工業(yè)給水處理章 膜技術(shù)

1、工業(yè)給水處理章 膜技術(shù)2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理1第1頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理2膜技術(shù)的發(fā)展簡況膜分離技術(shù)的研究始于20世紀(jì)30年代。 1950年W.Juda等實(shí)驗(yàn)成功第一張具有實(shí)用價(jià)值的離子交換膜； 60年代研制成高脫鹽率、高透水能力的非對稱型醋酸纖維素的反滲透膜； 70年代超濾技術(shù)進(jìn)入工業(yè)化；我國的膜技術(shù)開始于1958年離子交換膜的研究，20世紀(jì)60年代研究反滲透膜，曾組織全國海水淡化會戰(zhàn)，大大促進(jìn)了我國膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。大致可分為三個(gè)階段： 第一階段，也稱為起步階段，以1967年上海化工廠聚乙烯

2、已相離子交換膜正式投產(chǎn)為標(biāo)志； 第二階段，也稱開發(fā)階段，1985至1995年中國膜工業(yè)協(xié)會成立； 第三階段，也稱發(fā)展階段，1995年中國膜工業(yè)協(xié)會成立； 我國膜工業(yè)已初具規(guī)模，超濾、微濾和電滲析已形成了自己的特色；反滲透、納濾膜方面還主要依賴進(jìn)口，正在走向國產(chǎn)化。第2頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理32、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)（a）膜分離過程不發(fā)生相變，因此能量轉(zhuǎn)化的效率高，例如在現(xiàn)在的各種海水淡化方法中反滲透法能耗最低；（b）膜分離過程在常溫下進(jìn)行，因而特別適于對熱敏性物料，如果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮；（c）裝置簡單，

3、操作簡單，控制、維修容易，且分離效率高。與其它水處理方法相比，具有占地面積小、適用范圍廣、處理效率高等特點(diǎn)；（d）由于目前膜的成本較高，所以膜分離法投資較高，有些膜對酸或堿的耐受能力較差。 總之，膜分離具有高效、能耗低、常溫運(yùn)行、適應(yīng)范圍廣、裝置簡單、單元化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。第3頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理4 3膜分離法的分類 按膜結(jié)構(gòu)分：有對稱膜和不對稱膜；按膜材料分：有機(jī)膜：纖維素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、 聚乙烯膜等； 無機(jī)膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化鋁膜等； 按分離機(jī)理分：反應(yīng)膜、離子交換膜和滲透膜；按幾何形狀分：平板式、管式

4、、卷式和中空纖維式膜； 膜分離法的種類很多，現(xiàn)已應(yīng)用的膜過程有反滲透、納濾、超濾、微濾、擴(kuò)散滲析、電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾等。目前，在水處理中常用的有電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾等膜分離技術(shù)。 第4頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理5水處理中幾種常用膜分離法的特點(diǎn)膜過程推動力傳質(zhì)機(jī)理透過物及其尺寸截留物膜類型電滲析電位差離子選擇性透過陰、陽離子非電解質(zhì)大分子離子交換膜反滲透壓力差1-5MPa溶劑的擴(kuò)散水或溶劑溶質(zhì)、鹽、SS非對稱膜超濾壓力差0.1-1MPa篩濾及表面作用水、鹽及低分子有機(jī)物膠體大分

5、子、SS非對稱膜滲析濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散低分子物質(zhì)、離子溶劑非對稱膜液膜化學(xué)反應(yīng)和濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散電解質(zhì)離子溶劑（非電解質(zhì)液膜第5頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理6第6頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理74、膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域 （1）化學(xué)/染料工業(yè) 活性染料的脫鹽、純化、濃縮與回收催化劑與貴金屬的回收利用脫氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脫氫反應(yīng)中液體的分離、純化甘油/己內(nèi)酰胺/苯/染料活性劑等有機(jī)化工原料的回收汽車/儀表及其它工業(yè)涂漆的濃縮回收（2）食品/

6、飲料工業(yè) 啤酒/果酒/黃酒/葡萄酒的澄清除菌過濾蘋果、梨、草莓、橙、芒果、桃、檸檬等果汁的澄清除菌過濾、脫水濃縮葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香氣味的濃縮保留豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/單糖/多糖溶液的澄清與濃縮乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脫鹽與濃縮 第7頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理8（3）制藥/生物工程 抗生素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸、酶等發(fā)酵液的澄清除菌過濾抗生素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸等發(fā)酵液的蛋白剔除酶、蛋白質(zhì)、多糖制備過程中細(xì)胞碎片的剔除抗生素、氨基酸、維生素、有機(jī)酸、酶、多糖、蛋白質(zhì)的純化與濃縮中成藥、保健品口服液的

7、澄清除菌過濾動物血漿、血清的濃縮精制其他相關(guān)的脫鹽濃縮、澄清除菌、蛋白剔除、細(xì)胞收集等分離過程（4）空氣過濾 噴霧干燥過程中染料、抗生素、奶粉等的回收 電池廠金屬鎘、氧化鉛粉塵的收集 粉碎過程中磷酸鹽、氧化鎂、二氧化鈦、碳粉、水泥、碳酸鈣的回收 包裝過程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 干燥過程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收 合成氨尾氣中氫氣的回收利用第8頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理9（5）水處理 提高飲用水水質(zhì)：飲用純水的制備 工業(yè)純水制備： 醫(yī)藥工業(yè)中注射用水/洗瓶水及其他無菌水的制備 電子工業(yè)中超純水的制

8、備 火力發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水的制備 制造業(yè)中終端洗滌水的制備 苦堿水脫鹽、海水淡化 水污染控制、水再生利用： 生活污水處理與再生利用 工業(yè)廢水循環(huán)與再生利用（零排放） 垃圾填埋場滲出水的濃縮處理 紡織印染廢水、油漆、含油廢水的處理 紙漿與造紙廢水的處理及木素磺酸鹽的回收 金屬、食品、皮革、農(nóng)藥和除草劑廢水的處理第9頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理10二、離子交換膜及其作用機(jī)理離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，具有與離子交換樹脂相同的組成，含有活性基團(tuán)和能使離子透過的細(xì)孔。常用的離子交換膜按其選擇透過性可分為陽膜、陰膜、復(fù)合膜。

9、陽膜(cation exchange membrane)含有陽離子交換基團(tuán)，在水中交換基團(tuán)發(fā)生離解，使膜上帶有負(fù)電，能排斥水中的陰離子，吸引水中的陽離子并使其通過。陰膜(anion exchange membrane)含有陰離子交換基團(tuán)，在水中離解出陰離子，使膜上帶正電，吸引陰離子并使其通過。第10頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理11復(fù)合膜（雙極膜）由一面陽膜和一面陰膜復(fù)合而成，具有方向性的電阻。當(dāng)陽膜面朝向陰極，陰膜面朝向陽極時(shí)，正、負(fù)離子都不能透過膜，顯示出很高的電阻，但可以使膜界面處的水發(fā)生解離，產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子

10、。當(dāng)膜的朝向與上述相反時(shí)，膜電阻降低，膜兩側(cè)相應(yīng)的離子進(jìn)入膜中。 離子交換膜為什么具有選擇透過性呢？離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團(tuán)的薄膜，其所以具有選擇透過性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團(tuán)的靜電作用。膜上孔隙的作用是，在膜的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙，以容納離子的進(jìn)出和通過。是離子通過膜的大門和通道。第11頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理12膜上離子基團(tuán)的作用是，在膜的高分子鏈上，連接著一些可以發(fā)生解離作用的活性基團(tuán)。在水溶液中，膜上的活性基因會發(fā)生解離作用，解離所產(chǎn)生的離子(或稱反離子）進(jìn)入溶液。于

11、是，在膜上就留下了帶有一定電荷的固定基團(tuán)。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團(tuán)，好比在一條狹長的通道中設(shè)立的一個(gè)個(gè)關(guān)卡或“警衛(wèi)”，以鑒別和選擇通過的離子。外力作用：外加電場，形成電勢、電位差，使離子遷移，在膜內(nèi)擴(kuò)散、傳遞。注意：樹脂的作用機(jī)理是與溶液中的離子之間發(fā)生交換反應(yīng)；離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用。第12頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理13離子交換膜功能示意圖第13頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理14三、電滲析（e

12、lectrodialysis，簡稱ED ）原理 電滲析是在直流電場的作用下，以電位差為推動力，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)與水分離的一種物理化學(xué)過程。從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過程。 電滲析出水分為：淡水、濃水、極水，極水的作用是不斷排除電極反應(yīng)物，以保證電滲析正常運(yùn)行。 陽極室呈酸性，易腐蝕，一般用惰性電極，如鈦涂釕； 陰極室呈堿性，易結(jié)垢，一般用不銹鋼電極。第14頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三+陽極陰極Cl-Na陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-N

13、aNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜 電滲析過程原理圖第15頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理16C：陽膜 A：陰膜電滲析除鹽原理圖第16頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：第17頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理18四、電滲析器的構(gòu)造與組裝 1.電滲析器的構(gòu)造 電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成。膜堆位于電滲析器的中部，由陽膜、濃（或淡）水室隔板、陰膜、淡（濃）水室隔板交替排列成濃水

14、室和淡水室。極區(qū)位于膜堆兩側(cè)，包括電極、極水框和保護(hù)室，其作用是供給電滲析器直流電，將原水導(dǎo)入膜堆的配水孔，將淡水和濃水排出電滲析器，并通入和排出極水。壓緊裝置由蓋板和螺桿組成，其作用是將極區(qū)和膜堆組成不漏水的電滲析器整體，可采用壓板和螺栓拉緊，也可采用液壓壓緊。 第18頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理19第19頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三 2.電滲析器的組裝電滲析器的組裝依其應(yīng)用不同而有所不同。其組裝的情況是用級和段來表示的。級：一對正、負(fù)電極之間的膜堆稱為一級。增加級數(shù)可降低操作電壓。段：

15、具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱為一段。增加段數(shù)就等于增加脫鹽流程，即提高除鹽率。電滲析器的組裝示意圖第20頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理21電滲析器的級與段一級一段一級兩段兩級一段兩級兩段一對正、負(fù)電極之間的膜堆稱為一級具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱為一段第21頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三3、實(shí)際應(yīng)用的電滲析器第22頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理23五、電流效率與極限電流1.電流效率： 一個(gè)淡室（一對膜）實(shí)際去除的鹽量等于m

16、1=q(c1-c2)tMB/1000 (g) q 一個(gè)淡室的出水量，L/s c1、c2 分別表示進(jìn)出水含鹽量,mmol/L t 通電時(shí)間,s MB 物質(zhì)的摩爾質(zhì)量,g/mol 依據(jù)法拉第定律，應(yīng)析出的鹽量為 m =ItMB (g) I 電流,(A) F 法拉第常數(shù)，96500 C/mol第23頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理24 電滲析電流效率等于淡室實(shí)際去除的鹽量與應(yīng)析出的鹽量之比，即 m1/m = q(c1-c2)F/1000I = 電流效率與膜對數(shù)無關(guān)，電壓隨膜對數(shù)增加而加大，而電流則保持不變。 電滲析的電能效率是理論

17、耗電量與實(shí)際耗電量之比，電滲析實(shí)際耗電量比理論耗電量大得多，因而電能效率較低。第24頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理252.極限電流密度 電滲析器運(yùn)行過程中，單位面積膜通過的電流稱為電流密度i。由于膜界面現(xiàn)象的產(chǎn)生，使工作電流密度受到一定的限制。 由于離子在膜內(nèi)的遷移數(shù)大于其在溶液中的遷移數(shù)，造成膜面處離子虧空，使界面層兩側(cè)出現(xiàn)濃度差，從而產(chǎn)生了離子擴(kuò)散的推動力，此時(shí)離子遷移的虧空量有離子擴(kuò)散來補(bǔ)充。根據(jù)菲克定律，擴(kuò)散物質(zhì)的通量表示為： D(c-c1)/1000 (mmol/cm2.s) D擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s c、c1膜兩

18、側(cè)溶液的物質(zhì)量濃度，mmol/L 邊界層厚度，cm第25頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理26濃差極化示意第26頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理27 當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，離子遷移與擴(kuò)散達(dá)到平衡: 當(dāng)i增大， c1降低，i達(dá)到等一數(shù)值時(shí)， c1 0，如果再提高i值，由于離子擴(kuò)散不及，在膜界面處引起水的離解，產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，來傳遞電流，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。此時(shí)的電流密度稱為極限電流密度。第27頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2

19、022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理283.極限電流的測定 電滲析在現(xiàn)場組裝好后首先要進(jìn)行極限電流的測定。測定的方法如下：在設(shè)計(jì)流量下，同時(shí)濃水和極水的進(jìn)口壓力應(yīng)與淡化水進(jìn)口壓力一致，調(diào)整流器從零開始對電滲析器供電，電壓以膜堆電壓計(jì)，每次升高10V，每次升高電壓后其電壓要恒定，然后記錄電流數(shù)值。當(dāng)膜堆電壓達(dá)到單級膜對數(shù)13 V（以膜面積大小選?。r(shí)作為測試終點(diǎn)，繪制電滲析器的電壓電流曲線圖，并將各點(diǎn)連成近似的曲線（如圖所示），由曲線作切線，AP、DP相交P點(diǎn)，并由P點(diǎn)作水平線和垂線，交曲線于B、C，所得A、B、C、D曲線就是該機(jī)在此流量情況下的極限電流范圍，而C點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)極化點(diǎn)IC，其電流為

20、極限電流。第28頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理29極限電流的確定第29頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理304.極化與沉淀 在電滲析的膜界面現(xiàn)象中，極化主要發(fā)生在陽膜淡室一側(cè)，而沉淀現(xiàn)象主要發(fā)生在陰膜的濃水一側(cè)。 極化就會產(chǎn)生水解離，產(chǎn)生的HO-氫氧根離子遷移通過陰膜進(jìn)入濃室，使?jié)馑膒H 值上升，出現(xiàn)CaCO3及Mg(OH)2的沉淀，這些沉淀附著于膜表面，增加膜電阻、加大電能消耗、降低出水水質(zhì)。防止和消除結(jié)垢的措施有： 控制操作電流，小于極限電流； 定時(shí)

21、倒電極，每小時(shí)23次頻繁倒電極（EDR）； 定期酸洗,1-1.5%鹽酸循環(huán)清洗。第30頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理31六、電滲析特點(diǎn)及在水處理中的應(yīng)用1.電滲析特點(diǎn) 在一定除鹽范圍內(nèi)，能量消耗低；應(yīng)用靈活，操作簡單，維修方便 ；環(huán)境友好；預(yù)處理簡單，使用壽命長。 但是，電滲析也有它自身的缺點(diǎn)，如電滲析只能除去水中的鹽分，而對水中有機(jī)物不能去除，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會污染膜。電滲析運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢，與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，對原水含鹽量的適應(yīng)范圍小，原水利用率較反滲透低

22、。第31頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理322.電滲析處理不同水質(zhì)的除鹽效果及能耗 第32頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理33 3.電滲析的應(yīng)用 電滲析已是一種相當(dāng)成熟的膜分離技術(shù)，主要用途是苦咸水淡化、生產(chǎn)飲用水、濃縮海水制鹽以及從體系中脫除電解質(zhì)。從20世紀(jì)80年代至今，電滲析技術(shù)在我國已有大量的應(yīng)用實(shí)例，但80年代至90年代初是電滲析技術(shù)應(yīng)用的黃金時(shí)期。進(jìn)入21世紀(jì)后電滲析技術(shù)的許多領(lǐng)域被反滲透所取代，在除鹽領(lǐng)域也一樣，逐漸被反滲透所取代。 七、電滲

23、析技術(shù)的新發(fā)展 1.高溫電滲析，7075 2.填充床電滲析，電去離子（EDI），下學(xué)期新技術(shù)中講 3.雙極膜電滲析（BPM） 第33頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理34電去離子（electrodeionization，簡稱EDI）技術(shù)是20世紀(jì)80年代在電滲析技術(shù)基礎(chǔ)上研究發(fā)展起來的一種新型除鹽技術(shù)，主要應(yīng)用于深度除鹽，替代離子交換混床制取高純水。在我國又叫填充床電滲析，它將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機(jī)結(jié)合，無需酸堿再生，而能連續(xù)制取高品質(zhì)的純水，既利用了電滲析可以連續(xù)除鹽和離子交換樹脂可以深度除鹽的優(yōu)點(diǎn)，又克服了電滲析濃差

24、極化的負(fù)面影響及離子交換樹脂需要酸堿再生、不能連續(xù)工作的缺陷，它被認(rèn)為是水處理技術(shù)領(lǐng)域具有革命性創(chuàng)新的技術(shù)之一。第34頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理35其作用原理分三部分：(1) 電滲析過程：在外加電場作用下，水中電解質(zhì)通過離子交換膜進(jìn)行選擇性遷移，從而達(dá)到去除離子的作用。(2) 離子交換過程：此過程靠離子交換樹脂對水中的電解質(zhì)交換作用，達(dá)到去除水中的離子。(3) 電化學(xué)再生過程：利用電滲析的極化過程產(chǎn)生的H+ 和OH- 及樹脂本身的水解作用對樹脂進(jìn)行電化學(xué)再生。第35頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，

25、星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理361-陽膜 2-陰膜 3-陰樹脂 4-陽樹脂EDI基本原理圖第36頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理37加拿大ECELL公司生產(chǎn)的MK系列模塊美國Electropure公司生產(chǎn)的XL系列模塊第37頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理38卷式EDI模塊結(jié)構(gòu)圖OMEXELL公司生產(chǎn)的卷式EDI模塊外觀第38頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理39 第四

26、節(jié) 反滲透（RO）1、概述2、反滲透膜及其透過機(jī)理3、反滲透裝置及系統(tǒng)4、反滲透主要參數(shù)5、反滲透運(yùn)行的影響因素6、反滲透裝置的清洗第39頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理401、概述 反滲透 （Reverse Osmosis, RO)是一項(xiàng)高新膜分離技術(shù)，其孔徑很小，大都1010 10 （10A），它能去除水中的離子和分子量很小的有機(jī)物，如細(xì)菌、病毒、熱源等。它已廣泛用于海水或苦咸水淡化、電子、醫(yī)藥用純水、飲用純凈水、太空水的生產(chǎn)，還應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)工程。 特點(diǎn)常溫條件下，因而能耗低； 雜質(zhì)去除范圍廣，可去除無機(jī)鹽和各類有機(jī)

27、物雜質(zhì)； 較高的水回用率；分離裝置簡單，容易操作和維修。第40頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三滲透和反滲透的概念滲透和反滲透示意圖半透膜開始時(shí)兩邊液面相同由于濃度差存在，半透膜又不允許溶質(zhì)通過，所以水透過膜，使?jié)馑贿呉好嫔?，產(chǎn)生滲透壓在濃水邊加壓，當(dāng)壓力超過滲透壓時(shí)，則水透過半透膜，即反滲透，實(shí)現(xiàn)凈化過程。第41頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理42反滲透原理第42頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理43 一種只能透過溶劑而不能透

28、過溶質(zhì)的膜稱為半透膜。當(dāng)把溶劑和溶液(或把兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時(shí)，純?nèi)軇⒆匀淮┻^半透膜而自發(fā)地向溶液(或從低濃度溶液向高濃度溶液)一側(cè)流動，這種現(xiàn)象叫做滲透。此H稱為該溶液的滲透壓 。=iRTc c溶液的物質(zhì)量濃度，i滲透系數(shù)，對于海水：1.8若在溶液的液面上再施加一個(gè)大于 的壓力P時(shí)，溶劑將與原來的滲透方向相反，開始從溶液向溶劑一側(cè)流動，這就是所謂的反滲透。而只允許溶質(zhì)通過的膜分離過程為滲析。第43頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2反滲透膜及其透過機(jī)理（1）對反滲透膜的性能要求選擇性好，單位膜面積上透水量大，脫鹽率高；機(jī)械強(qiáng)度好，能抗壓、抗拉、

29、耐磨；熱和化學(xué)的穩(wěn)定性好，能耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕，耐水解、輻射和氧化；結(jié)構(gòu)均勻一致，盡可能地薄，壽命長，成本低。（2）反滲透膜從化學(xué)組成上主要有三種醋酸纖維素（CA）膜:1960美國，95%，易水解芳香族聚酰（PA）胺膜：70年以后，95-99%復(fù)合膜:90年代后期，99.5%，低壓，性能優(yōu)良第44頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三(3)醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)及性能 膜的結(jié)構(gòu)醋酸纖維素是沒有強(qiáng)烈氫鍵的無定形鏈狀高分子化合物。制膜過程是將其溶解在丙酮中并加入甲酰胺作添加劑，經(jīng)混合調(diào)制、過濾、鑄塑成型，然后再經(jīng)蒸發(fā)、冷水浸漬、熱處理，即可得到醋酸纖維素 (cellulos

30、e acetate,CA)膜。外觀為乳白色、半透明，有一定的韌性，膜厚l00250m。這種膜有不對稱結(jié)構(gòu)，表面結(jié)構(gòu)致密，孔隙很小，通稱為表皮層或致密層、活化層；下層結(jié)構(gòu)較疏松，孔隙較大，通稱為多孔層或支撐層。第45頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99表皮層，孔徑（810）1010m過渡層，孔徑2001010m多孔層，孔徑（10004000）1010m1%第46頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三顯微鏡下膜的照片第47頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三 CA膜的性質(zhì)（a）膜的方向性：由于CA膜是

31、一種不對稱膜，因此，在進(jìn)行反滲透時(shí)，必須保持表層與待處理的溶液或廢水接觸，而決不能倒置，否則達(dá)不到處理的目的。（b）選擇透過性：CA膜對無機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)物具有選擇透過性。對電解質(zhì)，離子價(jià)越高，或同價(jià)離子水合半徑越大，則脫除效果越好。陽離子的脫除順序?yàn)椋篠r2+Ba2+Li+Na+ K+。陰離子的脫除順序?yàn)椋簷幟仕岣剖岣鵖O42-CH3COO-Cl-Br-NO3-I-SCN-。第48頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三（c）壓密效應(yīng)：CA膜在壓力作用下，外觀厚度一般減少2550，同時(shí)，透水性及對溶質(zhì)的脫除率也相應(yīng)降低，這種現(xiàn)象稱為膜的壓密效應(yīng)。這種塑性變形是不可逆的，

32、因此膜的性能在壓力消失后不會恢復(fù)。（d）膜的水解作用和生物分解作用：CA膜是一種酯，易于水解，水解速率與pH值和水的溫度有關(guān)。一般在堿性介質(zhì)中的水解速率比在酸性介質(zhì)中大，在pH4.55.2時(shí)最低。第49頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理50(4)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)一般是指在多孔支撐膜上復(fù)合一層很薄的、致密的、有特種功能的另一種材料的薄膜。例如陶氏FILMTEC反滲透膜片復(fù)合結(jié)構(gòu)： 陶氏膜片為復(fù)合結(jié)構(gòu)，它由三層組成，參見圖32。1）聚酯材料增強(qiáng)無紡布，約120m厚；2）聚砜材料多孔中間支撐層，約40m厚；3）聚酰胺材料超薄分離

33、層，約0.2m厚。 每一層均根據(jù)其功能要求分別優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造。第50頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理51 陶氏FILMTEC反滲透膜片復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖第51頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理52復(fù)合膜的主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是由無紡布提供的，它具有堅(jiān)硬、無松散纖維的光滑表面。設(shè)計(jì)多孔中間支撐結(jié)構(gòu)的原因是如超薄分離層直接復(fù)合在無紡布上時(shí)，表面太不規(guī)則，且孔隙太大，因此需要在無紡布上預(yù)先涂布一層高透水性微孔聚砜作為支撐層，其孔徑約為150埃左右。超薄分離層是反滲透和納濾過程

34、中真正具有分離作用的功能層，陶氏FILMTEC膜片與其它任何品牌的產(chǎn)品相比，交聯(lián)度高，功能分離層更厚，且厚度更均勻，決無針孔。它的高交聯(lián)度性質(zhì)決定了其具有極高的物理強(qiáng)度和抗化學(xué)生物降解的性能。第52頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理53（5）反滲透膜的透過機(jī)理1）氫鍵理論該理論認(rèn)為，水透過膜是由于水分子和膜的活化點(diǎn)形成氫鍵及斷開氫鍵的過程。即在高壓作用下，溶液中水分子和膜表皮層活化點(diǎn)締合，原活化點(diǎn)上的結(jié)合水解離出來，解離出來的水分子繼續(xù)和下一個(gè)活化點(diǎn)締合，又解離出下一個(gè)結(jié)合水。水分子通過一連串的締合解離過程，依次從一個(gè)活化點(diǎn)轉(zhuǎn)

35、移到下一個(gè)活化點(diǎn)，直至離開表皮層，進(jìn)入多孔層。第53頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理542)優(yōu)先吸附毛細(xì)管流理論該理論把反滲透膜看作一種微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它有選擇性吸附水分子而排斥溶質(zhì)分子的化學(xué)特性。當(dāng)水溶液同膜接觸時(shí)，膜表面優(yōu)先吸附水分子，在界面上形成一層不含溶質(zhì)的純水分子層，其厚度視界面性質(zhì)而異，或?yàn)閱畏肿訉踊驗(yàn)槎喾肿訉印Ｔ谕鈮鹤饔孟?，界面水層在膜孔?nèi)產(chǎn)生毛細(xì)管流連續(xù)地透過膜。3）溶解-擴(kuò)散機(jī)理 溶劑與溶質(zhì)透膜的機(jī)理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學(xué)位差的推動力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散，直至透過膜。 第54頁

36、，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三3反滲透裝置及系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中使用的膜分離設(shè)備是由多個(gè)構(gòu)造相同的單個(gè)裝置組合而成的，一般把構(gòu)成設(shè)備的相同的裝置稱為膜組件（膜元件、壓力容器）。反滲透膜組件有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式等四種。這里我們主要掌握卷式。反滲透系統(tǒng)的組成：膜元件、壓力容器、保安過濾器、高壓泵、壓力管路、本體框架、檢測儀表、系統(tǒng)電器及控制、清洗系統(tǒng)。通常還有必要的預(yù)處理系統(tǒng)。第55頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理56反滲透系統(tǒng)的組成 PI壓力表；PS壓力控制器；FI流量表； T溫度表；CE

37、，CI電導(dǎo)（電阻）儀；IH加熱器第56頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三螺旋卷式反滲透膜組件第57頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三密封密封密封螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層第58頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三膜葉透水網(wǎng)狀材料透過水濃水進(jìn)水螺旋卷式膜組件組合示意圖第59頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理60卷式膜解剖圖Product tube集水管Feed water原 水Brine seal密封件Permeate滲透液

38、Concentrate濃縮液Reverse Osmosis membrane RO 膜Permeate carrier滲透液流向Feed water原 水Tricot導(dǎo) 布Mesh spacer導(dǎo) 網(wǎng)第60頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三膜組件的組裝示意圖進(jìn)水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液第61頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置第62頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接第63頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三螺旋卷式反溶

39、透裝置的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積的膜面積大。處理能力高，占地面積小，操作方便。缺點(diǎn)是不能處理含有懸浮物的液體，原水流程短，壓力損失大，濃水難于循環(huán)以及密封長度大，清洗、維修不方便，易堵塞。第64頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理654.反滲透裝置主要參數(shù)（1）水與溶質(zhì)的通量A為溶劑的滲透系數(shù)，DS溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，K平衡分配系數(shù)，L有效膜厚度。 由上式可知，在給定條件下，水通量與壓力成正比，而溶質(zhì)通量則主要與分子擴(kuò)散有關(guān)，因而只與濃度差成正比。所以，提高RO操作壓力不僅使淡水產(chǎn)量增加，而且可降低淡水中的溶質(zhì)濃度，即除鹽率提高。第6

40、5頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理66（2）回收率（Y） Y=QP/Q1100=QP/（QP+Qm）100(%) 通?；厥章试O(shè)計(jì)為：除鹽75%，海水淡化30-40%。（3）濃縮倍率（CF） CF=Q1/Qm=100/(100-Y) 回收率為75%時(shí)，濃縮倍數(shù)為4。（4）除鹽率（R） R=(C1-CP)/C1（%） 式中： Q1、Qm、Qp分別為進(jìn)水、濃水和產(chǎn)水的流量； C1、Cm、Cp分別為進(jìn)水、濃水和產(chǎn)水的含鹽量。第66頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理6

41、7除鹽率隨溫度變化不大，隨著壓力增加，半透膜受壓縮而除鹽率上升，當(dāng)壓力上升至一定值時(shí)，除鹽率保持不變。除鹽率隨進(jìn)水濃度的增加和回收率的增加而下降。兩者使膜表面濃度增加，而使鹽透過率增大。在反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須遵循設(shè)計(jì)導(dǎo)則，盡可能地提高預(yù)處理水平，足夠數(shù)量的膜元件，并合理排列。（5）反滲透工藝中的級與段：段：指膜組件的濃縮液(濃水)流到下一組膜組件處理。流經(jīng)n組膜組件，即稱為n段。級：指膜組件的產(chǎn)品水再經(jīng)下一組膜組件處理。透過液產(chǎn)品水經(jīng)n次膜組件處理，稱為n級。第67頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三一級一段的不同方式一級一段連續(xù)式一級一段循環(huán)式可保證出水水質(zhì)，但水回收

42、率低可以提高水的回收率，但出水水質(zhì)有可能下降第68頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三一級多段連續(xù)式水回收率高，濃縮液量少，濃度高，有利于回收其中的有用物質(zhì)。但出水水質(zhì)差。第69頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三一級多段循環(huán)式濃縮液濃度高，出水水質(zhì)較好。第70頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三二級五段連續(xù)式第二級第71頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理72設(shè)備排列方式供給水 Feed water透過水 Permeate濃縮水 Concentrate回收

43、率Total systemrecovery ratio回收率 50% recovery ratio回收率 7580% recovery ratio回收率 8590% recovery ratio1 set Bank2 set Bank3 set Bank第72頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理735. 反滲透運(yùn)行的影響因素（1）原水水質(zhì)：pH值、含鹽量（2）溫度：當(dāng)T小于20時(shí)，溫度升高1度，透水量約增加3%。（3）運(yùn)行壓力（4）濃差極化第73頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工

44、程學(xué)1工業(yè)給水處理74 反滲透過程，其中溶質(zhì)被具有高脫除系數(shù)的膜所截留，靠近膜表面邊界層中溶質(zhì)濃度增加，而溶劑（水）的濃度降低；膜表面相鄰邊界層中的阻力形成濃度梯度，即濃度極化，降低了優(yōu)先滲透組分的推動力，增加了難滲透組分的濃度，使總的分離效果下降。（5）膜污染：表面結(jié)垢、金屬污染、污堵、膠體污染、微生物污染等。 控制結(jié)垢的方法有：控制回收率、預(yù)處理軟化、加阻垢劑，保證濃水流速。第74頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理756.反滲透裝置的清洗 膜化學(xué)清洗的標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，需要進(jìn)行化學(xué)清洗。1) 產(chǎn)水量降低10%15

45、%2) 鹽透過率增加50%3) 進(jìn)水壓力增加10%15%4) 各段壓力差增加15%5) 系統(tǒng)運(yùn)行34個(gè)月6) 長期停運(yùn)時(shí)用甲醛溶液保護(hù)前進(jìn)行清洗第75頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理76 一般清洗系統(tǒng)由清洗泵、清洗箱、5m保安過濾器、所需的管道、閥門、清洗軟管和控制儀表（如pH表、溫度計(jì)、流量表）等組成，如下圖。清洗系統(tǒng)流程示意圖1清洗箱；2清洗泵；3保安過濾器；4RO裝置第76頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理77根據(jù)陶氏膜產(chǎn)品與技術(shù)手冊整理污染物特征與清

46、洗選擇原則第77頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理78 太鋼生產(chǎn)廢水回用工程RO系統(tǒng) 每小時(shí)3000m3，反滲透裝置設(shè)計(jì)回收率75%，除鹽率大于97%。 第78頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理79 新加坡裕廊島廢水回用反滲透系統(tǒng) 總產(chǎn)水量30000 m3/d。六列，每列分三段，按28：16：8排列，配置BW30-365FR元件364支。設(shè)計(jì)原水TDS為1300mg/L，系統(tǒng)回收率為85%。 第79頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2

47、022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理80遼河石化公司污水深度處理回用工程RO系統(tǒng) 200t/h的污水RO法深度處理裝置，該裝置由中國藍(lán)星工程有限公司設(shè)計(jì)，于2004年6月破土動工，于2005年11月份投入生產(chǎn)使用。 第80頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三第五節(jié) 超濾（Ultrafiltration)5.1、超濾與反滲透的異同5.2、超濾的原理5.3、超濾膜及膜組件5.4、超濾過程的濃差極化5.5、 超濾的基本工藝流程5.6、 超濾的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域第81頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理825.1

48、、超濾與反滲透的異同超過濾簡稱超濾，它同反滲透一樣，都是利用膜來分離水和廢水中的物質(zhì)。 兩種方法的共同點(diǎn)在于：兩種過程的動力同是溶液的壓力，在溶液的壓力下，溶劑的分子通過薄膜，而溶解的或非溶解的物質(zhì)被阻滯在膜表面上。第82頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三兩者區(qū)別在于：（1）膜不同：超濾所用的膜(超濾膜)較疏松，透水量大，除鹽率幾乎為零，一般用超過濾分離大分子有機(jī)物以及懸浮顆粒等，能夠分離的溶質(zhì)分子至少要比溶劑的分子大10倍，在這種系統(tǒng)中滲透壓已經(jīng)不起作用了。反滲透所用的膜 (反滲透膜)致密，透水量低，除鹽率高，具有很強(qiáng)的選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和

49、溶質(zhì)。第83頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三（2）機(jī)理不同：超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用。在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。（3）工作壓力不同：超過濾的工作壓力低(0.070.7 MPa)。反滲透所需的工作壓力高(大于1.0 MPa)。（4）目前，實(shí)際生產(chǎn)中的膜組件，超濾一般為中空纖維式，反滲透常用卷式膜。第84頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理85 超濾通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過膜（稱為超濾液

50、），而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高（稱為濃縮液），從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的。 用于去除廢水中大分子物質(zhì)和微粒（分子量500）。超濾截留大分子物質(zhì)的機(jī)理是：膜表面的孔徑機(jī)械篩分作用（主要）；膜孔阻塞、阻滯作用；膜表面及膜孔對雜質(zhì)的吸附作用。5.2、超濾的原理第85頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三進(jìn)口料液透過膜的溶液超濾膜出口溶液被截留物質(zhì)透過膜的物質(zhì)超過濾原理示意圖第86頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理87超濾的截留范圍截留率=0%水鹽可溶性固體截留率=部分BOD

51、COD小分子原料液滲透液非對稱膜懸浮固體膠體大分子物質(zhì)截留率=100%原料流量壓力第87頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理88超濾的截留分子量 是指截留率達(dá)到90%的分子量，大于該值的分子量物質(zhì)則幾乎全部截留。第88頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理89超濾膜切割分子量與平均孔徑的關(guān)系 切割分子量 平均孔徑/nm 500 2.1 2000 2.4 5000 3.0 10000 3.8 30000 4.7 50000 6.6 100000 11.0 300000

52、 48.0第89頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理905.3超濾膜及膜組件 超濾膜一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚偏氟乙烯膜。 超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種，目前常用的是中空纖維式。第90頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理915.4.超濾過程的濃差極化 超濾膜表面大分子物質(zhì)濃度增加到一定值時(shí)，在膜面上形成一層凝膠層，對膜的水通量有很大的阻力。一

53、旦生成凝膠層，透水量并不因壓力增加而增加。第91頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理92第92頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理93超濾膜組件第93頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三中空纖維超濾膜設(shè)備 第94頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理95馬頭電廠超濾系統(tǒng)第95頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理9

54、65.5超濾的基本工藝流程 重過濾操作：常用于小分子和大分子的分離。 間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。從保證膜透過通量來看，這種方式效率最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在低濃度時(shí)，可得到很高的膜透過通量。 連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。由于需要分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此運(yùn)行時(shí)采用部分循環(huán)方式，而且循環(huán)量常比料液量大得多。第96頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三典型工藝流程圖成品水箱NaClO加藥泵反洗泵原水泵原水供水箱循環(huán)水反洗排污水恒流控制反洗排污水第97頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9

55、/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理98第98頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理995.6、超濾的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 特 點(diǎn) 分離過程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能耗低，不需加熱，不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、分離、純化分級的目的。裝置結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，附屬設(shè)備少，易于擴(kuò)容和增加組件。裝置操作簡單，啟動快，易于維護(hù)，容易控制。第99頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理100影響超濾過程的因素（1）料液速度（2）操作壓力（3）溫度（4）操作時(shí)間（5）進(jìn)料濃度（6）料液預(yù)

56、處理（7）運(yùn)行方式（8）清洗與消毒第100頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理101應(yīng)用領(lǐng)域（1）生活飲用水處理（城市給水、優(yōu)質(zhì)水處理、礦泉水處理、純凈水處理）（2）工業(yè)給水處理（預(yù)處理、終端處理）（3）工業(yè)廢水處理（石油、化工、電力、鋼鐵等等）（4）生活污水處理（MBR、深度處理）（5）其它方面：醫(yī)藥、制藥、食品、飲料 例如：蛋白質(zhì)的過濾、回收、 果汁的澄清、食用油精練、 醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌、 激素的提取、 酒類釀制、 電泳涂漆廢水中涂料的回收 第101頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16

57、水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理102（補(bǔ)充）納濾法除鹽一、納濾概念和原理納濾是介于反滲透和超濾之間的一種以壓力差為驅(qū)動力的膜分離過程，由于其膜表面孔徑處在納米級，能去除尺寸約1nm的分子，因而將“納”和“濾”直接連在一起，簡稱納濾膜。 傳質(zhì)機(jī)理與超濾和反滲透不同。超濾傳質(zhì)主要為孔流形式的篩分效應(yīng)；反滲透傳質(zhì)為溶解-擴(kuò)散過程的靜電效應(yīng)；而納濾是介于兩者之間的一種過渡形式，既其傳質(zhì)機(jī)理為孔流機(jī)理和溶解-擴(kuò)散之間的過渡態(tài)。第102頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理103二、納濾的特點(diǎn) 幾種主要膜技術(shù)的分離特性第103頁，共120頁，202

58、2年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理104（1）對不同價(jià)態(tài)的離子截留效果不同，對二價(jià)和高價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子。（2）截留相對分子質(zhì)量在2001000之間，適用于分子大小為1nm的溶解組分的分離。（3）隨著溶質(zhì)濃度的增加，膜的截留率下降。（4）對疏水型膠體油、蛋白質(zhì)和其他有機(jī)物具有較強(qiáng)的抗污染性，與反滲透膜相比，納濾膜具有操作壓力低、水通量大的特點(diǎn)。 （5）與超濾膜相比，納濾膜又具有截留低分子量物質(zhì)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對許多中等分子量的溶質(zhì)，如消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物、農(nóng)藥等微量有機(jī)物、致突變物等雜質(zhì)能有效去除，從而確立了納濾在水處理中的地位。第104頁

59、，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理105納濾和反滲透的截留特性比較 第105頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理106三、納濾系統(tǒng)的組成、運(yùn)行和維護(hù) 納濾系統(tǒng)的組成和反滲透系統(tǒng)一樣，由預(yù)處理裝置、保安過濾器、高壓泵、納濾膜組件、計(jì)量控制設(shè)備和清洗系統(tǒng)組成。裝置的核心部分是納濾膜元件、組件，其系統(tǒng)參照反滲透系統(tǒng)。 第106頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理107四、納濾的應(yīng)用在水處理中納濾首先應(yīng)用于

60、軟化，其次在苦咸水淡化為飲用水、廢水回用等領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢。隨著膜技術(shù)的進(jìn)步，納濾膜軟化工藝倍受人們的重視，在國外某些地區(qū)和領(lǐng)域，納濾膜軟化已成為主要的軟化工藝。與藥劑軟化和離子交換法相比，納濾膜軟化有其特有的優(yōu)點(diǎn)，如在除去水中硬度離子（Ca，Mg）的同時(shí)不換入另外化學(xué)物質(zhì)，不需用酸堿再生，無污泥產(chǎn)生，完全除去懸浮物，同時(shí)除去有機(jī)物，操作簡便，占地面積省等，所以納濾膜軟化是有競爭潛力的。第107頁，共120頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)35分，星期三2022/9/16水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理108（補(bǔ)充）全膜法水處理系統(tǒng)一、概念 以膜技術(shù)為主要水處理手段，應(yīng)用兩種或以上的膜分離裝置的水處