第9章 膜滤技术.ppt

第9章 膜滤技术 9.1概述 9.2微滤与超滤 9.3反渗透与钠滤 9.4电渗析 9.5膜滤技术在水处理领域中的应用 其他膜技术 思考题 1、膜污染、劣化概念，引起原因？预防方法？ 2、什么时膜面的浓差极化现象？产生原因及对膜运行有如何影响？防治措施有哪些？ 9.1概述 9.1.1膜滤的定义 分离介质，是两相分离的手段和物质选择性传递的屏障。 三相均可；厚度从几微米到几毫米。 在其两侧施加某种推动力：压力差、温度差、浓度差、电位差。 水处理领域中常用：压力差（微滤MF、超滤UF、纳滤NF、反渗透RO）、电位差（电渗析ED）。 9.1.2膜滤技术的分类 （1）膜来源分： 天然膜 人工合成膜：无机膜（陶瓷、玻璃、金属等）、有机膜（纤维素、聚酰胺、聚烯烃等） （2）膜的组件分 管式、毛细管式、中空纤维式、板框式、卷式等 前三种以膜管直径大小分。 （3）分离机理分 多孔膜：颗粒大小分离，超滤，微滤 无孔膜：分离体系 中各组分的溶解度或扩散系数分离，渗析 载体膜：载体分子对溶液中某一成分亲和性分离，离子交换膜。 9.1.3膜滤过程的性能参数 三个性能参数：截留率、渗透通量、通量衰减系数 1、截留率R：膜脱除溶质或盐的性能 反映：膜滤工艺分离溶液中组分的难易程度。 2、渗透通量Jw：单位面积膜上单位时间内物质的透过量 反映：膜滤设备大小。 3、通量衰减系数：渗透通量因各因素随时间延长而减少 9.1.4膜污染、劣化及其预防方法 膜做为核心部位应具有以下条件： 1）良好渗透性 2）高效选择性 3）化学稳定性 4）抗压性 5） 机械强度 6）耐污染 7）易制备和加工 1、膜污染 指膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理化学作用或机械化用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞等作用。适当清洗可逆； 引起通量减少原因：一、浓差极化；二、膜表面吸附溶质堵塞、吸附、凝胶层 2、膜劣化 膜自身的结构发生了不可逆变化。引起原因有： 3、膜污染和劣化的预防方法 1）原料液预处理 2）膜组件合理设计 流体力学条件，不同形状； 3）操作方式优化 先低压后增压，流速，水温，反向操作等 4）膜组件清洗 化学清洗：酸碱液，表面活性剂，氧化剂等 物理清洗：水力清洗、气-液脉冲、反冲洗、循环清洗。 5）抗污染及劣化膜的制备 加强亲水性，同荷电性膜较耐污染和劣化。 9.2微滤与超滤 9.2.1基本原理与操作模型 微滤与超滤都是在压差推动力作用下的筛孔分离过程。 微滤 孔径在102~105mm，截留分子量在比超滤大的溶解性大分子物质。 超滤 孔径为20-100mm 截留分子量在500-50 0000，精密过滤； 这两种水处理中一般用来分离分子量大于500的溶质、胶体、悬浮物和高分子物质。 1、基本原理 一定压力差，水和小溶质粒子从高压侧透过膜到低压侧，产生透过液，大粒子被截留存在原料液中成浓缩液。 见P274图9-4 2、操作模型 （1）微滤的两种操作模型： 1）无流动操作 （死端过滤） 如右图所示，水和小溶质透过膜，大颗粒被截留下膜面上，随时间的增大膜面的厚度增大（与过滤阻力、渗透速率的关系变化？） 所以只能设为间歇式，周期性停止清洗、更换。 适用于：固体含量低于0.1%的料液，实验室、小规模场合。 （2）错流操作 如下图所示，料液沿膜表面平等流出产生浓缩液，而渗透液则沿垂直膜的方向流出。膜面的大颗粒因原液的流动产生高剪切力，而返回到主体流再带出微滤膜组件，减少了浓差极化和结垢。有取代无流动过滤趋势。 （2)、超滤三种操作模型： 1）重过滤（P275图9-6） 主要用于大分子和小分子的分离有连续式和间歇式两种。通过不断加入纯水以补充滤出液的体积，提纯大分子目的。 特点：简单、能耗低、渗透速度较高；但浓差极化和膜污染严重。 2）间歇错流过滤（P275图9-7） 利用泵将料液从贮罐送入膜装置中，浓液再回流到贮罐中。使其液面下降，浓度升高。 特点：简单、浓缩快、膜面积小；但循环能耗较大 适用：实验室、小型处理工程 3）连续错流过滤（P275图9-8） 按组件配置分单级和多级两类，图所示为多级，原料液经多次膜分离，其分离效率提高。（哪级渗透速度较低？） 特点：所需停留时间、贮罐体积均小于间歇操作；膜总面积小于单级操作。 9.1.2超过滤的特点 超滤膜与微滤膜同是多孔膜，虽然前者孔径较小，后者较大，但前者的工作周期比后者长得多。 原因：微滤是一种静态过滤，随过滤时间延长，膜面上截流沉积不溶物，引起水流阻力增大，透水速率下降，直至微孔全被堵塞；超滤过程是一种动态过程，在超滤进行时，由泵提供推动力，在膜表面产生两个分力： 一个是垂直于膜面的法向分力，使水分子透过膜面；