第16章膜分离法.ppt

水污染控制工程 教学内容： 一、膜的定义和分类 二、膜分离概述 三、扩散渗析（diffusion dialysis） 四、电渗析(electrodialysis) 五、反渗透（ reverse osmosis) 六、超过滤(ultrafiltration) 一、膜的定义和分类 1、膜（分离膜）的定义 分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上，膜厚度要远小于其比表面积。 2、膜的分类 按膜结构分：有对称膜和不对称膜 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚乙烯膜等 无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等 按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜 二、膜分离概述 1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点 3．膜分离法的分类 4．膜分离法的应用 1．膜分离的概念 用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。 膜分离过程的推动力有两类：①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。 2、膜分离技术的特点 （a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低； （b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩； （c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点； （d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。 3．膜分离法的分类  膜分离法的种类很多，现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四种膜分离技术。 4、膜分离的应用领域 （1）化学/染料工业? （2）食品/饮料工业 （3）制药/生物工程? （4）空气过滤? （5）水处理? 三、扩散渗析（diffusion dialysis） 1、渗析：把水溶液中溶质透过半透膜而溶质被截留的现象称为渗析。 半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。 阳离子交换膜、阴离子交换膜 2、扩散渗析的原理 利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。 3、优缺点： 优点：能耗小，设备结构简单，操作方便，不需要对膜进行酸碱再生，分离过程中不需要加入其它化学药剂。 缺点渗析速度慢，分离效率低。 4、应用： 在生物医学上的应用最为广泛，主要的用途是血液渗析法（又称为人工肾），此外还有人工肺。 在工业方面的应用 从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等； 从化工厂人造丝浆压液中回收NaOH 四、电渗析（electrodialysis，简称ED ） 1．电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。 电渗析过程原理图 2．离子交换膜 离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。 阳膜(cation exchange membrane)含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。 阴膜(anion exchange membrane)含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过。 复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。 3、电渗析器 电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）