第四章膜分離過(guò)程原理

第四章膜分離過(guò)程原理第一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日

微濾、超濾、納濾和反滲透分離類似于過(guò)濾，用以分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮微粒的液體。

1)

微濾

2)超濾

3)納濾

4）反滲透第二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.2以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程微濾是指大于0.1μm的顆?；蚩扇芪锉唤亓鞯膲毫︱?qū)動(dòng)型膜過(guò)程(MF)超濾是指小于0.1μm大于2nm的顆?；蚩扇芪锉唤亓鞯膲毫︱?qū)動(dòng)型膜過(guò)程(UF)第三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日反滲透是指高壓下溶劑逆著其滲透壓而選擇性透過(guò)的膜過(guò)程(RO)納濾是指小于2nm的顆粒或可溶物被截流的壓力驅(qū)動(dòng)型膜過(guò)程(nF)第四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日一.各種膜分離法及其原理膜分離法傳質(zhì)推動(dòng)力分離原理應(yīng)用舉例微濾壓差（0.05～0.5MPa）篩分除菌，回收菌，分離病毒超濾壓差（0.1～1.0MPa）篩分蛋白質(zhì)，多肽和多糖的回收和濃縮反滲透壓差（1.0～10MPa）篩分鹽，氨基酸，糖的濃縮，淡水制造透析濃差篩分脫鹽，除變性劑電滲析電位差篩分，荷電脫鹽，氨基酸和有機(jī)酸的分離滲透氣化壓差，溫差溶質(zhì)與膜的親和力有機(jī)溶劑與水的分離，共沸物的分離（如乙醇濃縮）第五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日滲透和滲透壓

1885年,Van’tHoff滲透壓定律：

·R·T·Ci

滲透是在膜兩邊滲透壓差——

的作用下的溶劑流動(dòng)；而反滲透、超濾是在一外加壓力差P>

的作用下,溶劑逆向流動(dòng)。鹽溶液純水H2O滲透P>反滲透第六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日超濾和微濾都是利用膜的篩分性質(zhì),以壓差為傳質(zhì)動(dòng)力.超濾和微濾膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu),主要用于截留高分子溶劑第七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日超濾原理:超濾是利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程。在靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子通過(guò)膜，大于膜孔的粒子被阻攔在膜的表面上，使大小不同的粒子得以分離。由于膜孔小，其過(guò)濾精度很高，實(shí)際操作壓力一般為。對(duì)象：超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物（蛋白質(zhì)、核酸聚合物、淀粉、天然膠、酶等），膠體分散液第八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（粘土、顏料、礦物料、乳液粒子、微生物）以及乳液（潤(rùn)滑脂、洗滌劑、油水乳液）采用先與適合的大分子結(jié)合的方法也可以從水溶液中分離金屬離子、可溶型溶質(zhì)和高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、酶、病毒）以達(dá)到凈化、濃縮的目的。超濾膜一般為非對(duì)稱膜，由一層極?。ㄍǔ?.1-1um）具有一定孔徑的表皮層和一層較厚（通常為125um）具有海綿狀或指狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成，前者起篩分作用，后者起支撐作用。第九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日分離機(jī)理：一般認(rèn)為超濾過(guò)程的分離機(jī)理為篩分分離過(guò)程。但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素。即超濾過(guò)程中溶質(zhì)的截留包括在膜表面上的機(jī)械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔內(nèi)的吸附三種方式。超濾的操作模式基本上是死端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾兩種。產(chǎn)物既可以是滲透液，也可以是截留液或者二者都有。第十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日微孔過(guò)濾

用于從氣相或液相物質(zhì)中截留分離微粒、細(xì)菌、污染物等。1微過(guò)濾膜:孔徑0.025~3m，特種纖維素酯、高分子聚合物制成。三醋酸酯纖維素

聚四氟乙烯

尼龍－66

親水型

憎水型

通用型水、低級(jí)醇

有機(jī)溶劑*第十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日濾膜溶解法(SolubleMembraneFilter)

對(duì)于微過(guò)濾膜富集,通常采用酸等溶劑將沉積物溶解進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。而可溶濾膜法將目標(biāo)成分轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉倪m應(yīng)收集的形式；抽濾于合適的可溶膜上；將濾膜及收集物溶于合適溶劑中；有機(jī)相可直接分光等直接測(cè)定。如用硝化纖維素膜過(guò)濾,可以用甲基溶纖劑和DMF或濃硫酸溶解,也可用丙酮、乙腈、THF等溶解。第十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日納濾過(guò)濾（nanofiltration,nF）

納濾過(guò)濾是上世紀(jì)80年代末問(wèn)世的新型膜分離技術(shù)。納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾”。納濾膜能夠截留分子量為幾百的物質(zhì)，對(duì)NaCl的截留率為50%-70%，對(duì)某些低分子有機(jī)物的截留率可達(dá)90%。

納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表層孔。

第十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日

納濾截留的相對(duì)分子量為100-1000其操作壓力較低,一般在0.5-1.5MPa同時(shí)納濾膜的通量高,與反滲透相比，納濾具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因此,納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過(guò)超濾膜的那部分小分量的有機(jī)物,透析被反滲透膜所截留的無(wú)機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同,對(duì)單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)以上。第十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用：低聚糖的分離和精制

果汁的高濃度濃縮

第十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日多肽和氨基酸的分離

離子與荷電膜之間存在唐南(Donnan)效應(yīng),即相同電荷排斥而相反電荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等電點(diǎn)時(shí)是中性的,當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)帶正電荷或負(fù)電荷。由于一些納濾膜帶有靜電官能團(tuán),基于靜電相互作用,對(duì)離子有一定的截留率,可用于分離氨基酸和多肽。納濾膜對(duì)于處于等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多肽等溶質(zhì)的截留率幾乎為零,因?yàn)槿苜|(zhì)是電中性的并且大小比所用的膜孔徑要小。而對(duì)于非等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多肽等溶質(zhì)的截留率表現(xiàn)出較高的截留率,因?yàn)槿苜|(zhì)離子與膜之間產(chǎn)生靜電排斥,即Donnan效應(yīng)而被截留。第十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日靜壓差膜分離小結(jié)MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW<3501000~300000.1~10um>1umROUFF新型的nF正好介于UF和RO之間，截流分子量大概在300-1000。第十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日1溶劑2小分子

3大分子

4微粒

鹽分子糖蛋白病毒膠體幾種靜壓差膜分離法應(yīng)用比較

12

3

4MF

1234UF

1234RO第十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1反滲透滲透是在膜兩側(cè)的壓力相等的情況下,在濃差作用下溶劑水分子從低濃度向高濃度透過(guò).反滲透是利用外壓將滲透過(guò)程逆轉(zhuǎn),達(dá)到分離物質(zhì)的目的.第十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日反滲透原理

反滲透（ReverseOsmosis）分離過(guò)程是使溶液在一定壓力（10-100atm）下通過(guò)一個(gè)多孔膜，在常壓和環(huán)境溫度下收集膜滲透液。溶液中的一個(gè)或幾個(gè)組分在原液中富集，高濃度溶液留在膜的高壓側(cè)。反滲透膜(homogeneousmembraneorskin–typemembrane):反滲透膜可截留0.X-60nm的粒子,截留粒子分子量可達(dá)500以下。在分析上,反滲透膜可用于富集水溶液中微量有機(jī)物。

第二十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日在反滲透過(guò)程的設(shè)計(jì)中，溶液的滲透壓數(shù)據(jù)是必不可少的。對(duì)于多組分體系得稀溶液，可用擴(kuò)展的范特霍夫滲透壓公式計(jì)算溶液的滲透壓

式中，ci—溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度，kmol/m3;n—溶液中的組分?jǐn)?shù)。對(duì)電解質(zhì)水溶液，常引入滲透壓系數(shù)來(lái)校正偏離程度，對(duì)水溶液中溶質(zhì)i組分，其滲透壓可用下式計(jì)算

在實(shí)際應(yīng)用中，常用以下簡(jiǎn)化方程計(jì)算

第二十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日反滲透操作特性參數(shù)計(jì)算

基于Sourirajan的優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理，溶劑和溶質(zhì)通量可用Kimura-Sourirajan模型求算溶劑通量溶質(zhì)通量

第二十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日反滲透與納濾膜的截流率

在反滲透過(guò)程中，膜的分離性質(zhì)一般用截流率R表示

式中，c0、cP分別為原料液和透過(guò)液的濃度，kmol/m3。在納濾過(guò)程中，則常用脫鹽率T來(lái)表示：

第二十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日膜過(guò)程設(shè)計(jì)①

過(guò)程回收率

定義透過(guò)液體積與原料液體積之比η稱為回收率，即截流液和透過(guò)液濃度、回收率和截流率的函數(shù)關(guān)系如下溶質(zhì)的損失率與膜的截留率和回收率有關(guān)，可用下式表示第二十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日②過(guò)程脫除率

對(duì)納濾過(guò)程，由于一次脫鹽率通常較低，一般需經(jīng)多次脫除，因此還取決于過(guò)程的總脫鹽率。在恒容脫鹽過(guò)程中，假定料液體積V0為常數(shù)，則料液中鹽的濃度由c0-降到c1?，透過(guò)液的總體積為VP，若過(guò)程對(duì)鹽的脫鹽率T恒定不變，則有

設(shè)則有

第二十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日第二十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.2.2超濾

超濾是在1-10大氣壓作用下分離分子量約大于1000的大分子和膠體粒子的方法。超濾膜是一種微孔結(jié)構(gòu)的膜，分離是依靠孔徑的分布來(lái)完成的。超濾膜對(duì)某一溶質(zhì)的阻止程度可表示為：

R=(1－Cp/Cf)×100Cp

和Cf分別是溶質(zhì)在濾出液產(chǎn)物中和原料中的濃度。第二十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日1.超濾的基本原理

超濾是通過(guò)莫德篩分作用將溶液中大于膜孔的大分子溶質(zhì)截留，使這些溶質(zhì)與小分子溶劑分離的膜過(guò)程。第二十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.2.2.1超濾通量方程1.滲透壓阻力模型第二十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日2.濃差極化與凝膠層阻力模型圖13－25超濾過(guò)程中的濃差極化和凝膠層形成現(xiàn)象(a)濃差極化；(b)凝膠層現(xiàn)象式中，稱為濃差極化比，其值越大，濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重。超濾過(guò)程的透過(guò)率為

通量與過(guò)率時(shí)間的0.5次方衰減的關(guān)聯(lián)式第三十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日J(rèn)vC:向著膜方向傳遞的溶質(zhì)通量

：反向擴(kuò)散的溶質(zhì)通量Js:透過(guò)膜的溶質(zhì)通量第三十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日滲濾是超濾的一種衍生過(guò)程，常用于小分子和大

分子混合物的分離或精制，被分離的兩種溶質(zhì)的

分子量差異較大，通常選取截留分子量介于兩者

之間的膜，這種膜對(duì)大分子的截留率為100％,而

對(duì)小分子則完全透過(guò)。

第三十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日

超濾過(guò)程工藝流程第三十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.2.3微濾微濾也是利用微濾膜的篩分機(jī)理，在壓力驅(qū)動(dòng)下，截留直徑在0.1～1μm之間的顆粒，如懸浮物、細(xì)菌、部分病毒及大尺寸膠體，多用于給水預(yù)處理系統(tǒng)。微濾(MF)也可以稱為精過(guò)濾?？扇コ⒚?10-6m)級(jí)的水中雜質(zhì)，其濾膜的孔徑為0．05～5．00mm，凡太于孔徑的顆粒均可被截留，但孔徑增大則出水濁度隨之增加。可直接用于中水回用、制取優(yōu)質(zhì)飲用水，也可作為反滲透或納濾的預(yù)處理設(shè)施。第三十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)原水水質(zhì)，可經(jīng)過(guò)預(yù)過(guò)濾以去除大顆粒防止膜過(guò)快堵塞，亦可視情況投加混凝劑或粉末活性炭，以生產(chǎn)有機(jī)物含量低的水。但在生產(chǎn)高質(zhì)量水時(shí)，通常作為超濾、反滲透或納濾的預(yù)處理設(shè)施。而在生產(chǎn)高純水時(shí)，微濾常作為純水或超濾水生產(chǎn)時(shí)的末端處理，以去除剩余在水中的痕量雜質(zhì)。

第三十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日目前，市場(chǎng)上的微濾膜多為平板膜折疊式濾芯，膜材料為聚丙烯(PP)或聚砜(PS)、尼龍等。聚砜膜的孔徑經(jīng)常為0．45mm、0．2mm或更小，其孔徑分布均勻，水通量大，不易堵塞。而聚丙烯膜的過(guò)濾精度范圍廣，價(jià)格便宜，但精度差。

另外，無(wú)機(jī)精濾膜亦是應(yīng)用在水處理上的重要微濾技術(shù)之一，如陶瓷膜和預(yù)涂膜過(guò)濾第三十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)微濾過(guò)程中微粒被膜截留在膜表面或是膜深層的現(xiàn)象,可將微濾分為表面過(guò)濾和深層過(guò)濾.表面過(guò)濾:料液中的微粒直徑與膜的孔徑相近,隨著微濾的進(jìn)行,微粒被膜截留在膜表面并堵塞膜孔。完全堵塞式；逐級(jí)堵塞式；濾餅過(guò)濾式；中間堵塞式；深層過(guò)濾：在微濾過(guò)程中，膜孔的孔徑大于被濾微粒的粒徑，流體中的粒子能進(jìn)入膜的深層并被除去。第三十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日滲透氣化與蒸汽滲透1.滲透汽化及蒸汽滲透原理

滲透汽化是指液體混合物在膜兩側(cè)壓差得作用，利用膜對(duì)被分離混合物中某組分有優(yōu)先選擇性透過(guò)膜得特點(diǎn)，使料液側(cè)優(yōu)先滲透組分滲透通過(guò)膜，在膜得下游側(cè)汽化去除，從而達(dá)到混合物分離提純得一種新型膜分離技術(shù)。

蒸汽滲透過(guò)程與滲透汽化過(guò)程不同之處是，蒸汽滲透為氣相進(jìn)料，相變過(guò)程通常發(fā)生在進(jìn)裝置前，在過(guò)程中蒸汽相滲透通過(guò)膜，達(dá)到混合物的分離與純化。第三十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日滲透通量和分離因子

根據(jù)滲透氣化傳遞過(guò)程的基本原理，組分A，B通過(guò)膜的滲透速率可用下式表示

PMA,PMB:組分A和B的滲透率;lm:膜厚;p0A,p0B:組分A和B的飽和蒸氣壓;p1,p2:膜上下側(cè)汽相總壓;xA、yA：A在膜兩側(cè)的汽相組成兩式括號(hào)中的第二項(xiàng)可略，上式除以下式并簡(jiǎn)化后可得第三十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.3以濃度差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程4.3.1滲析過(guò)程在濃度梯度為推動(dòng)力下,使一股液流中的一種或多種溶質(zhì)通過(guò)膜傳遞到另一股液流中,最后達(dá)到原料液中溶質(zhì)被脫除的過(guò)程稱為滲析。第四十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日氣體分離1.氣體在膜內(nèi)的傳遞機(jī)理第四十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日氣體的選擇性和滲透性

對(duì)于理想氣體在多孔膜中的傳遞，如果膜兩側(cè)的氣體總壓力、溫度相等，則可用氣體的分壓差作為推動(dòng)力來(lái)表示。若忽略主體流動(dòng)，則氣體的滲透通量可用費(fèi)克定律來(lái)計(jì)算：

為有效擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算與氣體在膜孔內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，一般根據(jù)努森（Knudsen）數(shù)的大小來(lái)區(qū)分，努森數(shù)Kn可用下式計(jì)算dｐ:膜孔徑;λ:氣體分子平均自由程

第四十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)Kn≥0.01時(shí)，黏性流流動(dòng)，可用Hagen-Poiseuille定律描述。在這種黏性流動(dòng)范圍內(nèi)，氣體混合物不能被膜分離。當(dāng)kn≥1.0，尤其當(dāng)Kn≥10時(shí)，氣體分子平均自由成遠(yuǎn)大于膜孔徑，此類擴(kuò)散現(xiàn)象稱為努森擴(kuò)散，氣體以努森擴(kuò)散機(jī)理通過(guò)膜。當(dāng)Kn數(shù)介于以上值之間，尤其當(dāng)Kn數(shù)在1附近時(shí)擴(kuò)散為過(guò)渡區(qū)擴(kuò)散。已知分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散系數(shù)，則過(guò)渡區(qū)的擴(kuò)散系數(shù)可近似用下式計(jì)算：DAB:雙分子擴(kuò)散系數(shù);ε:孔隙率;τ:膜孔曲折因子;DKp:努森擴(kuò)散系數(shù)

第四十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.4以電位差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程電滲析和膜電解是以電位差為推動(dòng)力來(lái)傳遞帶電荷組分的膜分離技術(shù)。在電場(chǎng)推動(dòng)力作用下，溶液中帶電離子可以通過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜而分離。但膜電解過(guò)程中在電極上有電極反應(yīng)，常伴有氣體生成。第四十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析(Electrodialysis)

電滲析是利用離子交換膜和直流電場(chǎng)的作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離帶電離子組分的一種電化學(xué)分離過(guò)程。用于海水淡化、純水制備和廢水處理。在分析上可用于無(wú)機(jī)鹽溶液的濃縮或脫鹽；溶解的電離物質(zhì)和中性物質(zhì)的分離。第四十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日三、電滲析器的構(gòu)造與組裝：1、構(gòu)造：第四十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日第四十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日第四十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日2、組裝：第四十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1.1.電滲析過(guò)程原理

第五十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析器中交替排列著許多陽(yáng)膜和陰膜，分隔成小水室。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，在直流電場(chǎng)的作用下，溶液中的離子就作定向遷移。陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)而把陰離子截留下來(lái)；陰膜只允許陰離子通過(guò)而把陽(yáng)離子截留下來(lái)。結(jié)果這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱為淡水。而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。第五十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日海水淡化----電滲析原理1離子在電場(chǎng)下的定向遷移2膜的選擇性透過(guò)3分離對(duì)象/產(chǎn)品的去向關(guān)注+-極水

鹽水

淡水第五十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1.2.電滲析器及其脫鹽流程設(shè)計(jì)（1）電滲析器及其脫鹽流程第五十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1.3電滲析過(guò)程中的傳遞現(xiàn)象第五十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析器工藝參數(shù)計(jì)算

（1）電解質(zhì)傳質(zhì)通量電解質(zhì)傳質(zhì)通量公式：第五十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（2）水的傳遞通量Nw=βIe+Kw△Cβ，Kw：水的電滲析系數(shù)和滲透系數(shù)電解質(zhì)傳質(zhì)通量除以水的傳遞通量，得當(dāng)膜的有關(guān)特性數(shù)據(jù)知道后，就可以算出電流效率和濃縮也濃度第五十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（3）離子遷移數(shù)在陰膜-NaCl溶液體系內(nèi)，膜內(nèi)離子遷移數(shù)可用同名離子遷移數(shù)和反離子遷移數(shù)表示。同名離子遷移數(shù)：反離子遷移數(shù)：第五十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日某些離子的膜遷移數(shù)也可以由膜電位計(jì)算第五十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（4）選擇透過(guò)度反離子在膜內(nèi)遷移數(shù)實(shí)際增值與理想增值比為膜的選擇透過(guò)度：tL：反離子在溶液中的遷移數(shù)：反離子在膜的遷移數(shù)：反離子在理想膜中的遷移數(shù)為100%第五十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（5）電流效率電流效率是電滲析器的主要技術(shù)指標(biāo)實(shí)際過(guò)程中常采用單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際脫鹽量與理論脫鹽量之比作為電流效率Q：淡化水量△C：滲析液進(jìn)出口濃度差第六十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（6）電流密度極限電流密度：電滲析過(guò)程中，當(dāng)在脫鹽室側(cè)膜表面的液-膜邊界層內(nèi)形成濃差極化時(shí)所施加的電流密度。第六十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際應(yīng)用中電滲析器的極限電流密度用Willson經(jīng)驗(yàn)公式表示Ilim=υ:膜面線速度

:滲析流進(jìn)、出口對(duì)數(shù)平均濃度在實(shí)際店滲析工藝過(guò)程中，一般先求得極限電流密度，再計(jì)算操作電流密度f(wàn)c、ft、fs為電解質(zhì)組成換算系數(shù)、溫度換算系數(shù)、溶液特性安全系數(shù)第六十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(1)最佳操作電流密度利用電滲析進(jìn)行脫鹽或濃縮,其產(chǎn)品成本與電流密度有關(guān),如p93圖4-32d=aIe+Ie/b+c對(duì)上式微分,即可得到既不超過(guò)極限電流密度,又使過(guò)程費(fèi)用為最低的最佳操作電流密度第六十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日通過(guò)對(duì)完成一定脫鹽量所需電能和膜面積的分析可得:第六十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日(2)脫鹽率和濃度比通常取一級(jí)一段膜對(duì)為基準(zhǔn)計(jì)算脫鹽率將膜對(duì)滲析流和濃縮流進(jìn)口濃度的比值定義為濃度比第六十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)物料平衡,滲析液濃度Cdo和濃縮液濃度Cco可分別用脫鹽率表示Cdo=Cdi(1-R)Cco=Cdi(1-R)對(duì)多級(jí)多段電滲析過(guò)程,其總脫鹽率可用下式計(jì)算Cdf,Cdp為進(jìn)料濃度和出口產(chǎn)物濃度第六十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日在極限電流密度下,流程長(zhǎng)度與滲析六濃度分布的關(guān)系式有:F:法拉第常數(shù)L:脫鹽室流道長(zhǎng)度d:脫鹽室膜間距第六十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日若用實(shí)際操作電流密度代替極限電流密度則有:減小線速度可使脫鹽率提高,但由于極限電流密度降低,所需膜面積也將增大第六十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日操作電流、極限電流、操作濃度、極限濃度有如下關(guān)系式：第六十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日（3）膜面積的計(jì)算對(duì)部分循環(huán)式多級(jí)電滲析脫鹽系統(tǒng)，有QR：脫鹽室循環(huán)量n：X系統(tǒng)段數(shù)QF：進(jìn)料量第七十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日膜面積若所處理的進(jìn)料量已知?jiǎng)t膜面積有:第七十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日膜電解(自學(xué))

第七十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.5濃差極化對(duì)膜分離過(guò)程的影響濃差極化：電滲析器在運(yùn)轉(zhuǎn)中，膜兩邊出現(xiàn)濃度差的膜界面現(xiàn)象稱濃差極化。濃差極化和膜污染常常同時(shí)發(fā)生,不能嚴(yán)格區(qū)分。但濃差極化現(xiàn)象是可逆的，可以改變操作條件來(lái)控制，而膜污染常常是不可逆的，必須通過(guò)對(duì)膜的清洗甚至調(diào)換來(lái)克服。第七十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日超濾和反滲透中的濃差極化在膜分離過(guò)程中，水連同小分子透過(guò)膜，而大分子溶質(zhì)則被膜所阻攔并不斷積累在膜表面上，使溶質(zhì)在膜面處的濃度Cm高于溶質(zhì)在主體溶液中的濃度Cb，從而在膜附近邊界層內(nèi)形成濃度差Cm-Cb，并促使溶質(zhì)從膜表面向著主體溶液進(jìn)行反向擴(kuò)散，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。由于進(jìn)行超濾的溶液主要含有大分子，其在水中的擴(kuò)散系數(shù)極小，導(dǎo)致超濾的濃差極化現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。第七十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日引起反滲透和超濾過(guò)程中濃差極化現(xiàn)象的原因是相同的,但兩者所產(chǎn)生的影響是非常的不同。反滲透中，積累在膜表面上的低分子量組分，隨著溶液濃度的增加，滲透壓也會(huì)增加，通過(guò)膜的傳遞速率也會(huì)下降超濾過(guò)程中，被膜所截留的通常為大分子，溶液濃度所引起的滲透壓變化對(duì)過(guò)程影響不大，一般不考慮，但濃差極化的影響則十分明顯。第七十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日濃差極化的影響可以通過(guò)膜的傳遞模型描述。當(dāng)超濾達(dá)到平衡時(shí)，濃差極化模型方程可寫(xiě)為：

若定義傳質(zhì)系數(shù)κ=D/δ，當(dāng)xp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于xb和xm時(shí)上式可簡(jiǎn)化為：第七十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日式中，稱為濃差極化比，

其值越大，濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重。在反滲透中，當(dāng)膜的通量不太大，且溶質(zhì)為小分子物質(zhì)時(shí)，只要采用適當(dāng)?shù)牧黧w分布器改善料液的流動(dòng)狀態(tài)，則濃差極化比可以很容易地下降到15以下。對(duì)純水，濾速隨壓差的增加呈線性增加。而大分子溶液，濾速增加到一定值后則不隨壓差的增大而增加。溶質(zhì)的濃度越高，則通量越低，溫度升高，通量增加。第七十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日操作壓差對(duì)超濾通量的影響第七十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析中的濃差極化當(dāng)工作電流密度過(guò)大時(shí)時(shí)，在膜-液界面上會(huì)形成離子耗竭層,在耗竭層中溶液的電阻會(huì)變得很大,當(dāng)恒定的工作電流通過(guò)耗竭層時(shí)會(huì)引起非常大的電位降,并迫使溶液中的水分子離解,產(chǎn)生的H+和OH-代替離子導(dǎo)電，這一現(xiàn)象稱為極化。第七十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日極化是電滲析器運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題，其危害如下。

(1)降低電流功率由于極化時(shí)、導(dǎo)致水分子大量解離，在電場(chǎng)作用下，水的解離造成H＋和OH—離子的遷移，可見(jiàn)其部分電能消耗在水的解離和與脫鹽無(wú)關(guān)的H＋和OH—離子遷移上，使電流功率下降。

(2)降低除鹽率和產(chǎn)率極化會(huì)在濃水室陰膜表面上產(chǎn)生沉淀，形成水垢，對(duì)運(yùn)行帶來(lái)不良的影響。

(3)淡水pH值下降。

(4)膜的使用壽命縮短。第八十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日

防止極化的方法：

A、控制工作電流密度使之小于極限電流密度，控制i工=70-90%i極，

B、定期倒換電極，減緩水垢生成。

C、定期對(duì)電滲析器進(jìn)行酸洗，用1~1.5%鹽酸。

D、增加水流速度，減輕極化現(xiàn)象。第八十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日極化與沉淀：第八十二頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日防止和消除結(jié)垢的主要措施：第八十三頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日電滲析技術(shù)的新發(fā)展：

(1)頻繁倒極電滲析工藝：配有自動(dòng)化控制，每小時(shí)倒換電極2-3次，對(duì)于消除和防止結(jié)垢有良好效果。(2)提高電滲析器的水利用率：采用濃水循環(huán)并加入少量鹽酸的方法，使水利用率提高到70％－90％。(3)高溫電滲析：將進(jìn)水加熱到70－75℃，電滲析工效大為提高，電耗顯著下降，但要求膜能耐高溫、耐化學(xué)侵蝕、強(qiáng)度好。(4)不解體清洗的電滲析：研制出有效的化學(xué)清洗液，用以清除膜面附著物(軟垢)，可使裝置在2－3年內(nèi)不必拆開(kāi)清洗。(5)鼓泡式電滲析：借助于放入氣泡的攪動(dòng)作用來(lái)提高傳質(zhì)效果，并能清除膜面污染，該裝置不設(shè)置隔網(wǎng)，預(yù)處理亦可簡(jiǎn)化，由于借空氣的提升力，即可注入水，給水泵亦可省去。(6)與其它脫鹽技術(shù)相組合的除鹽工藝研究：如與離子交換聯(lián)合組成適應(yīng)范圍更廣的電滲析－離子交換除鹽系統(tǒng)。第八十四頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日其他膜分離過(guò)程中的濃差極化滲析過(guò)程中的濃差極化比較容易控制氣體分離中濃差極化可以忽略不計(jì)微孔過(guò)濾中被阻擋的微粒一般沉積在膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部,在膜表面很少有濃差極化.降低濃差極化的方法有水力法和物理、化學(xué)方法見(jiàn)P104第八十五頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日4.7膜組件膜一般被制成膜組件,然后將膜組件組裝成膜分離設(shè)備。不同的分離過(guò)程，采用的膜組件類型和結(jié)構(gòu)也不同第八十六頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日常見(jiàn)的膜組件第八十七頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日第八十八頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日膜分離設(shè)備:

1)平板式膜組件

平板式膜組件使用平板式膜，這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊組成。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜的清洗更換比較容易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要而組裝不同數(shù)量的膜。

缺點(diǎn):需密封的邊界線長(zhǎng)

第八十九頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日平板式膜組件第九十頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日2)卷式膜組件

卷式膜組件也是用平板膜制成的，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。

優(yōu)點(diǎn):目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式柱比、卷式膜組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大。缺點(diǎn):清洗不方便，膜有損壞，不易更換，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。第九十一頁(yè)，共一百零九頁(yè)，2022年，8月28日螺旋卷式膜組件第九十二頁(yè)，共一