膜分离过程强.ppt

关于膜分离过程强第1页，共40页，星期日，2025年，2月5日*在膜分离实际应用中，膜的性能随时间而变化，如通量减小，脱除率下降等，这主要是由于浓差极化和膜污染引起的。浓差极化和膜污染是膜反应过程中最重要的两个理论问题。认识和掌握其发生机理，提出降低它们的具体措施，对膜分离过程是十分重要的。第2页，共40页，星期日，2025年，2月5日*微滤和超滤，通量下降非常严重，实际通量通常低于纯水通量的5%。对气体分离和全蒸发，通量下降问题则不严重。造成通量衰减的原因有许多，如浓差极化、吸附、凝胶层的形成及孔的堵塞。所有这些因素都对原料侧通过膜的传递增加了新的阻力。发生这些现象的程度取决于膜过程的种类及所使用的原料液。第3页，共40页，星期日，2025年，2月5日*通常浓差极化是一可逆过程，可改变设计和操作参数来降低和消除。膜污染通常是一个不可逆过程，可用加强预处理等手段来缓解，一旦污染，只能靠清洗来恢复部分膜性能。第4页，共40页，星期日，2025年，2月5日*1.浓差极化概述在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高。在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降。当溶剂向膜面流动（对流）时引起溶质现膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为浓差极化边界层，这一现象称为浓差极化。第5页，共40页，星期日，2025年，2月5日*压力驱动膜过程中各种传质阻力示意图第6页，共40页，星期日，2025年，2月5日*浓差极化引起的稳态条件下的浓度分布第7页，共40页，星期日，2025年，2月5日*2.浓差极化的危害使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而减小传质驱动力；当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力；膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性；当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能；严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。第8页，共40页，星期日，2025年，2月5日*3.减少浓差极化的方法由浓差极化形成原理可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可减少浓差极化，提高膜的透液速度。方法如下：选择合适的膜组件结构；加入紊流器；料液横切流向设计；料液脉冲流动；螺旋流；提高流速；适当提高进料液温度以降低粘度，增大传质系数。第9页，共40页，星期日，2025年，2月5日*增加湍流，减小边界层厚度以减小浓差极化膜通量加大，浓差极化加大膜浓缩加大，浓差极化加大溶质扩散系数增大，浓差极化减少第10页，共40页，星期日，2025年，2月5日*4.膜污染4.1膜污染(fouling)——是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学相互作用或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及机械作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，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。它与浓差极化有内在联系，尽管很难区别，但是概念上截然不同。一旦膜与溶液接触，膜污染即开始。即由于膜与溶质之间发生相互作用，产生吸附，开始改变膜的特性。污染也可定义为由于被截留的颗粒、胶粒、乳浊液、悬浮液、大分子和盐等在膜表面或膜内的(不)可逆沉积，这种沉积包括吸附、堵孔、沉淀、形成滤饼等。第11页，共40页，星期日，2025年，2月5日*通量随时间变化的趋势。可以从中区别浓差极化和污染造成通量持续下降的原因是膜的污染第12页，共40页，星期日，2025年，2月5日*膜受到污染时，主要标志及症状：水通量逐步下降（膜通量下降）；通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大（进料压力和△P逐渐增大）；膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大（矿物截留率下降）。污染主要发生在MF和UF过程中。这些过程所使用的多孔膜对污染物有着固有的敏感性。对于使用致密膜的渗透汽化和气体分离等，一般不发生污染。第13页，共40页，星期日，2025年，2月5日*污染物种类大致可分三类：有机物大分子、生物物质等。如蛋白质、脂肪、碳水化合物、微生物、有机胶体及凝胶、腐质酸、多羟基芳香化合物。无机物盐类及无机胶体。如CaSO4、CaCO3、铁盐或凝胶、磷酸钙复合物等。颗粒第14页，共40页，星期日，2025年，2月5日*反渗透（RO）过程中用于描述污染的参数：淤积指数（SI）堵塞指