰陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的利用陰陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。與水分離的一種物理化學(xué)過程。 電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽膜置放于兩電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽膜置放于兩電極之間組成電極之間組成 環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境

4、工程環(huán)境工程+陽極陽極陰極陰極Cl-Na陽膜陽膜陽極室陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陰膜陽膜陽膜陰膜陰膜環(huán)境工程環(huán)境工程 電滲析通電后，在兩個電極上會發(fā)生電化電滲析通電后，在兩個電極上會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以學(xué)反應(yīng)，以NaCl溶液為例，在陽極上其反應(yīng)溶液為例，在陽極上其反應(yīng)為：為： 2Cl-2e=Cl2H2O=H+ + OH-4OH- -4e=O2+2H2O產(chǎn)生的氯氣又有一部分溶于水中：產(chǎn)生的氯氣又有一部分溶于水中：Cl2+H2O=HCl+HClO HClO=HCl+O環(huán)境工程環(huán)境工程 由此可見，由此可見，陽極反應(yīng)有氧氣和

5、氯氣產(chǎn)生陽極反應(yīng)有氧氣和氯氣產(chǎn)生，氯氣溶于水又產(chǎn)生氯氣溶于水又產(chǎn)生HCl及初生態(tài)氧及初生態(tài)氧O，陽，陽極呈酸性反應(yīng)極呈酸性反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)注意陽極的氧化和腐，應(yīng)當(dāng)注意陽極的氧化和腐蝕問題。蝕問題。在陰極上：在陰極上： H2O=H+ + OH- 2H+2e=H2 Na+OH-=NaOH環(huán)境工程環(huán)境工程 在陰極室由于在陰極室由于H+的減少、放出氫氣的減少、放出氫氣,極水極水呈堿性反應(yīng)呈堿性反應(yīng),當(dāng)極水中含有當(dāng)極水中含有Ca2+、Mg2+和和HCO3-等離子時(shí)，會生成等離子時(shí)，會生成CaCO3和和Mg(OH)2等沉淀物，等沉淀物，在陰極上發(fā)生結(jié)垢。在陰極上發(fā)生結(jié)垢。 在極室中應(yīng)注意及時(shí)排除電極反應(yīng)產(chǎn)物，在

6、極室中應(yīng)注意及時(shí)排除電極反應(yīng)產(chǎn)物，以保證電滲析過程的正常安全運(yùn)行?？紤]到以保證電滲析過程的正常安全運(yùn)行?？紤]到陰膜容易損壞，并陰膜容易損壞，并為防止為防止Cl-離子透過陰膜進(jìn)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，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)膜而改用陽膜或惰性多孔保護(hù)膜。環(huán)境工程環(huán)境工程 環(huán)境工程環(huán)境工程 淡室為離子減少的隔室，其出水為淡室為離子減少的隔室，其出水為淡水淡水。 濃室為離子增多的隔室，其出水為濃室為離子增多的隔室，其出水為濃水濃水。 極室為與電極接觸的隔室，其出水為極室為與電極接觸的隔室，其出水為極水極水。 對于一般的給水處理，得到的

7、為淡水，濃對于一般的給水處理，得到的為淡水，濃水排走；水排走； 對于工業(yè)廢水處理，淡水可無害化排放或?qū)τ诠I(yè)廢水處理，淡水可無害化排放或重復(fù)利用；濃水則可回收有用物質(zhì)。重復(fù)利用；濃水則可回收有用物質(zhì)。 環(huán)境工程環(huán)境工程2、常用的膜、常用的膜 異相膜異相膜：將離子交換樹脂磨成粉：將離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網(wǎng)末，加入粘合劑，滾壓在纖維網(wǎng)上，也有直接滾壓成膜的。上，也有直接滾壓成膜的。 按膜體結(jié)構(gòu)分類按膜體結(jié)構(gòu)分類均相膜均相膜：與一般離子交換樹脂具有：與一般離子交換樹脂具有同樣的組成，它是將制造離子交換同樣的組成，它是將制造離子交換樹脂的母體材料制成連續(xù)的膜狀物，樹脂的母體材料制

8、成連續(xù)的膜狀物，作為底膜，然后在上面嵌接上具有作為底膜，然后在上面嵌接上具有交換能力的活性基因。交換能力的活性基因。 半均相膜半均相膜環(huán)境工程環(huán)境工程 離子交換膜是電滲析器的關(guān)鍵部件，良好離子交換膜是電滲析器的關(guān)鍵部件，良好的電滲析膜具備的條件：的電滲析膜具備的條件：（1）高的離子選擇透過性，即陽膜只允許陽）高的離子選擇透過性，即陽膜只允許陽離子透過，陰膜則相反。離子透過，陰膜則相反。（2）滲水性低；）滲水性低；（3）導(dǎo)電性好，膜電阻低。膜電阻越小，電）導(dǎo)電性好，膜電阻低。膜電阻越小，電滲析所需電壓越低。滲析所需電壓越低。環(huán)境工程環(huán)境工程（4）化學(xué)穩(wěn)定性良好，能耐酸、堿、抗氧、）化學(xué)穩(wěn)定性良好

9、，能耐酸、堿、抗氧、抗氯。緊靠正、負(fù)電極的膜多用抗腐蝕性較抗氯。緊靠正、負(fù)電極的膜多用抗腐蝕性較強(qiáng)的陽膜。強(qiáng)的陽膜。（5）足夠的機(jī)械強(qiáng)度，較小的收縮性、溶漲）足夠的機(jī)械強(qiáng)度，較小的收縮性、溶漲性，以適應(yīng)使用和安裝。性，以適應(yīng)使用和安裝。環(huán)境工程環(huán)境工程 3、設(shè)備：、設(shè)備： 電滲析器包括：壓板、電極托板、電極、電滲析器包括：壓板、電極托板、電極、極框、陽膜、陰膜、隔板甲、隔板乙等。極框、陽膜、陰膜、隔板甲、隔板乙等。 隔板用于隔開陰、陽膜，是水流的通道，隔板用于隔開陰、陽膜，是水流的通道，有配水孔、布水槽、流水道以及攪動水流有配水孔、布水槽、流水道以及攪動水流用的隔網(wǎng)。用的隔網(wǎng)。環(huán)境工程環(huán)境工程

10、環(huán)境工程環(huán)境工程 電極材料常用鉛板或石墨、不銹鋼和鈦電極材料常用鉛板或石墨、不銹鋼和鈦圖釕等。圖釕等。 電滲析器的組裝方式有幾種。電滲析器的組裝方式有幾種。 一對正、負(fù)電極之間稱一級，具有同一一對正、負(fù)電極之間稱一級，具有同一水流方向的并聯(lián)膜稱一段水流方向的并聯(lián)膜稱一段。 在一臺裝置中膜的對數(shù)（陰、陽膜隔一在一臺裝置中膜的對數(shù)（陰、陽膜隔一張成為一對）可在張成為一對）可在120對以上。對以上。 環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程 4、應(yīng)用、應(yīng)用 不適合處理濃度較高的廢水。不適合處理濃度較高的廢水。 苦咸水（小于苦咸水（小于10g/L）的除鹽是電滲析最）的除鹽是電滲

11、析最主要的用途?？勺鳛殡x子交換制純水的預(yù)處主要的用途?？勺鳛殡x子交換制純水的預(yù)處理，使離子交換柱的生產(chǎn)能力提高，增長交理，使離子交換柱的生產(chǎn)能力提高，增長交換周期，節(jié)省再生劑的用量，操作簡便。換周期，節(jié)省再生劑的用量，操作簡便。環(huán)境工程環(huán)境工程（1）電滲析法海水淡化電滲析）電滲析法海水淡化電滲析 原水原水101過濾器過濾器精密過濾器精密過濾器電滲析電滲析裝置裝置中空纖維超濾器中空纖維超濾器紫外線殺菌器紫外線殺菌器成成品水品水 （2）電滲析法回收酸洗廢水中的硫酸和鐵）電滲析法回收酸洗廢水中的硫酸和鐵（3）電滲析法處理芒硝廢水）電滲析法處理芒硝廢水 原水原水機(jī)械過濾器機(jī)械過濾器精密過濾器精密過濾器

12、電滲析電滲析裝置裝置陽離子交換器陽離子交換器脫氣塔脫氣塔陰離子交換陰離子交換器器成品水成品水環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程 二、反滲析二、反滲析 1、原理：、原理：用一種半透膜將淡水和鹽水隔開，用一種半透膜將淡水和鹽水隔開，該膜只讓水分子通過，而不讓溶質(zhì)通過。由于淡該膜只讓水分子通過，而不讓溶質(zhì)通過。由于淡水中水分子的化學(xué)位比鹽水中水分子的化學(xué)位高，水中水分子的化學(xué)位比鹽水中水分子的化學(xué)位高，所以淡水中的水分子自發(fā)地通過膜而滲流入鹽水所以淡水中的水分子自發(fā)地通過膜而滲流入鹽水中，一直到鹽水側(cè)的水位上升到一定高度為止，中，一直到鹽水側(cè)的水位上升到

13、一定高度為止，此高度稱為鹽水的滲透壓此高度稱為鹽水的滲透壓。如在鹽水側(cè)施加壓力。如在鹽水側(cè)施加壓力P，當(dāng)，當(dāng)P=時(shí)，則水分子在膜兩側(cè)通過的數(shù)目相等，時(shí)，則水分子在膜兩側(cè)通過的數(shù)目相等，達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)壓力達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)壓力P時(shí)，則鹽水中的水分子時(shí)，則鹽水中的水分子將流向淡水中去，使鹽水增濃，這就是反滲透現(xiàn)將流向淡水中去，使鹽水增濃，這就是反滲透現(xiàn)象。象。 滲透壓是區(qū)別溶液與純水性質(zhì)之間差別的一種滲透壓是區(qū)別溶液與純水性質(zhì)之間差別的一種標(biāo)志，以壓力來表明。標(biāo)志，以壓力來表明。環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程環(huán)境工程 環(huán)境工

14、程環(huán)境工程 2、反滲透裝置、反滲透裝置反滲透膜有醋酸纖維膜、聚酰胺膜兩種。反滲透膜有醋酸纖維膜、聚酰胺膜兩種。常用的裝置：管式、螺旋式、空心纖維常用的裝置：管式、螺旋式、空心纖維式、板式。式、板式。P105，表，表2-15環(huán)境工程環(huán)境工程 3、應(yīng)用、應(yīng)用（1）水的淡化）水的淡化（2）除鹽）除鹽（3）制取純水）制取純水（4）去除水中的細(xì)菌和病毒）去除水中的細(xì)菌和病毒反滲透裝置前必須有充分的預(yù)處理裝置。反滲透裝置前必須有充分的預(yù)處理裝置。 環(huán)境工程環(huán)境工程 三、超濾三、超濾 依靠壓力和膜進(jìn)行工作。依靠壓力和膜進(jìn)行工作。 制膜原料：醋酸纖維素或聚砜酰胺，因制膜原料：醋酸纖維素或聚砜酰胺，因刪去熱處理

15、工序，使制成的超濾膜的孔較大，刪去熱處理工序，使制成的超濾膜的孔較大，能夠在較小的壓力下工作，而且有較大的通能夠在較小的壓力下工作，而且有較大的通水量。水量。環(huán)境工程環(huán)境工程 超濾的機(jī)理：超濾的機(jī)理：除了有小孔的篩分作用，除了有小孔的篩分作用，它可不受滲透壓力的阻礙之外，對于高分子它可不受滲透壓力的阻礙之外，對于高分子溶質(zhì)，還與溶質(zhì)溶質(zhì)，還與溶質(zhì)水水膜之間的相互作膜之間的相互作用有關(guān)。膜對物質(zhì)的拒斥性，取決于它們的用有關(guān)。膜對物質(zhì)的拒斥性，取決于它們的分子大小、形狀與性質(zhì)。超濾一般用來分離分子大小、形狀與性質(zhì)。超濾一般用來分離分子量大于分子量大于500的物質(zhì)，如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、的物質(zhì)，如細(xì)菌、蛋白質(zhì)、顏料、油類等。顏料、油類