水處理原理與工藝課件-物理化學處理法3-萃取、膜分離

1、1水處理原理與工藝水處理原理與工藝2 第一章第一章 水處理方法概論水處理方法概論 第二章第二章 物理處理法工藝原理物理處理法工藝原理 第三章第三章 化學處理法工藝原理化學處理法工藝原理 第四章第四章 物理化學處理法工藝原理物理化學處理法工藝原理 第五章第五章 生物處理法工藝原理生物處理法工藝原理 第六章第六章 污水的深度處理技術(shù)污水的深度處理技術(shù) 第七章第七章 工業(yè)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理與控制工業(yè)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理與控制3第四章第四章 物理化學處理法工藝原理物理化學處理法工藝原理41、混凝物化處理法應(yīng)用的場合很多，多用在廢水的深度處理中，在自來水的常規(guī)處理工藝以及工業(yè)給水的處理工藝中，也常見到

2、物化的處理技術(shù)。2、離子交換3、吸附4、萃取5、膜分離5 水處理中，萃取法目前僅適用于為數(shù)不多的幾種有機廢水和個別重金屬廢水的處理，如含酚廢水、含銅廢水等。但萃取在醫(yī)藥、化工等行業(yè)作為一種傳質(zhì)分離手段應(yīng)用廣泛，利用溶質(zhì)在兩種不互溶的液相間分配性質(zhì)的差異實現(xiàn)液體混合物分離。4、萃取 向水中加入不溶于水的溶劑（萃取劑），與水向水中加入不溶于水的溶劑（萃取劑），與水充分接觸，使水中的溶質(zhì)轉(zhuǎn)溶于萃取劑中，直到溶充分接觸，使水中的溶質(zhì)轉(zhuǎn)溶于萃取劑中，直到溶質(zhì)在兩個液相中達到平衡，然后靜置，靠重力差把質(zhì)在兩個液相中達到平衡，然后靜置，靠重力差把萃取劑與水分離，萃取劑再生后重復使用，廢水得萃取劑與水分離，萃

3、取劑再生后重復使用，廢水得到凈化并回收了有用物質(zhì)。到凈化并回收了有用物質(zhì)。6 萃取法的步驟：萃取法的步驟：步驟步驟把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，把萃取劑加入廢水，并使它們充分接觸，有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取有害物質(zhì)作為萃取物從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中劑中把萃取劑和廢水分離開了，廢水就得到了把萃取劑和廢水分離開了，廢水就得到了處理處理把萃取物從萃取劑中分離出來，使有害物把萃取物從萃取劑中分離出來，使有害物成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃成為有用的副產(chǎn)品，而萃取劑則可用于萃取過程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就取過程才算在技術(shù)上已經(jīng)成立；其次，就是經(jīng)濟上的考慮是經(jīng)濟上的考慮71、萃取

4、劑 在萃取操作過程中，選擇合適的萃取劑，對萃在萃取操作過程中，選擇合適的萃取劑，對萃取效率和經(jīng)濟效果均有較大影響，選取萃取劑時，取效率和經(jīng)濟效果均有較大影響，選取萃取劑時，可以從以下幾個方面考慮：可以從以下幾個方面考慮：（1）萃取能力大）萃取能力大：即萃取劑對被萃取物的溶解度：即萃取劑對被萃取物的溶解度要高，對水中其他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本要高，對水中其他物質(zhì)的溶解度要低，而萃取劑本身在水中的溶解度要低。身在水中的溶解度要低。 萃取法的關(guān)鍵是選擇適宜的萃取劑和萃取設(shè)備。萃取法的關(guān)鍵是選擇適宜的萃取劑和萃取設(shè)備。 分配系數(shù)分配系數(shù)表征萃取劑的溶解性能：表征萃取劑的溶解性能：*s*cfccK

5、 8（2）分離性能好）分離性能好：萃取過程中不乳化、不隨水流：萃取過程中不乳化、不隨水流失，容易同廢水分離，要求失，容易同廢水分離，要求萃取劑粘度小，與廢水萃取劑粘度小，與廢水的密度差大，表面張力適中的密度差大，表面張力適中。（3）化學穩(wěn)定性好）化學穩(wěn)定性好：難燃爆、毒性小、腐蝕性低、：難燃爆、毒性小、腐蝕性低、閃點高、凝固點低、蒸汽壓小，便于室溫下貯存和閃點高、凝固點低、蒸汽壓小，便于室溫下貯存和使用。使用。（4）來源廣，價格便宜）來源廣，價格便宜（5）容易再生和回收溶質(zhì)）容易再生和回收溶質(zhì)：將萃取相分離，可：將萃取相分離，可同同時回收溶劑和溶質(zhì)時回收溶劑和溶質(zhì)，具有重大的經(jīng)濟意義。萃取劑，

6、具有重大的經(jīng)濟意義。萃取劑的再生方法有兩種：的再生方法有兩種：物理蒸餾和化學藥劑法物理蒸餾和化學藥劑法。9混合混合：把萃取劑與廢水進行充分接觸，使溶質(zhì)：把萃取劑與廢水進行充分接觸，使溶質(zhì)從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中去；從廢水中轉(zhuǎn)移到萃取劑中去；分離分離：使萃取相與萃余相分層分離；：使萃取相與萃余相分層分離；回收回收：從兩相中回收萃取劑和溶質(zhì)。：從兩相中回收萃取劑和溶質(zhì)。 根據(jù)萃取劑與廢水接觸方式不同，萃取作根據(jù)萃取劑與廢水接觸方式不同，萃取作業(yè)可以分為業(yè)可以分為間歇式和連續(xù)式間歇式和連續(xù)式兩種；兩種； 根據(jù)二者接觸次數(shù)的不同，萃取流程可分根據(jù)二者接觸次數(shù)的不同，萃取流程可分為為單級萃取、多級錯流萃取

7、、多級逆流萃取單級萃取、多級錯流萃取、多級逆流萃取。2、萃取工藝10 萃取劑與廢水經(jīng)一次充分混合接觸，達萃取劑與廢水經(jīng)一次充分混合接觸，達到平衡后即進行分相。到平衡后即進行分相。 單級萃取流程的操作是單級萃取流程的操作是間歇的間歇的，在一個，在一個設(shè)備裝置中即可完成，主要用于實驗室和設(shè)備裝置中即可完成，主要用于實驗室和生產(chǎn)規(guī)模不大的萃取過程。生產(chǎn)規(guī)模不大的萃取過程。單級萃取過程單級萃取過程 11原料液原料液A+B萃取劑萃取劑S混合器混合器澄清器澄清器萃取相萃取相E回收溶劑回收溶劑S萃取液萃取液E萃余液萃余液萃余相萃余相回收溶劑回收溶劑S溶劑回收塔溶劑回收塔12靜置分層靜置分層振蕩萃取振蕩萃取萃

8、取過程萃取過程 13 將多次萃取操作將多次萃取操作串聯(lián)串聯(lián)起來，實現(xiàn)廢水與萃取起來，實現(xiàn)廢水與萃取劑的逆流操作。劑的逆流操作。 在萃取過程中廢水和萃取劑分別由第一級和在萃取過程中廢水和萃取劑分別由第一級和最后一級加入，萃取相和萃余相逆向流動，逐級最后一級加入，萃取相和萃余相逆向流動，逐級接觸傳質(zhì)，最終萃取相由進水端排出，萃余相從接觸傳質(zhì)，最終萃取相由進水端排出，萃余相從萃取劑加入端排出。萃取劑加入端排出。 這一過程可在混合沉降器中進行，也可在各這一過程可在混合沉降器中進行，也可在各種塔式設(shè)備中進行。該流程體現(xiàn)了逆流萃取種塔式設(shè)備中進行。該流程體現(xiàn)了逆流萃取傳質(zhì)傳質(zhì)推動力大、分離程度高、萃取劑用

9、量少推動力大、分離程度高、萃取劑用量少的特點。的特點?！岸嗉壎嘈л腿《嗉壎嘈л腿　倍嗉壞媪鬏腿∵^程多級逆流萃取過程 1415 由單級萃取設(shè)備所得的萃余相中通常含由單級萃取設(shè)備所得的萃余相中通常含有較多的欲分離的溶質(zhì)，為進一步萃取溶有較多的欲分離的溶質(zhì)，為進一步萃取溶質(zhì)，可將多個質(zhì)，可將多個單級萃取設(shè)備串聯(lián)單級萃取設(shè)備串聯(lián)起來，并起來，并在各級中均加入新鮮溶劑，組成多級錯流在各級中均加入新鮮溶劑，組成多級錯流萃取流程。萃取流程。 在多級錯流萃取流程中，由于在各級均在多級錯流萃取流程中，由于在各級均加入新溶劑，萃取的加入新溶劑，萃取的傳遞推動力大，因而傳遞推動力大，因而萃取效果較好萃取效果較好，但

10、是溶劑耗用量大，混合，但是溶劑耗用量大，混合萃取液中含有大量溶劑，溶質(zhì)濃度低，溶萃取液中含有大量溶劑，溶質(zhì)濃度低，溶劑回收費用高。劑回收費用高。 多級錯流萃取過程多級錯流萃取過程 1617E1FS123SSIIIEENE2R1R2RNRS圖119 多級錯流萃取流程（I,II溶劑回收設(shè)備）料液在第一級進行萃取后得萃余相料液在第一級進行萃取后得萃余相R1繼續(xù)在第二級用新鮮溶繼續(xù)在第二級用新鮮溶劑萃取，一直到第劑萃取，一直到第N級得萃余相級得萃余相RN的濃度符合要求為止的濃度符合要求為止。18分類分類罐式罐式(萃取器萃取器)塔式塔式(萃取塔萃取塔)離心機式離心機式(離心萃取機離心萃取機)3、萃取設(shè)備

11、191） 篩板萃取塔篩板萃取塔20212）脈動篩板萃取塔）脈動篩板萃取塔22233）轉(zhuǎn)盤萃取塔）轉(zhuǎn)盤萃取塔對于兩液相界面張對于兩液相界面張力較大的物系，為力較大的物系，為改善塔內(nèi)的傳質(zhì)狀改善塔內(nèi)的傳質(zhì)狀況，需要從外界輸況，需要從外界輸入機械能來增大傳入機械能來增大傳質(zhì)面積和傳熱系數(shù)。質(zhì)面積和傳熱系數(shù)。244）填料萃取塔）填料萃取塔常用的填料由拉西環(huán)和弧鞍等，材料常用的填料由拉西環(huán)和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金屬等。由陶瓷、塑料和金屬等。25離心式萃取設(shè)備離心式萃取設(shè)備 離心萃取機離心萃取機結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，處理能力大，緊湊，處理能力大，能有效地強化萃取能有效地強化萃取過程，特別使用于過程，特別使用

12、于其他萃取設(shè)備難以其他萃取設(shè)備難以處理的物系。處理的物系。能處能處理兩相密度差小的理兩相密度差小的體系，體系，缺點缺點是結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)復雜，造價高，能復雜，造價高，能耗大，使其應(yīng)用受耗大，使其應(yīng)用受到限制。到限制。26萃取法處理廢水的一般流程萃取法處理廢水的一般流程 4、萃取法的應(yīng)用271）萃取法處理含酚廢水）萃取法處理含酚廢水282）萃取法處理含重金屬廢水）萃取法處理含重金屬廢水 某銅礦礦石場廢水中含銅某銅礦礦石場廢水中含銅0.31.5g/L，含鐵，含鐵4.55.4g/L，含砷，含砷10300mg/L，pH0.13。該廢水。該廢水用用N-510作復合萃取劑，用萃取器進行六級逆流萃作復合萃取劑，用

13、萃取器進行六級逆流萃取，含銅的萃取劑用取，含銅的萃取劑用H2SO4進行反萃取，再生后重進行反萃取，再生后重復使用。復使用。29（1）給水處理領(lǐng)域中，膜分離方法大規(guī)模應(yīng)用于海水淡化、苦咸水淡化、純水生產(chǎn)，在城市生活飲用水凈化方面也有應(yīng)用。（2）廢水處理領(lǐng)域中，在城市污水處理與利用以及各種工業(yè)廢水處理與回收利用方面正逐步得到推廣和應(yīng)用。5、膜分離 膜分離法是利用薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)膜分離法是利用薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法總稱。以具有選擇透過功能的薄膜為分離介的方法總稱。以具有選擇透過功能的薄膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加一種或多種推動力，使原料質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加一種或多種推動力，使原

14、料中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達到混合物中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達到混合物分離和產(chǎn)物提取、濃縮、純化的目的。分離和產(chǎn)物提取、濃縮、純化的目的。30以壓力差為推動力：微濾、超濾、納濾、反滲透等以壓力差為推動力：微濾、超濾、納濾、反滲透等以濃度差為推動力；滲析、乳化液膜以濃度差為推動力；滲析、乳化液膜以電位差為推動力：電滲析等以電位差為推動力：電滲析等以分壓差為推動力；滲透蒸發(fā)以分壓差為推動力；滲透蒸發(fā)膜分離過程的推動力有膜分離過程的推動力有濃度差、壓力差和電位差濃度差、壓力差和電位差等。等。 膜分離方法的分類5.1 膜分離方法概述31膜分離方法的特點1 1）膜分離過程中，不發(fā)生相

15、變，能量轉(zhuǎn)化效率高；）膜分離過程中，不發(fā)生相變，能量轉(zhuǎn)化效率高；2 2）一般不需要投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性）一般不需要投加其他物質(zhì)，不改變分離物質(zhì)的性質(zhì)，并節(jié)省原材料和化學藥品；質(zhì)，并節(jié)省原材料和化學藥品；3 3）膜分離過程中，分離和濃縮同時進行，可回收有）膜分離過程中，分離和濃縮同時進行，可回收有價值的物質(zhì)；價值的物質(zhì)；4 4）常溫下操作，不會破壞對熱敏感和對熱不穩(wěn)定的）常溫下操作，不會破壞對熱敏感和對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)；物質(zhì)；5 5）適應(yīng)性強，易于實現(xiàn)自動化控制，運行穩(wěn)定。）適應(yīng)性強，易于實現(xiàn)自動化控制，運行穩(wěn)定。32 膜分離的表征參數(shù)（1 1）滲透性：滲透通量或滲透速率，）滲透性：滲

16、透通量或滲透速率，表示單位時間表示單位時間通過單位膜面積的滲透物的通量，可以用體積通量通過單位膜面積的滲透物的通量，可以用體積通量來表示，來表示，m3/(m2.s)，反映了膜的效率（生產(chǎn)能力）。反映了膜的效率（生產(chǎn)能力）。33（2 2）選擇性：）選擇性：指在混合物的分離過程中膜將各組分指在混合物的分離過程中膜將各組分分離開來的能力，對于不同的膜分離過程和分離對分離開來的能力，對于不同的膜分離過程和分離對象，其選擇性可用不同的方法來表示。對于溶液脫象，其選擇性可用不同的方法來表示。對于溶液脫鹽或脫除微粒、高分子物質(zhì)等情況，可用鹽或脫除微粒、高分子物質(zhì)等情況，可用截留率截留率來來表示。表示。 （C

17、F-CP)/CF 式中式中CF、CP膜過濾原水和出水中物質(zhì)的濃度膜過濾原水和出水中物質(zhì)的濃度。34 膜組件 由膜、固定膜的支撐材料、間隔物或外殼等組由膜、固定膜的支撐材料、間隔物或外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)與型式裝成的一個單元稱為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)與型式取決于膜的形狀，工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有取決于膜的形狀，工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等型式。等型式。353637在在濃度差濃度差的推動下，利用的推動下，利用離子交換膜離子交換膜實現(xiàn)溶質(zhì)從濃度高實現(xiàn)溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)透過膜的一側(cè)透過膜擴散擴散到濃度低的另一側(cè)，稱

18、為擴散滲析。到濃度低的另一側(cè)，稱為擴散滲析。 膜分離過程中，一般把原料中的溶質(zhì)透過膜的現(xiàn)象膜分離過程中，一般把原料中的溶質(zhì)透過膜的現(xiàn)象滲析滲析；溶劑透過膜的現(xiàn)象稱為；溶劑透過膜的現(xiàn)象稱為滲透滲透。5.2 電滲析3839 電滲析是在滲析法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是在電滲析是在滲析法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是在直流直流電場電場的作用下，利用陰、陽的作用下，利用陰、陽離子交換膜離子交換膜對溶液中陰、對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的陽離子的選擇透過性，而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學過程。一種物理化學過程。 電滲析的原理40（1）離解）離解：廢水中的電解質(zhì)在電場作用下離解；：廢

19、水中的電解質(zhì)在電場作用下離解；（2）離子的遷移）離子的遷移：產(chǎn)生的陰、陽離子分別向電場的正：產(chǎn)生的陰、陽離子分別向電場的正負極移動，由于離子交換膜的選擇透過性，使得一些小負極移動，由于離子交換膜的選擇透過性，使得一些小室離子濃度降低成為淡室，相鄰的成為濃室；室離子濃度降低成為淡室，相鄰的成為濃室；（3）電極反應(yīng)）電極反應(yīng)：電極與膜之間的極室中的離子與電極：電極與膜之間的極室中的離子與電極反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)。反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)。41 電滲析的應(yīng)用（1 1）電滲析法最先用于海水淡化制取飲用水和工業(yè)）電滲析法最先用于海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水，海水濃縮制

20、取食鹽，以及其他單元組合制取用水，海水濃縮制取食鹽，以及其他單元組合制取高純水，目前已經(jīng)成為一種新的分離單元操作廣泛高純水，目前已經(jīng)成為一種新的分離單元操作廣泛應(yīng)用于冶金、化工、紡織、造紙、電鍍等行業(yè)；應(yīng)用于冶金、化工、紡織、造紙、電鍍等行業(yè)；（2 2）廢水處理中，主要用于從廢水中分離污染物離）廢水處理中，主要用于從廢水中分離污染物離子，或者從廢水中提取酸和堿。子，或者從廢水中提取酸和堿。422 2）從含金屬離子的廢水中分離和濃縮重金屬離子，然后對）從含金屬離子的廢水中分離和濃縮重金屬離子，然后對濃縮液進一步處理或回收利用濃縮液進一步處理或回收利用3 3）從放射性廢水中分離放射性元素，將其濃縮

21、）從放射性廢水中分離放射性元素，將其濃縮4 4）從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉）從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉5 5）從酸洗廢液中制取硫酸及沉積重金屬離子）從酸洗廢液中制取硫酸及沉積重金屬離子6 6）處理電鍍廢水和廢液等）處理電鍍廢水和廢液等1 1）處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素）處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素43陽極反應(yīng)式：陽極反應(yīng)式：2OH2HO2H24224SOHSO2H2e2HO2OH2陰極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：Fe2eFe22H2e2H4445電滲析設(shè)備電滲析設(shè)備46 反滲透法反滲透法(RO)是以壓力為驅(qū)動力的膜法分離技術(shù)。是以壓力為驅(qū)動力的

22、膜法分離技術(shù)。滲透和反滲透5.3 反滲透47如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過半透兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖這一現(xiàn)象稱滲透（圖a）。這一過程的推動力是低濃）。這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學位與高濃度溶液中水的化學位之度溶液中水的化學位與高濃度溶液中水的化學位之差，表現(xiàn)為水的差，表現(xiàn)為水的滲透壓滲透壓。 反滲透的原理48 隨著水的滲透，高濃度水溶液（鹽水）一側(cè)隨著水的滲透，

23、高濃度水溶液（鹽水）一側(cè)的液面升高，壓力增大。當液面升高至的液面升高，壓力增大。當液面升高至H時，時，滲透達到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓滲透達到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖（圖b）。滲透過程達到平衡后，水不再有滲）。滲透過程達到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。透，滲透通量為零。 49 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反滲透（圖這一過程就稱為反

24、滲透（圖c）。）。50 反滲透是利用反滲透膜選反滲透是利用反滲透膜選擇性的只能透過溶劑（通常是擇性的只能透過溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)的性質(zhì)，水）而截留離子物質(zhì)的性質(zhì)，以膜兩側(cè)以膜兩側(cè)靜壓差靜壓差為推動力，克為推動力，克服溶液的滲透壓，使溶劑通過服溶液的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實現(xiàn)對液體混合物反滲透膜而實現(xiàn)對液體混合物進行分離的膜過程。進行分離的膜過程。 因此，進行因此，進行RO有兩個必要條件：一是膜對透過組分有兩個必要條件：一是膜對透過組分具有高選擇性吸附、溶解能力和高透過能力；二是料液側(cè)壓具有高選擇性吸附、溶解能力和高透過能力；二是料液側(cè)壓力必須足夠高，以能克服膜兩側(cè)的滲透壓差和透

25、過膜的阻力。力必須足夠高，以能克服膜兩側(cè)的滲透壓差和透過膜的阻力。51 任何溶液都具有相應(yīng)的滲透壓，其數(shù)值取決于任何溶液都具有相應(yīng)的滲透壓，其數(shù)值取決于溶液中溶質(zhì)的分子數(shù)，而與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，其數(shù)溶液中溶質(zhì)的分子數(shù)，而與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，其數(shù)學表達式為：學表達式為：iRTc 式中，式中，R為理想氣體常數(shù)，為理想氣體常數(shù)，c為溶質(zhì)的濃度，為溶質(zhì)的濃度，T為絕對溫度，為絕對溫度，i為范特霍夫系數(shù)，表示溶質(zhì)的離解狀為范特霍夫系數(shù)，表示溶質(zhì)的離解狀態(tài)，當完全解離時，態(tài)，當完全解離時，i等于陰、陽離子的總數(shù)；對非等于陰、陽離子的總數(shù)；對非電解質(zhì)，則電解質(zhì)，則i1。52 反滲透膜的種類很多，通常以制取膜材料

26、和膜的形反滲透膜的種類很多，通常以制取膜材料和膜的形式來命名，目前研究和應(yīng)用較多的是醋酸纖維素膜式來命名，目前研究和應(yīng)用較多的是醋酸纖維素膜(CA膜膜)和芳香族聚酰胺膜。和芳香族聚酰胺膜。 反滲透膜900.643.5NaCl，1032.5kPa芳香聚酰膜920.443.5NaCl，10132.5kPaCA混合膜980.4海水，6079.5kPaCA3中空纖維膜981.0海水，10132.2kPaCA3復合膜900.81NaCl，5066.3kPaCA2.5膜脫鹽率/%透水性測試條件品種 幾種反滲透膜的性能幾種反滲透膜的性能5354裝裝置置板框式板框式把滲透膜貼在多孔透水板單側(cè)或兩側(cè)，再緊貼把滲

27、透膜貼在多孔透水板單側(cè)或兩側(cè)，再緊貼在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的兩側(cè)，構(gòu)成一在不銹鋼或環(huán)氧玻璃鋼承壓板的兩側(cè)，構(gòu)成一個滲透元件個滲透元件管式管式把滲透膜裝在耐壓微孔承壓管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，把滲透膜裝在耐壓微孔承壓管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，制成管狀膜的元件制成管狀膜的元件螺旋螺旋卷式卷式在兩層反滲透膜中間夾一層多孔的柔性格網(wǎng)，在兩層反滲透膜中間夾一層多孔的柔性格網(wǎng)，再在下面鋪一層供廢水通過的多孔透水格網(wǎng)，再在下面鋪一層供廢水通過的多孔透水格網(wǎng)，然后將它們的一端粘貼在多孔集水管上，繞管然后將它們的一端粘貼在多孔集水管上，繞管卷成螺旋卷筒，并將另一端密封，就成為一個卷成螺旋卷筒，并將另一端密封，就成為一個反滲透元

28、件反滲透元件中空中空纖維式纖維式在兩層反滲透膜的原料空心紡絲而成中空纖維在兩層反滲透膜的原料空心紡絲而成中空纖維管管 反滲透裝置5556 主要應(yīng)用主要應(yīng)用領(lǐng)域有：領(lǐng)域有：海水淡化、苦咸水凈化、工業(yè)海水淡化、苦咸水凈化、工業(yè)廢水處理與有用物質(zhì)的回收廢水處理與有用物質(zhì)的回收等。等。 反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于分子量一般小于500，操作壓力為操作壓力為 2100MPa。 用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，部分為不對稱膜，孔徑小于孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子，可截留溶質(zhì)分子。 反滲透的應(yīng)用5

29、7在廢水處理中的應(yīng)用 反滲透法處理酸性尾礦水紙漿及造紙廢水處理絲綢染整廠廢水處理58 納濾納濾(NF)是介于反滲透與超濾之間的一種壓力驅(qū)是介于反滲透與超濾之間的一種壓力驅(qū)動型膜分離技術(shù)，適用于分離相對分子質(zhì)量動型膜分離技術(shù)，適用于分離相對分子質(zhì)量為數(shù)百為數(shù)百的的有機小分子，并對離子有選擇截留性，一價離子可以有機小分子，并對離子有選擇截留性，一價離子可以大量地滲過納濾膜（但并非無阻擋），而對多價離子大量地滲過納濾膜（但并非無阻擋），而對多價離子具有很高的截留率。具有很高的截留率。 納濾對離子的滲透性主要取決于納濾對離子的滲透性主要取決于離子的價態(tài)離子的價態(tài)。 由于部分無機鹽能透過納濾膜，因此納濾

30、膜的滲由于部分無機鹽能透過納濾膜，因此納濾膜的滲透壓遠比反滲透膜低，相應(yīng)地其操作壓力比反滲透操透壓遠比反滲透膜低，相應(yīng)地其操作壓力比反滲透操作壓力低，通常在作壓力低，通常在0.51.0MPa之間。之間。（低壓反滲透）（低壓反滲透）5.4 納濾59 超濾是與反滲透法極相似的一種膜分離技術(shù)。常溫下，超濾是與反滲透法極相似的一種膜分離技術(shù)。常溫下，以壓力差為驅(qū)動力，迫使水和低分子量溶質(zhì)透過膜，而截以壓力差為驅(qū)動力，迫使水和低分子量溶質(zhì)透過膜，而截留水中膠體大小的顆粒，從而達到廢水凈化或濃縮的目的。留水中膠體大小的顆粒，從而達到廢水凈化或濃縮的目的。 超濾和反滲透的主要區(qū)別在于所需操作壓力不同。因超濾

31、和反滲透的主要區(qū)別在于所需操作壓力不同。因為超濾膜的孔徑比較大為超濾膜的孔徑比較大(210nm)，只能阻滯大分子物質(zhì)和，只能阻滯大分子物質(zhì)和膠體物質(zhì)膠體物質(zhì)(1nm0.05m)，如蛋白質(zhì)、多糖、顏料等，所，如蛋白質(zhì)、多糖、顏料等，所以超濾所需壓力低以超濾所需壓力低(0.31.0MPa)；微濾的分離范圍在；微濾的分離范圍在0.0510m，操作壓力，操作壓力0.10.3MPa，主要用于去除水中膠，主要用于去除水中膠體和懸浮微粒，如細菌、油類等。就分離范圍而言，超濾體和懸浮微粒，如細菌、油類等。就分離范圍而言，超濾和微濾填補了反滲透、納濾與普通過濾之間的空隙。和微濾填補了反滲透、納濾與普通過濾之間的

32、空隙。5.5 超濾與微濾60 超濾和微濾對大分子物質(zhì)、膠體和懸浮微粒等的超濾和微濾對大分子物質(zhì)、膠體和懸浮微粒等的去除機理：去除機理： （1）膜面的機械截留作用（篩分）；）膜面的機械截留作用（篩分）； （2）膜面及微孔內(nèi)的吸附（一次吸附）；）膜面及微孔內(nèi)的吸附（一次吸附）； （3）在膜孔中滯留而被去除（阻塞）。）在膜孔中滯留而被去除（阻塞）。 一般認為以篩分作用為主。一般認為以篩分作用為主。61 超濾和微濾近年發(fā)展迅速，是所有膜過程中應(yīng)用超濾和微濾近年發(fā)展迅速，是所有膜過程中應(yīng)用最廣泛的，以超濾和微濾膜為核心的膜集成技術(shù)的主最廣泛的，以超濾和微濾膜為核心的膜集成技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括要應(yīng)用領(lǐng)域

33、包括城市污水城市污水回用、飲用水凈化、家用凈回用、飲用水凈化、家用凈水器、反滲透的預(yù)處理、工業(yè)廢水處理與有用物質(zhì)回水器、反滲透的預(yù)處理、工業(yè)廢水處理與有用物質(zhì)回收收等。等。 如處理紙漿廢水、顏料和顏色廢水、含油廢水、如處理紙漿廢水、顏料和顏色廢水、含油廢水、放射性廢水的處理及食品工業(yè)廢水中蛋白質(zhì)、淀粉等放射性廢水的處理及食品工業(yè)廢水中蛋白質(zhì)、淀粉等的回收都十分有效。的回收都十分有效。超濾與微濾的應(yīng)用62超濾設(shè)備超濾設(shè)備635.6 小結(jié)（反滲透、納濾與超濾、微濾）1 原理比較原理比較微濾微濾(MF)、超濾、超濾(UF)、納濾、納濾(NF)和反滲透和反滲透(RO)都是以都是以壓差為推動力壓差為推動

34、力使溶劑使溶劑(水水)通過膜的分離過程，使一部分溶通過膜的分離過程，使一部分溶劑透過膜，而微粒、大分子、鹽等被膜截留下來，從而達劑透過膜，而微粒、大分子、鹽等被膜截留下來，從而達到混合物分離的目的。四個過程的差別在于被分離粒子或到混合物分離的目的。四個過程的差別在于被分離粒子或分子的大小和所采用膜的性能。它們組成了可以分離溶液分子的大小和所采用膜的性能。它們組成了可以分離溶液中的中的離子、分子到固體微粒離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程的三級膜分離過程.64652 膜及膜組件比較膜及膜組件比較 MF膜材料最早使用的是醋酸纖維素，現(xiàn)在聚砜、聚烯烴系膜材料最早使用的是醋酸纖維素，現(xiàn)在聚砜、聚烯烴

35、系列已得到大量使用，氧化鋁、二氧化鈦等無機材料膜也已得到列已得到大量使用，氧化鋁、二氧化鈦等無機材料膜也已得到應(yīng)用，多數(shù)為對稱膜，也有非對稱膜。應(yīng)用，多數(shù)為對稱膜，也有非對稱膜。 UF膜材料目前以聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈為主，多為膜材料目前以聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈為主，多為非對非對稱膜稱膜。 RO膜材料以前多使用醋酸纖維素（膜材料以前多使用醋酸纖維素（CA），現(xiàn)在聚酰胺系列），現(xiàn)在聚酰胺系列復合膜已成為復合膜已成為RO膜的主流，但膜的主流，但CA膜耐氯、廉價，且可方便制膜耐氯、廉價，且可方便制得中空纖維非對稱膜，因此仍被廣泛使用，而聚酰胺不耐氯，得中空纖維非對稱膜，因此仍被廣泛使用，而聚酰胺不耐

36、氯，且復合膜只能制成平膜，做成卷式組件。且復合膜只能制成平膜，做成卷式組件。 NF膜大多是界面聚合制得的聚酰胺復合膜，在這些膜上含膜大多是界面聚合制得的聚酰胺復合膜，在這些膜上含有帶負電的羧基及酰氨基。有帶負電的羧基及酰氨基。663 濃差極化與膜污染濃差極化與膜污染（1）濃差極化）濃差極化：由于膜的選擇透過性，溶質(zhì)大部分被膜：由于膜的選擇透過性，溶質(zhì)大部分被膜截留，積累在膜高壓側(cè)表面，造成膜表面到主體溶液間截留，積累在膜高壓側(cè)表面，造成膜表面到主體溶液間的的濃度梯度，促使溶質(zhì)從膜表面和邊界層向主體溶液擴濃度梯度，促使溶質(zhì)從膜表面和邊界層向主體溶液擴散，散，但經(jīng)過一段時間后會達到定態(tài)。此時，溶質(zhì)

37、以對流但經(jīng)過一段時間后會達到定態(tài)。此時，溶質(zhì)以對流方式流向膜表面的通量等于溶質(zhì)通過膜的通量加上從膜方式流向膜表面的通量等于溶質(zhì)通過膜的通量加上從膜表面擴散回主體的通量。表面擴散回主體的通量。67濃差極化是壓力推動型膜分離過程中重要的現(xiàn)象，它對膜濃差極化是壓力推動型膜分離過程中重要的現(xiàn)象，它對膜過程產(chǎn)生以下過程產(chǎn)生以下不利不利影響：影響：由于濃差極化使膜表面處溶液濃度升高，使溶液的滲透壓增由于濃差極化使膜表面處溶液濃度升高，使溶液的滲透壓增大，當操作壓差一定時，過程的有效推動力下降，導致滲透通大，當操作壓差一定時，過程的有效推動力下降，導致滲透通量下降，因此量下降，因此為了保持一定的滲透通量，必

38、須提高操作壓力為了保持一定的滲透通量，必須提高操作壓力；隨著滲透通量的增加，濃差極化比急劇增加，溶質(zhì)的截留率隨著滲透通量的增加，濃差極化比急劇增加，溶質(zhì)的截留率將降低，也就是說，將降低，也就是說，濃差極化的存在對滲透通量的增加提出了濃差極化的存在對滲透通量的增加提出了限制；限制；膜表面處溶液濃度高于溶解度時，在膜表面上將形成膜表面處溶液濃度高于溶解度時，在膜表面上將形成沉淀沉淀，使透過膜的阻力增加，此時增加操作壓力不僅不能提高滲透通使透過膜的阻力增加，此時增加操作壓力不僅不能提高滲透通量，反而會加速沉淀的增厚，使透水率進一步下降。為了避免量，反而會加速沉淀的增厚，使透水率進一步下降。為了避免出

39、現(xiàn)結(jié)晶沉淀，出現(xiàn)結(jié)晶沉淀，料液主體濃度不能高于一定值料液主體濃度不能高于一定值。68（2）膜的污染：）膜的污染：所有壓力推動的膜過程，在實際應(yīng)用中所有壓力推動的膜過程，在實際應(yīng)用中最大的問題就是膜污染，它會最大的問題就是膜污染，它會使膜通量在短時間內(nèi)迅速使膜通量在短時間內(nèi)迅速下降，甚至使膜過程無法繼續(xù)進行下降，甚至使膜過程無法繼續(xù)進行，在污水處理中膜污，在污水處理中膜污染往往極為嚴重，對染往往極為嚴重，對UF、MF過程的影響尤其大，因為過程的影響尤其大，因為它們截留的組分多為膠體及大分子有機物，非常容易沉它們截留的組分多為膠體及大分子有機物，非常容易沉積及吸附于膜孔和膜面上，使膜的分離能力很快

40、下降。積及吸附于膜孔和膜面上，使膜的分離能力很快下降。所謂膜污染即被處理料液中的某些組分吸附、沉積到膜所謂膜污染即被處理料液中的某些組分吸附、沉積到膜面上，或進入膜孔中，甚至將膜孔堵死，使膜的滲透阻面上，或進入膜孔中，甚至將膜孔堵死，使膜的滲透阻力大大增加。力大大增加。濃差極化會加劇膜污染濃差極化會加劇膜污染，膜材料的親、疏，膜材料的親、疏水性及膜的結(jié)構(gòu)對污染作用也有很大影響。水性及膜的結(jié)構(gòu)對污染作用也有很大影響。69如在反滲透運行中，膜污染是經(jīng)常發(fā)生的故障之一。如如在反滲透運行中，膜污染是經(jīng)常發(fā)生的故障之一。如污染輕，對膜性能和操作沒有很大影響，但如污染嚴重，污染輕，對膜性能和操作沒有很大影

41、響，但如污染嚴重，不僅使膜性能降低，而且對膜的使用壽命產(chǎn)生極大的影不僅使膜性能降低，而且對膜的使用壽命產(chǎn)生極大的影響。引起膜污染的原因大致可分為三類：響。引起膜污染的原因大致可分為三類： 原水中的原水中的親水性懸浮物親水性懸浮物，在水透過膜時，被膜吸附。，在水透過膜時，被膜吸附。包括浮游性懸浮的和有機膠體包括浮游性懸浮的和有機膠體( (如蛋白質(zhì)、糖質(zhì)、脂肪如蛋白質(zhì)、糖質(zhì)、脂肪類等類等) )。對這類污染物最好。對這類污染物最好預(yù)處理掉預(yù)處理掉； 原水中本來處于非飽和狀態(tài)的溶質(zhì)，在水透過膜后原水中本來處于非飽和狀態(tài)的溶質(zhì)，在水透過膜后濃度提高變成過飽和狀態(tài)，在膜上析出。這類污染物主濃度提高變成過飽

42、和狀態(tài)，在膜上析出。這類污染物主要是一些要是一些無機鹽類無機鹽類，如碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硫酸，如碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽等；鹽等； 濃差極化濃差極化使溶質(zhì)在膜面上析出。使溶質(zhì)在膜面上析出。70膜污染的防治：膜污染的防治：通過料液預(yù)處理和膜的清洗來脫除污染物；通過料液預(yù)處理和膜的清洗來脫除污染物；料液側(cè)流動的促進湍流，以減少邊界層厚度，強化傳質(zhì)；料液側(cè)流動的促進湍流，以減少邊界層厚度，強化傳質(zhì)；降低膜通量。降低膜通量。 這些方法既增加操作費用又增加設(shè)備的投資費，因此在考慮這些方法既增加操作費用又增加設(shè)備的投資費，因此在考慮膜污染的控制方案時，必須注意經(jīng)濟上的可行性，同時要根據(jù)膜污染的控

43、制方案時，必須注意經(jīng)濟上的可行性，同時要根據(jù)應(yīng)用的條件來采用可行的措施。應(yīng)用的條件來采用可行的措施。71污染膜的清洗污染膜的清洗：包括物理法和化學法：包括物理法和化學法 物理清洗法：物理清洗法：用淡水沖洗膜面，也可以用預(yù)處理后的用淡水沖洗膜面，也可以用預(yù)處理后的原水代替淡水，或者用空氣與淡水混合液來沖洗。在原水代替淡水，或者用空氣與淡水混合液來沖洗。在3kg/cm3kg/cm2 2下沖洗膜面下沖洗膜面3030分鐘，可以清除膜面上的污垢。對分鐘，可以清除膜面上的污垢。對管式膜組件，可用直徑稍大于管徑的聚氨酯海綿球沖刷管式膜組件，可用直徑稍大于管徑的聚氨酯海綿球沖刷膜面，能有效去除沉積在膜面上的柔

44、軟的有機性污垢；膜面，能有效去除沉積在膜面上的柔軟的有機性污垢； 化學清洗法：化學清洗法：化學清洗法是采用一定的化學清洗法是采用一定的化學清洗劑化學清洗劑，如硝酸、磷酸、檸檬酸、檸檬酸銨加鹽酸、氫氧化鈉、如硝酸、磷酸、檸檬酸、檸檬酸銨加鹽酸、氫氧化鈉、酶洗滌劑等在一定壓力下一次沖洗或循環(huán)沖洗膜面?；赶礈靹┑仍谝欢▔毫ο乱淮螞_洗或循環(huán)沖洗膜面。化學清洗的酸度、堿度和沖洗溫度不可太高，防止對膜的學清洗的酸度、堿度和沖洗溫度不可太高，防止對膜的損害。當清洗劑濃度較高時，沖洗時間短，濃度較低時，損害。當清洗劑濃度較高時，沖洗時間短，濃度較低時，相應(yīng)沖洗時間延長。相應(yīng)沖洗時間延長。 72化學清洗實例：化學清洗實例：據(jù)報道，用據(jù)報道，用1%1%2%2%的檸檬酸溶液，在的檸檬酸溶液，在4.2MPa4.2MPa的壓力下，沖洗的壓力下，沖洗1313分鐘能有效去除氫氧化鐵垢層。采用分鐘能有效去除氫氧化鐵垢層。采用1.5%1.5%的無臭稀劑的無臭稀劑(Thinner)(Thinner)和