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第九章 膜滤技术 第九章 膜滤技术 9.1 概述 9.2 微滤和超滤 9.3 反渗透和纳滤 9.4 电渗析 9.5 膜滤技术在水处理领域中的应用 9.1 概述 9.1.1 膜滤的定义 9.1.2 膜滤技术的分类 9.1.3 膜滤过程的性能参数 9.1.4 膜污染、劣化及其预防方法 9.1.1 膜滤的定义 膜滤的定义：以选择性透过膜为分离介质，在其两侧施加某种推动力，使原料侧组分选择性的透过膜，达到分离或提纯的目的。 分离溶质时一般叫渗析； 分离溶剂时一般叫渗透。 推动力：压力差、温度差、浓度差或电位差。 膜滤的定义 根据推动力的不同，膜分离有下列几种： 浓度差：扩散渗析 电位差：电渗析（ED） 压力差：反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF） 膜分离的特点： （1）可在一般温度下操作，没有相变； （2）浓缩分离同时进行； （3）不需投加其他物质，不改变分离物质的性质； （4）适应性强，运行稳定 9.1.2 膜滤技术的分类 （1）按膜的来源分类： 天然膜（生物膜）和人工合成膜（有机膜和无机膜）； 有机膜材料：纤维素、聚酰胺、聚砜、芳香杂环、聚烯烃 无机膜材料：陶瓷、玻璃和金属等 （2）按膜的组件分类 管式、毛细管式、中空纤维式、板框式和卷式等 管式膜组件：膜管直径大于10mm； 毛细管式膜组件：直径在0.5～10mm； 中空纤维膜组件：直径小于0.5mm 膜滤技术的分类 （3）按分离机理分类 多孔膜、无孔膜、载体膜 多孔膜：根据颗粒的大小进行分离，有超滤和微滤； 无孔膜：利用分离体系中各组分的溶解度或扩散系数的差异进行分离，有渗析； 载体膜：利用载体分子对溶液中某一成分的高度亲和性来实现不同组分的分离。 9.1.3 膜滤过程的性能参数 性能参数有：截留率、渗透通量和通量衰减系数 （1）截留率R表示膜脱除溶质或盐的性能，定义为 通常实际测定的是溶液的表现截留率，定义为： 分别为膜的透过液浓度、在高压侧膜与溶液的界面浓度和被分离的主体溶液浓度。 膜滤过程的性能参数 （2）渗透通量 通常用单位面积膜上的单位时间内物质的透过量表示，实验室范围以 单位，工业生产以 为单位 式中V是透过液的体积，L或mL；S是膜的有效面积， ；t是运转时间，d或h。 （3）通量衰减系数 分别为膜运转t小时和1小时后的渗透通量， T为运转时间，h；M为衰减系数 9.1.4 膜污染、劣化及其预防方法 性能量好的膜具有如下的特点： （1）良好的渗透性； （2）高效的选择性； （3）一定的化学稳定性和机械强度； （4）耐污染且使用寿命长； （5）易制备和加工； （6）抗压性 膜污染、劣化及其预防方法 1. 膜污染和劣化的定义 膜污染：是指膜在过滤过程中，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作用而引起的在膜表明或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞等作用，使膜产生透过通量与分离特性不可逆变化的现象。 劣化：是指膜自身的结构发生了不可逆变化。 膜污染、劣化及其预防方法 2. 膜污染、劣化对膜性能的影响 膜污染、劣化及其预防方法 3. 膜污染和劣化的预防方法 （1）原料液预处理 （2）膜组件的合理设计 （3）操作方式的优化 （4）膜组件的清洗 （5）抗污染及劣化膜的制备 膜污染、劣化及其预防方法 （1）原料液预处理 是指在原料液过滤前向其中加入一种或几种物质，或去除一种或几种物质，使原料液的性质或溶液的特性发生变化。 如：通过调整溶液的pH值或加入抗氧化剂等防止膜的化学性劣化；通过预先除去或杀死料液中的微生物等防止膜的生物性劣化；利用混凝、沉淀去除水中的大颗粒物质；添加阻垢剂。 （2）膜组件的合理设计 改善膜面附近的传递条件 膜污染、劣化及其预防方法 （3）操作方式的优化 通过下列方式实现：控制初始渗透通量；增加进料流速以增大膜面料液流动速度；调节水温、加大分子速率、增加滤速等；采用反向操作模式；脉动流；鼓泡；振动膜组件；超声波照射等。 （4）膜组件的清洗 分为化学清洗和物理清洗 化学清洗：主要用清洗剂，根据膜表面的附着层性质不同，选择不同的清洗方法； 物理清洗方法：1）水力清洗方法；2）气液脉冲；3）反冲洗；4）循环冲洗 本节完 9.2 微滤和超滤 微滤（MF, microfiltration）、超滤（ UF, ultrafiltration） 微滤和超滤都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程。微滤属于精密过滤，可滤除粒径为0.01～10μm的微粒。而超滤的分离