反滲透與超濾演示文稿

反滲透與超濾演示文稿當前第1頁\共有58頁\編于星期二\19點反滲透與超濾當前第2頁\共有58頁\編于星期二\19點

一、反滲透（RO）

ReverseOsmosis1、概述2、反滲透基本原理3、反滲透膜及其透過機理4、反滲透裝置5、反滲透工藝流程當前第3頁\共有58頁\編于星期二\19點1、概述反滲透是一項高新膜分離技術(shù)，其孔徑很小，大都≤10×10–10（10A），它能去除濾液中的離子范圍和分子量很小的有機物，如細菌、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、飲用蒸餾水、太空水的生產(chǎn)，還應(yīng)用于生物、醫(yī)學工程。

特點常溫條件下，可以對溶質(zhì)和水進行分離或濃縮，因而能耗低；雜質(zhì)去除范圍廣，可去除無機鹽和各類有機物雜質(zhì)；較高的水回用率；

分離裝置簡單，容易操作和維修。當前第4頁\共有58頁\編于星期二\19點應(yīng)用范圍太空水、純凈水、蒸餾水等制備；

酒類制造及降度用水；

醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備；

化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備；

鍋爐補給水除鹽軟水；

海水、苦咸水淡化；

造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水處理。當前第5頁\共有58頁\編于星期二\19點2、反滲透的原理滲透和反滲透原理示意圖半透膜開始時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，當壓力超過滲透壓時，則水透過半透膜，即反滲透，實現(xiàn)凈化過程。當前第6頁\共有58頁\編于星期二\19點

一種只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的膜稱為半透膜。當把溶劑和溶液(或把兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時，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Π

。Π=iRTc若在溶液的液面上再施加一個大于Π

的壓力P時，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。凡基于此原理所進行的濃縮或純化溶液的分離方法，一般稱之為反滲透工藝。

反滲透是滲透的一種反向遷移運動，它主要是在壓力推動下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的濟劑與溶質(zhì)分開。當前第7頁\共有58頁\編于星期二\19點3．反滲透膜及其透過機理（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；機械強度好，能抗壓、抗拉、耐磨；熱和化學的穩(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。當前第8頁\共有58頁\編于星期二\19點（2）反滲透膜的分類按成膜材料可分為有機膜和無機高聚物膜；按膜的形狀可分為平板狀、管狀、中空纖維狀膜；按膜結(jié)構(gòu)可分為多孔性和致密性膜，或?qū)ΨQ牲(均勻性)和不對稱性(各向異性)結(jié)構(gòu)膜；按應(yīng)用對象可分為海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于廢水處理、分離提純等的膜。當前第9頁\共有58頁\編于星期二\19點1）醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)及性能①膜的結(jié)構(gòu)醋酸纖維素是沒有強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(celluloseacetate,CA)膜。外觀為乳白色、半透明，有一定的韌性，膜厚l00－250m。當前第10頁\共有58頁\編于星期二\19點這種膜有不對稱結(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。示意CA膜是被水充分溶脹了的凝膠體。由于鑄膜液中的所有添加劑及溶劑在制膜過程中先后被除去，膜中僅含水分。鏈接當前第11頁\共有58頁\編于星期二\19點當前第12頁\共有58頁\編于星期二\19點醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99％表皮層，孔徑（8－10）×10－10m過渡層，孔徑200×10－10m多孔層，孔徑（1000－4000）×10－10m1%當前第13頁\共有58頁\編于星期二\19點顯微鏡下膜的照片當前第14頁\共有58頁\編于星期二\19點在相對濕度為100％時，膜的含水量高達60％，其中表皮層只含10％－20％，且主要是以氫鍵形式結(jié)合的所謂一級結(jié)合水和少量的二級結(jié)合水。多孔層中除上述兩種結(jié)合水外，較大的孔隙中還充滿著毛細管水，此層中含水率較高。正由于膜中存在這幾種不同性質(zhì)的水，決定了CA膜具有良好的脫鹽性能和適宜的透水性能。膜必須保存在水中。當前第15頁\共有58頁\編于星期二\19點②CA膜的性質(zhì)（a）膜的方向性：由于CA膜是一種不對稱膜，因此，在進行反滲透時，必須保持表層與待處理的溶液或廢水接觸，而決不能倒置，否則達不到處理的目的。（b）選擇透過性：CA膜對無機電解質(zhì)和有機物具有選擇透過性。當前第16頁\共有58頁\編于星期二\19點對電解質(zhì)，離子價越高，或同價離子水合半徑越大，則脫除效果越好。陽離子的脫除順序為：Sr2+>Ba2+>Li+>Na+>K+。陰離子的脫除順序為：檸檬酸根>酒石酸根>SO42->CH3COO->Cl->Br->NO3->I->SCN-。對有機物，一般是水溶性好的、非解離性的、分子量小的脫除效果較差。而解離性大的、分子量大于200的有機物，則脫除效果較好。對同一類有機物，隨分子量增大，脫除效率增加。對同分子量有機物，隨分子支鏈的增加，脫除效果變得更好。當前第17頁\共有58頁\編于星期二\19點（c）壓密效應(yīng)：CA膜在壓力作用下，外觀厚度一般減少25％―50％，同時，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，因此膜的性能在壓力消失后不會恢復。（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pH4.5－5.2時最低。當前第18頁\共有58頁\編于星期二\19點（3）反滲透膜的透過機理1）氫鍵理論該理論認為，水透過膜是由于水分子和膜的活化點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締合，原活化點上的結(jié)合水解離出來，解離出來的水分子繼續(xù)和下一個活化點締合，又解離出下一個結(jié)合水。水分子通過一連串的締合－解離過程，依次從一個活化點轉(zhuǎn)移到下一個活化點，直至離開表皮層，進入多孔層。當前第19頁\共有58頁\編于星期二\19點2)優(yōu)先吸附－毛細管流理論該理論把反滲透膜看作一種微細多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它有選擇性吸附水分子而排斥溶質(zhì)分子的化學特性。當水溶液同膜接觸時，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，或為單分子層或為多分子層。在外壓作用下，界面水層在膜孔內(nèi)產(chǎn)生毛細管流連續(xù)地透過膜。當前第20頁\共有58頁\編于星期二\19點3）溶解-擴散機理

溶劑與溶質(zhì)透膜的機理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學位差的推動力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進行擴散，直至透過膜。當前第21頁\共有58頁\編于星期二\19點4．反滲透裝置工業(yè)生產(chǎn)中使用的膜分離設(shè)備是由多個構(gòu)造相同的單個裝置組合而成的，一般把構(gòu)成設(shè)備的相同的裝置稱為膜組件（membranemodule）。反滲透膜組件有板框式（plateandframe)、管式(tubularmodules)、螺旋卷式(spiralswound)和中空纖維式(hollowfiber)等四種。當前第22頁\共有58頁\編于星期二\19點四種反滲透裝置的性能及操作特點

比較項目板框式管

式螺旋卷式中空纖維式填充密度（m2/m3）201502501800易污染程度難中等易易膜清洗難度內(nèi)壓式易，外壓式難易難難膜更換難度內(nèi)壓式難，外壓式易一般易易原水預處理成本低中等高高相對價格高高低低當前第23頁\共有58頁\編于星期二\19點（1）板框式反滲透膜組件裝配圖當前第24頁\共有58頁\編于星期二\19點進水透過水濃縮水耐壓容器透水板半透膜板框式膜組件工作過程示意圖特點：結(jié)構(gòu)簡單，體積比管式的小。缺點：裝卸復雜，單位體積膜表面積小。當前第25頁\共有58頁\編于星期二\19點（2）管式反滲透膜組件管式膜組件又分為內(nèi)壓式和外壓式當前第26頁\共有58頁\編于星期二\19點內(nèi)壓式管式膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖特點:水力條件好，安裝、清洗、維修比較方便。能耐高壓，可以處理高粘度的原水。缺點是膜的有效面積小，裝置體積大，而且兩端要較多的聯(lián)結(jié)裝置。淡水淡水膜表皮層玻璃纖維管進水當前第27頁\共有58頁\編于星期二\19點束式外壓式膜組件1－檔圈；2－集水密封環(huán)；3－聚氯乙烯燒結(jié)板；4－錐形多孔橡膠塞；5－密封管接頭；6－進水口；7－殼體；8－橡膠膽；9－出水口；10－膜元件；11－網(wǎng)套；12－O形密封圈；13－檔圈槽；14－淡水出口當前第28頁\共有58頁\編于星期二\19點（3）螺旋卷式反滲透膜組件當前第29頁\共有58頁\編于星期二\19點密封密封密封螺旋卷式膜組件一個膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層當前第30頁\共有58頁\編于星期二\19點膜葉透水網(wǎng)狀材料透過水濃水進水螺旋卷式膜組件組合示意圖當前第31頁\共有58頁\編于星期二\19點膜組件的組裝示意圖進水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液當前第32頁\共有58頁\編于星期二\19點工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置當前第33頁\共有58頁\編于星期二\19點工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接當前第34頁\共有58頁\編于星期二\19點螺旋卷式反溶透裝置的特點：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。當前第35頁\共有58頁\編于星期二\19點（4）中空纖維式反滲透膜組件中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。中空纖維外徑50―200m，內(nèi)徑2542m。將數(shù)萬至數(shù)十萬根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)覆以保護性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹脂加固。將其一端切斷，使纖維膜呈開口狀，并在這一側(cè)放置多孔支撐板。將整個膜束裝在耐壓筒內(nèi)。當前第36頁\共有58頁\編于星期二\19點中空纖維反滲透組件簡圖

進水濃水透過水多孔進水管濃水出口淡水出口密封中空纖維膜外徑50－200μ內(nèi)徑25－42μ密封耐壓容器當前第37頁\共有58頁\編于星期二\19點（4）中空纖維式反滲透膜組件當前第38頁\共有58頁\編于星期二\19點中空纖維為U形的膜組件當前第39頁\共有58頁\編于星期二\19點中空纖維式膜組件的特點：單位體積膜表面積大。制造和安裝簡單，不需要支撐物。缺點是不能用于處理含有懸浮物的廢水，預處理必須經(jīng)過濾處理。難以發(fā)現(xiàn)損壞的膜。當前第40頁\共有58頁\編于星期二\19點5．反滲透工藝流程反滲透工藝一般包括預處理和膜分離兩部分。預處理可以用物理化學法，也可以用化學法。所采取的預處理方法與原水的物理、化學性質(zhì)及生物學特性有關(guān)，還與膜裝置的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當前第41頁\共有58頁\編于星期二\19點制定工藝流程應(yīng)考慮的因素：對溶液的分離有不同的質(zhì)量要求。膜元件的使用壽命。反滲透工藝中的級與段：段（concentratestaging)：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(permeatestaging)：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。當前第42頁\共有58頁\編于星期二\19點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)，但水回收率低可以提高水的回收率，但出水水質(zhì)有可能下降當前第43頁\共有58頁\編于星期二\19點一級多段連續(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。當前第44頁\共有58頁\編于星期二\19點一級多段循環(huán)式濃縮液濃度高，出水水質(zhì)較好。當前第45頁\共有58頁\編于星期二\19點二級五段連續(xù)式第二級當前第46頁\共有58頁\編于星期二\19點二、超過濾（Ultrafiltration)1、超過濾與反滲透的異同2、超過濾的原理3、超濾膜及膜組件4、超濾的基本工藝流程5、超濾的特點及應(yīng)用領(lǐng)域當前第47頁\共有58頁\編于星期二\19點1、超過濾與反滲透的異同超過濾簡稱超濾，它同反滲透一樣，都是利用膜來分離廢水中溶解的物質(zhì)。兩種方法的共同點在于：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，而溶解的物質(zhì)被阻滯在膜表面上。當前第48頁\共有58頁\編于星期二\19點兩者區(qū)別在于：（1）膜不同：超過濾所用的膜(超濾膜)較疏松，透水量大，除鹽率低，一般用超過濾分離高分子和低分子有機物以及無機離子等，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，具有選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)，當前第49頁\共有58頁\編于星期二\19點（2）機理不同：超過濾的去除機理主要是篩濾作用。在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復雜的物理化學作用。（3）工作壓力不同：超過濾的工作壓力低(0.07－0.7MPa)。反滲透所需的工作壓力高(大于2.8MPa)。超濾裝置與反滲透裝置類似，目前我國試驗研究及生產(chǎn)中普遍用管式裝置。當前第50頁\共有58頁\編于星期二\19點

超濾又稱為超過濾，通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進行選擇性分離。當液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時，小分子溶質(zhì)透過膜（稱為超濾液），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)的機理是：膜表面的孔徑機械篩分作用；膜孔阻塞、阻滯作用；膜表面及膜孔對雜質(zhì)的吸附作用。2、超濾的原理當前第51頁\共有58頁\編于星期二\19點進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)超過濾原理示意圖當前第52頁\共