環(huán)境工程原理課件圖文解析一二

第七章膜分離技術(shù)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解膜分離技術(shù)的特點(diǎn)和類型，各種類型膜分離器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)、缺點(diǎn)以及膜分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的典型應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。掌握反滲透、超濾、電滲析、氣體膜分離、微濾的基本原理、工藝流程及各種膜分離過(guò)程的影響因素、能夠分析解決實(shí)際問題。第一節(jié)概述

一、膜和膜分離的分類

1.膜的定義與分類膜是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。

選擇性透過(guò)膜的定義按膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類2.膜分離的定義、分類和特點(diǎn)膜分離---借助于膜，在某種推動(dòng)力的作用下，利用流體中各組分對(duì)膜的滲透速率的差別而實(shí)現(xiàn)組分分離的過(guò)程。膜分離過(guò)程的特點(diǎn)如下:①一般不發(fā)生相變，能耗低；②一般在常溫或溫度不太高的條件下進(jìn)行；③可除去病毒、細(xì)菌，溶液中的大分子和無(wú)機(jī)鹽④裝置簡(jiǎn)單、操作方便、維護(hù)費(fèi)用低。

二、對(duì)膜的基本要求1.膜應(yīng)具有良好的選擇透過(guò)性，通常表示為:①截留率R

R=

②透過(guò)速率（通量）J

指單位時(shí)間、單位膜面積的透過(guò)的物質(zhì)量，常用單位為kmol/(m2·s)。③截留物分子量一般取截留率為90%的物質(zhì)的分子量為膜的截留物分子量。2.膜有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。R=

三、膜分離技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用1．飲用水的凈化2．工業(yè)用水的處理3．工業(yè)污水和市政污水處理四、膜分離設(shè)備

膜分離技術(shù)的核心是分離膜。無(wú)機(jī)膜

聚合物膜｛按分離膜的材質(zhì)不同

按膜的分離功能：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、滲析膜、電滲析膜、氣體分離膜、滲透蒸發(fā)膜、液體分離膜；按膜的形態(tài)：平板膜、管狀膜、細(xì)管膜、中空纖維膜等。膜分離器---將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi),也稱膜組件:⑴板框式⑷中空纖維式⑵螺旋卷式⑸毛細(xì)管式⑶圓管式⑹槽式

板框式膜組件構(gòu)造示意圖

緊螺栓式板框式反滲透

螺旋卷式反滲透膜組件

螺旋卷式反滲透器

管式膜組件

杜邦公司中空纖維反滲透膜組件示意圖

毛細(xì)管膜組件示意圖

槽條式膜組件示意圖第二節(jié)反滲透

一、反滲透原理⑴滲透壓（a）滲透；（b）滲透平衡；（c）反滲透

滲透過(guò)程示意圖

⑵反滲透膜對(duì)反滲透膜的要求:①具有較好的分離透過(guò)性②良好的物化穩(wěn)定性典型的非對(duì)稱膜結(jié)構(gòu)示意圖

二、影響反滲透因素——濃差極化濃差極化---溶質(zhì)在膜表面附近積累，造成由膜表面到溶液主體之間的具有濃度梯度的邊界層，引起溶質(zhì)從膜表面通過(guò)邊界層向溶液主體擴(kuò)散。不良影響:①導(dǎo)致溶劑的滲透通量下降；②對(duì)溶劑滲透通量的增加提出了限制；③膜表面上形成沉淀，會(huì)堵塞膜孔；④會(huì)導(dǎo)致膜分離性能的改變；⑤出現(xiàn)膜污染。三、反滲透組件及其技術(shù)特征

各種反滲透組件技術(shù)特征各種組件的比較

各種組件的比較

四、反滲透過(guò)程工藝流程⑴一級(jí)一段連續(xù)式⑵一級(jí)一段循環(huán)式

一級(jí)一段連續(xù)式

一級(jí)一段循環(huán)式

一級(jí)一段循環(huán)式

⑶一級(jí)多段連續(xù)式⑷一級(jí)多段循環(huán)式⑸多級(jí)多段循環(huán)式五、三反滲三透技三術(shù)的三應(yīng)用（1）海水三淡化目的三：除三去無(wú)三機(jī)鹽日本三某海三水淡三化廠三工藝三流（2三）純水三制備目的三：除三去水三中懸浮三固體三、溶三解固三體、三可溶三性氣三體、揮發(fā)物三質(zhì)及三微生三物、三細(xì)菌三等超純?nèi)a(chǎn)的三典型三工藝三流程（3三）電鍍?nèi)鬯幚砟康娜撼ブ厝饘伲?）低分三子溶三液的三濃縮電鍍?nèi)鬯礉B三透流三程第三三節(jié)三超濾一、三超濾三原理①在膜三表面三及微三孔內(nèi)三吸附三；②在膜三面的三機(jī)械三截留三；③在微孔中三停留三而被三除去三。二、三超濾三的濃三差極三化溶質(zhì)三會(huì)在三膜表三面積三聚并形三成從三膜面三到主三體溶三液之三間的三濃度三梯度三。超濾三分離三原理三示意三圖減輕三濃差三極化的措施：①錯(cuò)流三設(shè)計(jì)，以三利清三除極三化層三；②流體三流速三提高三，增三加流三體的三湍動(dòng)三程度三；③采用三脈沖三以及三機(jī)械三刮除三法維三持膜三表面三的清三潔。三、三超濾三膜常用三的膜三材料三有醋三酸纖三維、三聚砜三、聚三丙烯三睛、三聚酰三胺、聚偏三氟乙三烯等三。四、三超濾三過(guò)程三的工三藝流三程參見三教材23三5頁(yè)表7-三5五、三超濾三技術(shù)三的應(yīng)三用三種三類型三：三①濃縮三；②小分三子溶三質(zhì)的三分離三；③大分三子溶三質(zhì)的三分級(jí)三。1．回收三電泳三涂漆三污水三中的三涂料超濾三在金三屬電三泳漆三過(guò)程三中的三應(yīng)用2．含油三污水三的回三收超濾三過(guò)程三處理三含油三污水3．果汁三的澄三清果汁三澄清三新舊三工藝三比較三（a）傳三統(tǒng)工三藝，(b三)超濾三新工三藝4．血清三白蛋三白的三提取用超三濾技三術(shù)提三取血三清白三蛋白三工藝5．紡織三工業(yè)三污水三的處三理（1）聚乙三烯醇三（PV三A）退三漿水三的回三收；（2）染色三污水三中染三料的三回收；（3）羊毛三清洗三污水三中回三收羊三毛脂。第四三節(jié)三電滲三析一、三電滲三析原三理及三適用三范圍1．電滲三析原三理電滲三析過(guò)三程示三意圖三表電位三差為三推動(dòng)三力2．電極三反應(yīng)陽(yáng)極三和陰三極上三所發(fā)三生的三反應(yīng)三分別三是氧三化反三應(yīng)和三還原三反應(yīng)三。以Na三Cl水溶三液為三例，三其電三極反三應(yīng)為三：陽(yáng)極三：20三H-1－2e：→[O三]+三H2OCl-－e→[C三l]H++三Cl-→HC三l陰極三：2H三+三2三e三→H2Na++三OH-→Na三OH3．極三化現(xiàn)三象當(dāng)操三作電三流極三化現(xiàn)三象大三到一三定程三度時(shí)三，膜三內(nèi)離三子遷三移被強(qiáng)化三，就三會(huì)在三膜附三近造三成離三子的三“真三空”三狀態(tài)三，在三膜界三面處將迫三使水三分子三離解三成H+和OH-離子三來(lái)傳三遞電三流，三使膜三兩側(cè)三的pH值發(fā)三生很三大的三變化三，這三一現(xiàn)三象稱三為極三化。極化三的危三害：①Ca2+、Mg2+等離三子時(shí)三將形三成沉三淀；②膜電三阻增大，降三低分三離效三率。4．離子三交換三膜可分三為三三類：（1）均相三離子三交換三膜；（2）非均三相離三子交三換膜；（3）半均三相離三子交三換膜。對(duì)離三子交三換膜三的要三求是三：①有良三好的三選擇三透過(guò)三性；②膜電三阻應(yīng)三低，三膜電三阻應(yīng)三小于三溶液三電阻三；③有良三好的三化學(xué)三穩(wěn)定三性和三機(jī)械三強(qiáng)度三；有三適當(dāng)三的孔三隙度三。5．電滲三析的三特點(diǎn)：①只對(duì)三電解三質(zhì)的三離子三起選三擇遷三移作三用；②除鹽三過(guò)程三中沒三有物三相的三變化三，因三而能三耗低三；③沒有三對(duì)環(huán)三境的三污染三，屬三清潔三工藝三；④電滲三析過(guò)三程是三在常三溫常三壓下三進(jìn)行三的。6．電滲三析的三適用三范圍：①可作為三離子三交換三工藝三的預(yù)三除鹽三處理三，制三取初三級(jí)純?nèi)＂趯⑽廴腥杏萌碾娙赓|(zhì)三進(jìn)行三回收三，并三再利三用；③改革三原有三工藝三，采三用電三滲析三技術(shù)三，實(shí)三現(xiàn)清三潔生三產(chǎn)。二、三電滲三析的三流程各種三電滲三析器三的組三合方三式示三意圖直流三式電三滲析三除鹽三流程循環(huán)三式電三滲析三除鹽三流程部分三循環(huán)三式電三滲析三除鹽三流程三、三電滲三析技三術(shù)的三應(yīng)用（１）咸水三脫鹽三制淡三水電滲三析脫三鹽生三產(chǎn)淡三水的三工藝三流程1-滲析三槽；2-冷凝三器；3-濃縮三罐；4-結(jié)晶三罐；5-渦輪三機(jī)；6-鍋爐三；7-濃液三槽（2三）重金三屬污三水處三理電滲三析處三理電三鍍含三鎳污三水工三藝流三程（3三）純凈三水的三生產(chǎn)（4）在食三品工三業(yè)中三的應(yīng)三用（5三）其他三應(yīng)用第五三節(jié)微濾一、三微濾三原理微濾三膜各三種截三留作三用示三意圖二、三影響三微濾三膜分三離效三果的三因素（1三）孔堵三塞：①機(jī)三械堵三塞；②架三橋；