PPT環(huán)境工程原理課件圖文解析4

第七章膜膜分離技術術學習目標：了解膜分離離技術的特特點和類型型，各種類類型膜分離離器的結(jié)構(gòu)構(gòu)和優(yōu)、缺缺點以及膜膜分離技術術在工業(yè)生生產(chǎn)中的典典型應用和和發(fā)展趨勢勢。掌握反滲透透、超濾、、電滲析、、氣體膜分分離、微濾濾的基本原原理、工藝藝流程及各各種膜分離離過程的影影響因素、、能夠分析析解決實際際問題。第一節(jié)概概述一、膜和膜膜分離的分分類1.膜的定義與與分類膜是分離兩兩相和作為為選擇性傳傳遞物質(zhì)的的屏障。選擇性透過過膜的定義義按膜結(jié)構(gòu)進進行分類2.膜分離的定定義、分類類和特點膜分離---借助于膜，，在某種推推動力的作作用下，利利用流體中各組組分對膜的的滲透速率率的差別而而實現(xiàn)組分分分離的過過程。膜分離過程程的特點如如下:①一般不發(fā)生生相變，能能耗低；②一般在常溫溫或溫度不不太高的條條件下進行行；③可除去病毒毒、細菌，，溶液中的的大分子和和無機鹽④裝置簡單單、操作方方便、維護護費用低。。二、對膜的的基本要求求1.膜應具有良好的選選擇透過性性，通常表表示為:①截留率RR=②透過速率（（通量）J指單位時間間、單位膜膜面積的透透過的物質(zhì)質(zhì)量，常用用單位為kmol/(m2·s)。③截留物分子子量一般取截留留率為90%的物質(zhì)的分分子量為膜膜的截留物物分子量。。2.膜有足夠的的機械強度度和化學穩(wěn)穩(wěn)定性。R=三、膜分離離技術在環(huán)環(huán)境工程中中的應用1．飲用水的的凈化2．工業(yè)用水水的處理3．工業(yè)污污水和市政政污水處理四、膜分離離設備膜分離技術術的核心是是分離膜。。無機膜聚合物膜｛按分離膜的的材質(zhì)不同同按膜的分離離功能：微濾膜、超超濾膜、反反滲透膜、、滲析膜、、電滲析膜、、氣體分離離膜、滲透透蒸發(fā)膜、、液體分離膜膜；按膜的形態(tài)態(tài)：平板膜、管管狀膜、細細管膜、中中空纖維膜膜等。膜分離器---將膜以某種種形式組裝裝在一個基基本單元設設備內(nèi),也稱膜組件件:⑴板框式⑷中空纖維式式⑵螺旋卷式⑸毛細管式⑶圓管式⑹槽式板框式膜組組件構(gòu)造示示意圖緊螺栓式板板框式反滲滲透螺旋卷式反反滲透膜組組件螺旋卷式反反滲透器管式膜組件件杜邦公司中中空纖維反反滲透膜組組件示意圖圖毛細管膜組組件示意圖圖槽條式膜組組件示意圖圖第二節(jié)反滲滲透一、反滲透透原理⑴滲透壓（a）滲透；（（b）滲透平衡衡；（c）反滲透滲透過程示示意圖⑵反滲透膜對反滲透膜的要求:①具有較好的的分離透過過性②良好的物化穩(wěn)定性性典型的非對對稱膜結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖二、影響反反滲透因素素——濃差差極化濃差極化---溶質(zhì)在膜表表面附近積積累，造成成由膜表面面到溶液主體之間間的具有濃濃度梯度的的邊界層，，引起溶質(zhì)質(zhì)從膜表面面通過邊界層向向溶液主體體擴散。不良影響:①導致溶劑劑的滲透通通量下降；；②對溶劑滲滲透通量的的增加提出出了限制；；③膜表面上上形成沉淀淀，會堵塞塞膜孔；④會導致膜膜分離性能能的改變；；⑤出現(xiàn)膜污染染。三、反滲透透組件及其其技術特征征各種反滲透透組件技術術特征各種組件的的比較各種組件的的比較四、反滲透透過程工藝藝流程⑴一級一段段連續(xù)式⑵一級一段循循環(huán)式一級一段連續(xù)續(xù)式一級一段循循環(huán)式一級一段循循環(huán)式⑶一級多段連連續(xù)式⑷一級多段段循環(huán)式⑸多級多段循循環(huán)式五、反滲透透技術的應應用（1）海水淡化目的：除去去無機鹽日本某海水水淡化廠工工藝流（2）純水制備目的：除去去水中懸浮固體、、溶解固體體、可溶性性氣體、揮發(fā)物質(zhì)及微微生物、細細菌等超純水生產(chǎn)產(chǎn)的典型工工藝流程（3）電鍍污水處處理目的：除去去重金屬（4）低分子溶液液的濃縮電鍍污水反反滲透流程程第三節(jié)超超濾一、超濾原原理①在膜表面及及微孔內(nèi)吸吸附；②在膜面的機機械截留；；③在微孔中停留而而被除去。。二、超濾的的濃差極化化溶質(zhì)會在膜膜表面積聚聚并形成從膜膜面到主體體溶液之間間的濃度梯梯度。超濾分離原原理示意圖圖減輕濃差極極化的措施：①錯流設計，以利清除極極化層；②流體流速提高高，增加流體體的湍動程度度；③采用脈沖以及及機械刮除法法維持膜表面面的清潔。三、超濾膜常用的膜材料料有醋酸纖維維、聚砜、聚聚丙烯睛、聚聚酰胺、聚偏氟乙烯等等。四、超濾過程程的工藝流程程參見教材235頁表7-5五、超濾技術術的應用三種類型：①①濃縮；②小分子溶質(zhì)的的分離；③大分子溶質(zhì)的的分級。1．回收電泳涂漆漆污水中的涂涂料超濾在金屬電電泳漆過程中中的應用2．含油污水的回回收超濾過程處理理含油污水3．果汁的澄清果汁澄清新舊舊工藝比較（（a）傳統(tǒng)工藝，，(b)超濾新工藝4．血清白蛋白的的提取用超濾技術提提取血清白蛋蛋白工藝5．紡織工業(yè)污水水的處理（1）聚乙烯醇（PVA）退漿水的回回收；（2）染色污水中染染料的回收；（3）羊毛清洗污水水中回收羊毛毛脂。第四節(jié)電滲滲析一、電滲析原原理及適用范范圍1．電滲析原理電滲析過程示示意圖表電位差為推動動力2．電極反應陽極和陰極上上所發(fā)生的反反應分別是氧氧化反應和還還原反應。以NaCl水溶液為例，，其電極反應應為：陽極：20H-1－2e：→[O]+H2OCl-－e→[Cl]H++Cl-→HCl陰極：2H+2e→→H2Na++OH-→NaOH3．極化現(xiàn)象當操作電流極極化現(xiàn)象大到到一定程度時時，膜內(nèi)離子子遷移被強化，就會在在膜附近造成成離子的“真真空”狀態(tài)，，在膜界面處處將迫使水分子子離解成H+和OH-離子來傳遞電電流，使膜兩兩側(cè)的pH值發(fā)生很大的的變化，這一一現(xiàn)象稱為極極化。極化的危害：：①Ca2+、Mg2+等離子時將形形成沉淀；②膜電阻增大，降低分離效效率。4．離子交換膜可分為三類：：（1）均相離子交換換膜；（2）非均相離子交交換膜；（3）半均相離子交交換膜。對離子交換膜膜的要求是：：①有良好的選擇擇透過性；②膜電阻應低，，膜電阻應小小于溶液電阻阻；③有良好的化學學穩(wěn)定性和機機械強度；有有適當?shù)目紫断抖取?．電滲析的特點點：①只對電解質(zhì)的的離子起選擇擇遷移作用；；②除鹽過程中沒沒有物相的變變化，因而能能耗低；③沒有對環(huán)境的的污染，屬清清潔工藝；④電滲析過程是是在常溫常壓壓下進行的。。6．電滲析的適用用范圍：①可作為離子交換換工藝的預除除鹽處理，制制取初級純水水。②將污水中有用用的電解質(zhì)進進行回收，并并再利用；③改革原有工藝藝，采用電滲滲析技術，實實現(xiàn)清潔生產(chǎn)產(chǎn)。二、電滲析的的流程各種電滲析器器的組合方式式示意圖直流式電滲析析除鹽流程循環(huán)式電滲析析除鹽流程部分循環(huán)式電電滲析除鹽流流程三、電滲析技技術的應用（１）咸水脫鹽制淡淡水電滲析脫鹽生生產(chǎn)淡水的工工藝流程1-滲析槽；2-冷凝器；3-濃縮罐；4-結(jié)晶罐；5-渦輪機；6-鍋爐；7-濃液槽（2）重金屬污水處處理電滲析處理電電鍍含鎳污水水工藝流程（3）純凈水的生產(chǎn)產(chǎn)（4）在食品工業(yè)中中的應用（5）其他應用第五節(jié)微濾一、微濾原理理微濾膜各種截截留作用示意意圖二、影響微濾濾膜分離效果果的因素（1）孔堵塞：①機械堵塞；；②架橋橋；③吸附附。（2）濃差極極化（3）溶質(zhì)吸吸附（4）生物污污染三、微微濾的的操作作流程程（1）無流動動操作作無流動動操