《反渗透与正渗透讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反渗透与正渗透讲稿.ppt（108页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、关于反渗透与正渗透第一页，讲稿共一百零八页哦基本概念微滤、超滤、纳滤与反渗透都是以压力差压力差（也称跨膜压差）为推动力的膜分离技术，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。主要区别：被分离物粒子或分子的大小和所采用的膜的结构和性能。微滤0.1um超滤0.01um-0.1um纳滤截留相对分子质量150-1000无机盐（NaCl等）悬浮固体大分子有机物，蛋白质，多肽小分子有机物、染料和重金属离子等反渗透-氯化钠截留率99%2第二页，讲稿共一百零八页哦1 1 正渗透与反渗透渗透、反渗透与正渗透让溶剂通过而不让溶质通过的膜
2、，称为理想半透膜。(a)C(a)C1 1=C=C2 2,p,p1 1=p=p2 2 1 1=2 2，1 1=2 2 (b)C(b)C1 1CC2 2,p,p1 1=p=p2 2 1 12 2,1 1 C2,pC2,p1 1pp2 2 1 12 2,1 1=2 2,p=p=(d)C(d)C1 1CC2 2,p,p1 1pp2 2 1 12 2,1 1 2 2,pp 3第三页，讲稿共一百零八页哦渗透压与最大溶质重量分数的关系13.8MPa6.9MPa3.5MPa0.69MPa溶质重量分率溶质分子量4第四页，讲稿共一百零八页哦几种化合物在水溶液中的浓度与渗透压的关系各化合物在水中的浓度，%(w/w)
3、渗透压MPa3528211470 1、2、3、4、5、6、7、8氯化锂、氯化钠、乙醇、乙二醇、硫酸镁、硫酸锌、果糖、蔗糖氯化锂、氯化钠、乙醇、乙二醇、硫酸镁、硫酸锌、果糖、蔗糖 5第五页，讲稿共一百零八页哦各种渗透压计算方程式中，B为常数,Xs 为溶质摩尔分数；C为溶质的摩尔浓度6第六页，讲稿共一百零八页哦各种溶质-水体系的反渗透B B值7第七页，讲稿共一百零八页哦世界上较大的反渗透海水淡化厂：（3）设在美国科罗拉多河岸，淡水产量38km3/d，1980年建成。（1）水源来自红海，设在沙特阿拉伯的吉达市，淡水产量56.8km3/d，1989年开工以来运转良好。由日本三菱重工和东洋纺织承建。（2
4、）设在日本鹿岛，淡水产量32kt/d。反渗透8第八页，讲稿共一百零八页哦醋酸纤维素膜芳香族聚酰胺膜制作较容易，价廉，耐游离氯，膜表面光洁，不易结垢和污染脱盐率高，通量大，pH范围宽，耐生物降解，操作压力要求低pH范围窄，易水解，操作压力要求偏高，性能衰减较快不耐氧化，氧化后性能急剧衰减，抗结垢和污染能力差反渗透膜基本概念9第九页，讲稿共一百零八页哦反渗透膜的分类膜片（平板状）中空纤维状板式反渗透膜组件卷式反渗透膜组件管状管式反渗透膜组件中空纤维式膜组件膜外形10第十页，讲稿共一百零八页哦11第十一页，讲稿共一百零八页哦基本原理反渗透反渗透：是借助于半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压
5、的压差推动力下，使溶剂渗透通过半透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。溶液中化学位12第十二页，讲稿共一百零八页哦反渗透基本机理及模型（1）优先吸附-毛细孔流动机理 1950年，Sourirajan在Gibbs吸附方程基础上，提出了优先吸附-毛细孔流动机理，为反渗透膜的研制和制作过程的开发奠定了基础，而后又按此机理发展为定量表达式，及表面力-孔流动模型。溶质通量渗透系数13第十三页，讲稿共一百零八页哦优先吸附优先吸附-毛细孔流动机理示意图毛细孔流动机理示意图溶剂：H2O溶质：NaCl膜表面选择吸附水优先吸附水渗透通过膜孔脱盐脱盐14第十四页，讲稿共一百零八页哦反渗透过程的渗透系数若膜已确定，
6、则在一定的压力下，若膜已确定，则在一定的压力下，与料液的浓与料液的浓度和流速无关，随温度升高而增加；度和流速无关，随温度升高而增加；当膜的平均孔径很小时，在很宽的压力范围内，几乎是当膜的平均孔径很小时，在很宽的压力范围内，几乎是个常量，个常量，当膜的孔径较大时，则随压力增加而趋于降低当膜的孔径较大时，则随压力增加而趋于降低。15第十五页，讲稿共一百零八页哦渗透系数的物理意义 是三个具有重要意义的物是三个具有重要意义的物理量的组合，理量的组合，在反渗透设计中，不必知道其中每个在反渗透设计中，不必知道其中每个数值，只需知道其总值即可。数值，只需知道其总值即可。16第十六页，讲稿共一百零八页哦 的值
7、可通过选择适当的参考溶质来预测。如：氯化钠是醋酸纤维膜的参考溶质；甘油、葡萄糖可作为芳香聚酰胺膜的参考溶质。17第十七页，讲稿共一百零八页哦（2）Kedem-Katchalsky不可逆热力学模型。方程中有表示膜传递性能的三个系数，其中溶质渗透系数与反射系数由溶质的性质决定的。（3）溶解-扩散系数 在假定膜是无缺陷的理想膜基础上，提出溶解-扩散机理来描述反渗透过程。该机理假定溶剂和溶质首先都溶解在均质无孔膜的表皮层中，然后各组分在非耦合形式的化学位梯度作用下，从膜上有侧向膜下游侧扩散，再从下游侧解析18第十八页，讲稿共一百零八页哦反渗透过程的回收率式中，VP、Vf分别为透过液和原料液的浓度。19
8、第十九页，讲稿共一百零八页哦原料液浓度、回收率和截留率的关系 当反渗透过程中溶质是所需要的组分时，如果膜不能完全当反渗透过程中溶质是所需要的组分时，如果膜不能完全截留溶质，有部分溶质被损失掉。截留溶质，有部分溶质被损失掉。CR：截留液的浓度Cp：流出液的浓度20第二十页，讲稿共一百零八页哦反渗透过程的溶质损失率与回收率、截留率的关系 反渗透膜的溶质截留率大多在反渗透膜的溶质截留率大多在0.90.95之间；之间；回收率不高；回收率不高；为提高料液的利用，必须采用多段或多级工艺过程。为提高料液的利用，必须采用多段或多级工艺过程。21第二十一页，讲稿共一百零八页哦反渗透膜对于无机粒子的分离率 反渗透
9、膜对于无机粒子的分离率，随粒子价数的增高而增高。价数相同时，分离率随着离子半径而变化。一般规律为：多原子单价阴离子：极性有机物异构体分子量大的分离性能好同一族系22第二十二页，讲稿共一百零八页哦反渗透工艺流程 一级一段循环式反渗透流程一级一段循环式反渗透流程一级一段连续式反渗透流程一级一段连续式反渗透流程23第二十三页，讲稿共一百零八页哦一级三段连续式二级一段循环式24第二十四页，讲稿共一百零八页哦反渗透系统设计的总体要求1.达到所需的产水率；达到所需的产水率；2.达到最高的脱盐率；达到最高的脱盐率；3.提高水的回收率；提高水的回收率；4.减轻膜元件的污染和结垢，使系统运行稳定；减轻膜元件的污
10、染和结垢，使系统运行稳定；5.减少膜元件和压力容器的数量，降低造价；减少膜元件和压力容器的数量，降低造价；6.降低系统运行压力，节约能量。降低系统运行压力，节约能量。25第二十五页，讲稿共一百零八页哦膜元件的种类（Filmtec/DowFilmtec/Dow公司膜元件）膜元件种类：海水高脱盐 SW30HR 海 水 SW30 苦盐水 BW30 自来水 TW30膜元件的直径与长度 标准直径(in)：2.5、4.0、8.0等 标准长度(in)：40、80等新产品:采用有效表面积替代直径与长度表示法。26第二十六页，讲稿共一百零八页哦膜元件选择基本原则1.按脱盐率 92 TW30;98 BW30;99
11、 SW30、SW30HR2.按进水含量TDS 1000 mg/L XLE 2000 mg/L TW/BWLE 10000 mg/L BW30 10000-15000 mg/L SW30 10000-50000 mg/L SW30HR27第二十七页，讲稿共一百零八页哦3.按进水水源 一般水源 地表水，满足高脱盐率：BW30-365 地下水，满足高脱盐率：BW30-400 TDS2000，满足高通量：BW30LE-4404.高污染水源 预处理采用传统过滤器：BW30-365FR 预处理采用超滤、微滤：BW30-365FR28第二十八页，讲稿共一百零八页哦5.按进水所需压力 10.5 atm:BW3
12、0LE,XLE-440(超低压膜）21.0 atm:BW30(自来水可选TB30）6.按产品水流量 0.2 m3/h:2.5in 3.0 m3/h:4in 3.0 m3/h:8in29第二十九页，讲稿共一百零八页哦特殊工业应用膜元件的选择普通的膜元件与压力容器间存在死水区，因此部分用途的膜元件必须特别考虑：1.食品与饮料工业，宜采用HSRO类元件：为无外壳的元件结构，能经受85的热水消毒，满足FDA卫生标准。2.半导体工业，宜采用半导体级膜元件30第三十页，讲稿共一百零八页哦反渗透系统设计的注意事项平均水通量及允许每年水通量衰减百分数平均水通量及允许每年水通量衰减百分数水源水源SDISDI水通
13、量水通量（m m3 3/m/m2 2.d.d）水通量衰减水通量衰减（百分数（百分数/年）年）地表水地表水35350.3260.5710.3260.5717.39.97.39.9井水井水330.5710.7340.5710.7344.47.34.47.3反渗透产品水反渗透产品水110.8151.2230.8151.2232.34.42.34.4SDI 为给水的污泥密度系数，与反渗透膜上的污染物质的数量之间的相互关系相当吻合。31第三十一页，讲稿共一百零八页哦年盐透过率增加百分数膜种类膜型号盐透过率增加（百分数/年）超低压聚酰胺复合膜ESPA1、ESPA2、ESPA3317低压聚酰胺复合膜CPA2
14、、CPA3、CPA4317低污染聚酰胺复合膜LFC1-365、LFC1 LFC2317海水淡化膜SWC1、SWC2、SWC3317节能型聚酰胺纳滤膜ESNA1、ESNA231732第三十二页，讲稿共一百零八页哦膜元件的最大给水流量与最小浓水流量膜元件直径（英寸）最大给水流量（吨/小时）最小浓水流量（吨/小时）43.60.768.81.8817.02.78.519.33.233第三十三页，讲稿共一百零八页哦反渗透海水淡化降低成本的关键1.反渗透膜及其组件 30 2.能量回收装置 15203.高压泵 154.其它附属设备 203534第三十四页，讲稿共一百零八页哦反渗透在废水处理中的应用1、反渗透
15、技术在尾矿废水处理中的应用北京桑德环境工程有限公司国内某大型钢铁企业尾矿湖中的尾矿渗滤液因含有大量的有害金属离子，对当地地下水造成很大污染，因此对该尾矿渗滤液进行处理很有现实意义，目前该企业拟将尾矿渗滤液处理后回用于电厂循环冷却水。该废水的主要特征为硬度比较大、含盐量比较高，且含有一定的悬浮物。根据该废水的特点，确定了其主体处理工艺采用反渗透技术。第三十五页，讲稿共一百零八页哦第三十六页，讲稿共一百零八页哦反渗透设备采用2根8英寸陶氏BW30-365/34i-FR 抗污染反渗透膜；并设浓水回流管路。设计反渗透产水量为1 m3h-1，试验为期 80d，分别考察了反渗透系统在50%和 70%回收率
16、条件下，反渗透及其预处理的效果、运行参数、膜污染情况以及反渗透膜进水流量、水温、膜通量和回收率对脱盐率的影响。其中前 40d 反渗透回收率为 50%，后 40d 反渗透回收率为70%第三十七页，讲稿共一百零八页哦2、反渗透技术在放射性废水处理中的应用在核动力装置运行和检修中，回路的排污、系统和设备的去污、燃料元件的贮存以及其他日常工作中会产生大量的放射性废水，采用安全、高效和经济的方法对废水中的核素进行分离和浓缩，使产生的二次废物的体积和向环境中排放的放射性最小化是放射性废水处理所要达到的最终目标。第三十八页，讲稿共一百零八页哦1998 年，美国 Wolf Creek 核电厂建成了一套“超滤反
17、渗透”废水处理系统，用于处理该厂的地排水、反应堆排水、废树脂渗出水和各种杂质排废水等，系统流程见图 2。废水先由管式超滤处理，超滤的浓缩水进行循环，透过水进入 2级反渗透系统。在反渗透部分，第 1 级透过水进入第 2 级深度过滤，第 2 级的浓缩水进行循环而透过水进到精处理床，精处理床的出水合格即可排放。而第 1 级浓缩水再用一段海水淡化反渗透膜进行浓缩，浓缩水最后进入转鼓干燥装置处理第三十九页，讲稿共一百零八页哦第四十页，讲稿共一百零八页哦3、反渗透在重金属废水处理中的应用电镀、采矿、化工、冶金等行业在生产过程中会产生大量含重金属的废水,主要有矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属
18、冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水,以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业废水。废水中重金属离子的种类、含量及其存在形态随不同生产情况而异,差异很大。重金属离子污染成分在环境中只能改变其形态或被转移、稀释、积累,但不能去除或降解,危害很大。这些废水排放到环境中,不仅浪费了资源还严重污染环境,对此国家制定了严格的排放标准,含重金属的废水必须进行处理。第四十一页，讲稿共一百零八页哦用反渗透技术处理含重金属的废水则不需投加药剂,能耗低,设备紧凑,易实现自动化,不改变溶液的物理化学性质,可以回收清水和贵金属,适用于封闭循环无排放系统。咸阳国际机场的地下水中 Cr6+
19、最大含量超标514 倍。西安美星精密环保设备股份有限公司采用反渗透装置,对咸阳国际机场供水进行净化、淡化处理,Cr6+质量浓度从 0.27 mg/L 降低到0.02 mg/L,去除率达 93%。反渗透能有效地去除水中的 Cd2+。第四十二页，讲稿共一百零八页哦超 滤43第四十三页，讲稿共一百零八页哦概述u超滤（超滤（UltrafiltrationUltrafiltration，简称，简称UF)UF)，又称超过滤。，又称超过滤。u18611861年，年，SchmidtSchmidt公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯胶。公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯胶。u19071907年，年，BechholdBec
20、hhold较为系统研究了超滤膜，首次采用较为系统研究了超滤膜，首次采用“超滤超滤”术语。术语。u19631963年，年，MichaelsMichaels开发了不同孔径的开发了不同孔径的CACA（醋酸纤维素）（醋酸纤维素）超滤膜超滤膜u1965-19751965-1975年，年，UFUF大发展，从大发展，从CACA扩大到扩大到PSPS（聚苯乙烯）、（聚苯乙烯）、PCPC（聚碳酸酯）、（聚碳酸酯）、PANPAN（聚丙烯腈）、（聚丙烯腈）、PESPES（聚醚砜树脂）（聚醚砜树脂）等等。等等。u我国的超滤技术，我国的超滤技术，7070年代中期起步，年代中期起步，8080年代大发展，年代大发展，9090
21、年获得广泛应用，年获得广泛应用，1010多个品种。多个品种。44第四十四页，讲稿共一百零八页哦超滤的基本原理开始一般认为超滤是一种筛孔分离过程。在静压差为推开始一般认为超滤是一种筛孔分离过程。在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，一般称为滤出液或透过液，而大液侧透过膜到低压侧，一般称为滤出液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按照这样的分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因照这样的分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成具有
22、一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质素是形成具有一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。对膜的分离特性影响不大。45第四十五页，讲稿共一百零八页哦许多年后，发现情况并非如此。除了机械筛分作用外，许多年后，发现情况并非如此。除了机械筛分作用外，还有两个因素决定膜的分离特性：还有两个因素决定膜的分离特性：其一，溶质、溶剂和膜材质之间的相互作用，这些作其一，溶质、溶剂和膜材质之间的相互作用，这些作用力包括范德华力、静电力、氢键作用力等，溶质分用力包括范德华力、静电力、氢键作用力等，溶质分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都会影响膜对子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都会影响膜对溶
23、质的分离效果。溶质的分离效果。其二，膜的平均孔径和孔径分布影响膜的分离特性其二，膜的平均孔径和孔径分布影响膜的分离特性。46第四十六页，讲稿共一百零八页哦超滤过程实际上同时存在三方面的情形：超滤过程实际上同时存在三方面的情形：溶质在过滤膜表面以及膜孔中产生吸附；溶质在过滤膜表面以及膜孔中产生吸附；溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质在孔中停留，引溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质在孔中停留，引起阻塞；起阻塞；溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。实现筛分。47第四十七页，讲稿共一百零八页哦超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机
24、超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机物有较好的效果，但它几乎不能截留无机离子。物有较好的效果，但它几乎不能截留无机离子。UFUF的分的分离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化学性质也是影响离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。超滤分离的重要因素。在在超超滤滤中中，大大分分子子溶溶质质等等之之所所以以不不能能像像溶溶剂剂那那样样容容易易通通过膜，主要是因为下列原因：过膜，主要是因为下列原因：（1 1）超超滤滤过过程程中中溶溶质质机机械械地地被被截截留留在在过过滤滤膜膜表表面面上上 (筛筛分分)；（2 2）被吸附在过滤膜表面及膜孔中）被吸附在过滤膜表面及膜孔中
25、(基本吸附基本吸附)；（3 3）被保留在膜孔中而被除去）被保留在膜孔中而被除去(阻塞阻塞)等等 3 3种方式种方式48第四十八页，讲稿共一百零八页哦超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物，胶体分超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物，胶体分散液，乳液。也可以用来分离低分子量溶质，从而可达散液，乳液。也可以用来分离低分子量溶质，从而可达到某些含有各种小分子量可溶性溶质和高分子物质等溶到某些含有各种小分子量可溶性溶质和高分子物质等溶液的浓缩、分离、提纯和净化。液的浓缩、分离、提纯和净化。其操作静压差一般为其操作静压差一般为0.10.11MPa1MPa，被分离组分的直径大约，被分离组分的直径大约
26、为为0.0050.0050.1m0.1m，这相当于光学显微镜的分辨极限，一，这相当于光学显微镜的分辨极限，一般为分子量大于般为分子量大于50050010000001000000的大分子和胶体粒子，这的大分子和胶体粒子，这种液体的渗透压很小，可以忽略。种液体的渗透压很小，可以忽略。所用膜常为非对称膜，膜孔径为所用膜常为非对称膜，膜孔径为1010-3-31010-1-1mm，膜表面有，膜表面有效截留层厚度较小效截留层厚度较小(0.110m)(0.110m)，操作压力一般为，操作压力一般为0.20.20.4MPa0.4MPa(2(24kg4kgcmcm2 2)，膜的透过速率为，膜的透过速率为0.50
27、.55m5m3 3(m(m2 2d)d)。49第四十九页，讲稿共一百零八页哦超滤与反渗透的异同超滤与反渗透的异同共同点：共同点：推动力均是压力差，在溶液的压力下，溶剂等小分子推动力均是压力差，在溶液的压力下，溶剂等小分子通过薄膜，而较大的溶解物质被阻滞在膜表面上。通过薄膜，而较大的溶解物质被阻滞在膜表面上。区别：区别：膜不同膜不同机理不同机理不同工作压力不同工作压力不同50第五十页，讲稿共一百零八页哦 膜不同膜不同超超滤滤膜膜较较疏疏松松，透透水水量量大大，除除盐盐率率低低；一一般般用用超超滤滤分分离离大大分分子子和和胶胶体体，能能够够分分离离的的溶溶质质分分子子至至少少要要比比溶溶剂剂的的分
28、分子大子大1010倍。倍。反反渗渗透透膜膜致致密密，透透水水量量低低，除除盐盐率率高高，具具有有选选择择透透过过能能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质。力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质。51第五十一页，讲稿共一百零八页哦简单的透过和截留示意图简单的透过和截留示意图123412341234膜膜RO反渗透反渗透UF超滤超滤MF微滤微滤各种渗透膜对不同物质的截留功能示意图各种渗透膜对不同物质的截留功能示意图1.溶剂；溶剂；2.小分子；小分子；3.大分子；大分子；4.微粒微粒52第五十二页，讲稿共一百零八页哦 机理不同机理不同超滤的去除机理主要是筛滤作用；超滤的去除机理主要是筛滤作用；在
29、反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。剂之间复杂的物理化学作用。工作压力不同工作压力不同超过滤的工作压力低超过滤的工作压力低(0.1(0.10.5 MPa)0.5 MPa)；反渗透所需的工作压力高反渗透所需的工作压力高(1(1100 MPa)100 MPa)。53第五十三页，讲稿共一百零八页哦超滤膜的制备方法及特性超滤膜的制备方法及特性 超滤膜材料超滤膜材料一般用于制备反渗透膜的材料也可用于制备超滤膜，只一般用于制备反渗透膜的材料也可用于制备超滤膜，只是制膜液的组分配比和成膜工艺不同。超滤膜有多种，是制膜液的组分配比
30、和成膜工艺不同。超滤膜有多种，最常用的是：醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和最常用的是：醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和无机膜。聚砜酰胺膜和无机膜。54第五十四页，讲稿共一百零八页哦超过滤膜的结构超过滤膜的结构 超滤膜可分为对称膜和非对称膜。超滤膜可分为对称膜和非对称膜。对称膜，又称各向同性膜，指各向均质的致密或多孔膜，对称膜，又称各向同性膜，指各向均质的致密或多孔膜，物质在膜中各处的渗透速率相同。物质在膜中各处的渗透速率相同。非对称膜，又称各向异性膜，是由一个极薄的致密皮层非对称膜，又称各向异性膜，是由一个极薄的致密皮层(决定分离效果和传递速率决定分离效果和传递速率)和一个
31、多孔支撑层和一个多孔支撑层(主要起支主要起支撑作用撑作用)组成。组成。不对称膜又分为两类：一类为整体不对称膜不对称膜又分为两类：一类为整体不对称膜(膜的皮层和膜的皮层和支撑层为同一种材料支撑层为同一种材料)；另一类为复合膜；另一类为复合膜(膜的皮层和支膜的皮层和支撑层为不同种材料撑层为不同种材料)。55第五十五页，讲稿共一百零八页哦超滤膜的制备超滤膜的制备1)1)各各向向同同性性膜膜的的制制备备。首首先先将将高高分分子子膜膜材材料料用用溶溶剂剂直直接接溶溶解解，所所得得料料液液经经脱脱泡泡后后，采采取取普普通通的的流流延延法法将其刮成薄层，并使溶剂蒸发即可得到均质薄膜。将其刮成薄层，并使溶剂蒸
32、发即可得到均质薄膜。2)2)各向异性膜的制备。首先将高分子膜材料、溶剂和添各向异性膜的制备。首先将高分子膜材料、溶剂和添加剂按一定比例配料，待完全溶解后进行真空脱泡。其加剂按一定比例配料，待完全溶解后进行真空脱泡。其次以流延法将料液倾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚次以流延法将料液倾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄层，并在适当条件下，控制蒸发速度，另一部分度的薄层，并在适当条件下，控制蒸发速度，另一部分溶剂蒸发掉最后，连同玻璃板一起，将膜置于冰水中溶剂蒸发掉最后，连同玻璃板一起，将膜置于冰水中凝胶定型。凝胶定型。56第五十六页，讲稿共一百零八页哦3 3）不同孔径超滤膜的制备）不同孔径超滤膜的
33、制备在控制温度、湿度、蒸发时间、冷浸温度等条件不变在控制温度、湿度、蒸发时间、冷浸温度等条件不变的情况下，改变膜材料、溶剂和添加剂的配料比，即的情况下，改变膜材料、溶剂和添加剂的配料比，即可制成不同孔径的膜。可制成不同孔径的膜。57第五十七页，讲稿共一百零八页哦超滤膜的特性超滤膜的特性超超过过滤滤膜膜的的基基本本性性能能主主要要包包括括：水水通通量量；截截留留率率；化学物理稳定性化学物理稳定性(包括机械强度包括机械强度)。一一般般的的要要求求是是有有较较大大的的水水通通量量，较较高高的的截截留留率率和和较较好的化学物理稳定性。好的化学物理稳定性。超过滤膜若使用恰当，能连续运转超过滤膜若使用恰当
34、，能连续运转1212年。暂时不用年。暂时不用时，可保存在时，可保存在1 1甲醛水溶液或者甲醛水溶液或者5050甘油水溶液中。甘油水溶液中。58第五十八页，讲稿共一百零八页哦超滤装置超滤装置超滤膜组件：有板式、管式、卷式和中空纤维式四种超滤膜组件：有板式、管式、卷式和中空纤维式四种。59第五十九页，讲稿共一百零八页哦板框式超滤装置板框式超滤装置优点：优点：装置牢固，适合在广泛的压力范围内工作；流道间装置牢固，适合在广泛的压力范围内工作；流道间隙大小可调，原水流道不易被杂物堵塞；具有可拆性，隙大小可调，原水流道不易被杂物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通过增减膜及支撑板的数量可处理不同水量。清洗方便；
35、通过增减膜及支撑板的数量可处理不同水量。缺点：缺点：装置较笨重；单位体积内的有效膜面积较小；装置较笨重；单位体积内的有效膜面积较小；膜的强度要求较高，一般做在无纺布上，以增强膜膜的强度要求较高，一般做在无纺布上，以增强膜的机械性能。的机械性能。60第六十页，讲稿共一百零八页哦管式超滤装置管式超滤装置优点优点：原液流道截留面积较大，不易堵塞；膜面的清洗比原液流道截留面积较大，不易堵塞；膜面的清洗比较容易，可化学清洗或擦洗。较容易，可化学清洗或擦洗。缺点缺点：单位体积内膜的充填密度较低，占地面积大；膜管单位体积内膜的充填密度较低，占地面积大；膜管的弯头及连接件多，设备安装费时。的弯头及连接件多，设
36、备安装费时。61第六十一页，讲稿共一百零八页哦卷式超滤装置卷式超滤装置优点：单位体积内的有效膜面积较大，水在膜表面流动状单位体积内的有效膜面积较大，水在膜表面流动状态比较好，结构紧凑，占地面积较小。态比较好，结构紧凑，占地面积较小。缺点：进水预处理要求严格，对所用的膜强度要求较高，进水预处理要求严格，对所用的膜强度要求较高，使用过程中，一旦发现膜破损须更换新的膜元件。使用过程中，一旦发现膜破损须更换新的膜元件。62第六十二页，讲稿共一百零八页哦中空纤维式超滤装置中空纤维式超滤装置优点：单位体积内有效膜面积最大，工作效率最高，占地单位体积内有效膜面积最大，工作效率最高，占地面积小。中空纤维无须支
37、撑物。面积小。中空纤维无须支撑物。缺点：膜的清洗较困难，只能用水力冲洗或化学清洗，膜的清洗较困难，只能用水力冲洗或化学清洗，不能用机械清洗，另外，中空纤维膜损坏后要更换整个不能用机械清洗，另外，中空纤维膜损坏后要更换整个组件。组件。63第六十三页，讲稿共一百零八页哦 超滤基本工艺流程超滤基本工艺流程 超滤的操作模式可分为超滤的操作模式可分为重过滤重过滤和和错流过滤错流过滤两两大类。大类。重过滤重过滤常用于蛋白质、酶等大分子的分离。常用于蛋白质、酶等大分子的分离。错流过滤错流过滤广泛应用于生产广泛应用于生产64第六十四页，讲稿共一百零八页哦设备简单、小型设备简单、小型能耗低能耗低可克服高浓度料液
38、渗透流率低的缺点可克服高浓度料液渗透流率低的缺点能更好的去除渗透组分能更好的去除渗透组分浓差极化和膜污染严重浓差极化和膜污染严重要求膜对大分子的截留率高要求膜对大分子的截留率高重过滤重过滤优点优点缺点缺点65第六十五页，讲稿共一百零八页哦间歇操作：常用于小规模生产。这种方式效率最高，因为间歇操作：常用于小规模生产。这种方式效率最高，因为膜始终可保证在最佳浓度范围内进行操作。膜始终可保证在最佳浓度范围内进行操作。连续操作：常用于大规模生产。分离物料的生产量常比连续操作：常用于大规模生产。分离物料的生产量常比控制浓差极化所需的最小流量还小，因此采用部分循环控制浓差极化所需的最小流量还小，因此采用部
39、分循环方式方式66第六十六页，讲稿共一百零八页哦错流过滤错流过滤间歇错流间歇错流截留液全循环截留液全循环截留液部分循环截留液部分循环67第六十七页，讲稿共一百零八页哦连续错流连续错流单段连续操作单段连续操作多段连续操作多段连续操作68第六十八页，讲稿共一百零八页哦超滤膜的污染与清洗超滤膜的污染与清洗1 1、超滤膜的污染、超滤膜的污染 是被分离物质中某些成分吸附、留存在膜的表面是被分离物质中某些成分吸附、留存在膜的表面和膜孔中造成的。和膜孔中造成的。溶质在膜表面的吸附层；溶质在膜表面的吸附层；浓差极化引起的凝胶层；浓差极化引起的凝胶层；膜孔内溶质吸附；膜孔内溶质吸附；膜孔堵塞。膜孔堵塞。69第六
40、十九页，讲稿共一百零八页哦超滤膜的清洗超滤膜的清洗2 2、超滤膜污染的防治、超滤膜污染的防治（1 1）改变膜结构和组件结构；）改变膜结构和组件结构；（2 2）采用亲水性超滤膜或负荷电膜；）采用亲水性超滤膜或负荷电膜；（3 3）对料液进行预处理；）对料液进行预处理；（4 4）选择合适操作条件。）选择合适操作条件。70第七十页，讲稿共一百零八页哦（1 1）水清洗）水清洗（2 2）反冲洗）反冲洗（3 3）气洗）气洗（4 4）酸碱洗）酸碱洗（5 5）表面活性剂）表面活性剂（6 6）氧化剂）氧化剂（7 7）酶清洗）酶清洗71第七十一页，讲稿共一百零八页哦判断超滤膜是否需要清洗的原则如下：判断超滤膜是否需
41、要清洗的原则如下：（1 1）根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，）根据超滤装置进出口压力降的变化，多数情况下，压力降超过初始值压力降超过初始值0.05MPa 0.05MPa 时，可用等压大流量冲洗法，时，可用等压大流量冲洗法，如无效，再用化学清洗法；如无效，再用化学清洗法；（2 2）根据透水量或透水质量的变化，当超滤系统的透过）根据透水量或透水质量的变化，当超滤系统的透过水量或透水质量下降到不可接受程度时，多采用物理化水量或透水质量下降到不可接受程度时，多采用物理化学相结合清洗法学相结合清洗法（3 3）定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污染的规律，）定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被污
42、染的规律，可采用周期性的定时清洗。可采用周期性的定时清洗。72第七十二页，讲稿共一百零八页哦超滤应用超滤应用特特 点点 分离过程在常温和较低压力的条件下进行，能耗低，不需加热，分离过程在常温和较低压力的条件下进行，能耗低，不需加热，不需加药即可达到分离、浓缩、分离、纯化分级的目的。不需加药即可达到分离、浓缩、分离、纯化分级的目的。装置结构简单，占地面积小，附属设备少，易于扩容和增加装置结构简单，占地面积小，附属设备少，易于扩容和增加组件。组件。装置操作简单，启动快，易于维护，容易控制。装置操作简单，启动快，易于维护，容易控制。73第七十三页，讲稿共一百零八页哦例：胜利油田石化总厂建成陶瓷膜超滤
43、凝结水除油除铁例：胜利油田石化总厂建成陶瓷膜超滤凝结水除油除铁装置装置陶瓷超滤膜是一种以多孔陶瓷材料为介质制成的具有超陶瓷超滤膜是一种以多孔陶瓷材料为介质制成的具有超滤分离功能的渗透膜滤分离功能的渗透膜以玻璃、二氧化硅、氧化铝、莫来石等原料经过高温烧以玻璃、二氧化硅、氧化铝、莫来石等原料经过高温烧结制成的微孔膜结制成的微孔膜它可承受高温和宽范围的它可承受高温和宽范围的pHpH水质，水质，而且其化学惰性要比而且其化学惰性要比聚合物膜高出几倍，一般用于微滤和超滤聚合物膜高出几倍，一般用于微滤和超滤74第七十四页，讲稿共一百零八页哦胜利油田石化总厂污水处理场，胜利油田石化总厂污水处理场，200820
44、08年投资年投资219219万元，建万元，建成陶瓷膜超滤过滤器凝结水除油除铁装置成陶瓷膜超滤过滤器凝结水除油除铁装置每天近每天近40004000吨的工业废水通过污水回用处理装置变成了吨的工业废水通过污水回用处理装置变成了“清泉清泉”凝结水除油率和除铁率分别达到凝结水除油率和除铁率分别达到98%98%和和96%96%以上，完全满以上，完全满足于生产工艺的需要，可直接在循环系统中使用足于生产工艺的需要，可直接在循环系统中使用,确保了确保了水资源高效利用。水资源高效利用。75第七十五页，讲稿共一百零八页哦纳滤纳滤76第七十六页，讲稿共一百零八页哦主要内容主要内容（一）（一）纳滤的发展概况纳滤的发展概
45、况（二）（二）纳滤膜的分类纳滤膜的分类 （三）（三）纳滤膜的制备纳滤膜的制备（四）（四）纳滤膜的分离性能与原理纳滤膜的分离性能与原理（五）（五）纳滤装置与膜污染防治纳滤装置与膜污染防治（六）（六）纳滤膜的主要应用纳滤膜的主要应用 77第七十七页，讲稿共一百零八页哦 第一节第一节 纳滤的发展概况纳滤的发展概况 纳滤是纳滤是2020世纪世纪7070年代中后期开发的一种新型膜分离过年代中后期开发的一种新型膜分离过程。近年来国际上膜分离技术领域研究的热点。程。近年来国际上膜分离技术领域研究的热点。纳滤的研究可以追溯到纳滤的研究可以追溯到2020世纪世纪7070年代中后期用哌嗪与均年代中后期用哌嗪与均苯
46、三甲酰氯和间苯二甲酰氯通过界面聚合得到了苯三甲酰氯和间苯二甲酰氯通过界面聚合得到了NS-NS-300300膜。后来，一些犹太科学家相继研制出了一系列膜。后来，一些犹太科学家相继研制出了一系列化学性能异常稳定的纳米膜，当时命名为选择性反化学性能异常稳定的纳米膜，当时命名为选择性反渗透渗透(SelRO)。78第七十八页，讲稿共一百零八页哦2020世纪世纪8080年代初期，美国年代初期，美国Film TecFilm Tec的科学家研制了一的科学家研制了一种薄层复合膜种薄层复合膜(NF-40(NF-40、NF-50NF-50、NF-70)NF-70)，由于其表面，由于其表面孔径处于纳米级，能去除尺寸约
47、孔径处于纳米级，能去除尺寸约1nm1nm的分子，因而的分子，因而简称纳滤膜简称纳滤膜到了到了9090年代，纳滤膜得到飞速发展，针对不同的应年代，纳滤膜得到飞速发展，针对不同的应用领域相继开发了一批分离性能独特的纳滤膜，并用领域相继开发了一批分离性能独特的纳滤膜，并已实现商品化，如已实现商品化，如NTR-729HFNTR-729HF，NTR-7250NTR-7250，NTR-7400NTR-7400，NF-45NF-45，NF-90NF-90，SU-600SU-600等。目前国际上已商品化的等。目前国际上已商品化的纳滤膜多为复合型纳滤膜。纳滤膜多为复合型纳滤膜。79第七十九页，讲稿共一百零八页哦
48、我国从我国从2020世纪世纪9090年代才开始研究纳滤，在实验室中年代才开始研究纳滤，在实验室中相继开发了相继开发了CA-CTACA-CTA纳滤膜、纳滤膜、S-PESS-PES涂层纳滤膜、芳香涂层纳滤膜、芳香聚酰胺复合纳滤膜和其他荷电材料的纳滤膜；对纳滤聚酰胺复合纳滤膜和其他荷电材料的纳滤膜；对纳滤膜分离性能和机理行了实验研究，并取得了一定进展。膜分离性能和机理行了实验研究，并取得了一定进展。与国外相比，我国纳滤技还处于起步阶段，膜的研与国外相比，我国纳滤技还处于起步阶段，膜的研制、膜组件及其应用都比较落后。制、膜组件及其应用都比较落后。20042004年年9 9月月2828日，全国第一张纳滤
49、膜在吉林市金赛科日，全国第一张纳滤膜在吉林市金赛科技有限公司研制成功，金赛科技成为到目前为止我国技有限公司研制成功，金赛科技成为到目前为止我国为数不多的纳滤膜生产基地。为数不多的纳滤膜生产基地。80第八十页，讲稿共一百零八页哦纳滤膜分类纳滤膜分类 基于不同的出发点，纳滤膜的分类有许多方法。基于不同的出发点，纳滤膜的分类有许多方法。(1)(1)按按膜膜的的材材料料分分 纳纳滤滤膜膜有有醋醋酸酸纤纤维维素素及及其其衍衍生生物物膜膜、芳芳香香族族聚聚酰酰胺胺膜膜、磺磺化化聚聚砜砜(SPS)(SPS)、磺磺化化聚聚醚醚砜砜(SPES)(SPES)等。等。(2)(2)按按膜膜的的结结构构特特点点分分 纳
50、纳滤滤膜膜有有一一体体化化的的不不对对称称膜膜和和复复合合膜膜，如如溶溶液液相相转转化化的的CACA膜膜属属非非对对称称膜膜之之列列，其其表表皮皮层层致致密密，皮皮下下层层比比较较疏疏松松。通通用用的的复复合合膜膜大大多多是是用用聚聚砜砜多多孔孔支支撑撑膜膜制制成成，而而表表层层致致密密的的芳芳香香族族聚聚酰酰胺胺薄层是以界面聚合法形成的。薄层是以界面聚合法形成的。81第八十一页，讲稿共一百零八页哦(3)(3)按按膜膜的的传传递递机机理理分分 膜膜可可分分为为活活性性膜膜和和被被动动膜膜。活活性性膜膜是是在在透透过过膜膜的的过过程程中中透透过过组组分分的的化化学学性性质质可可改改变变；被被动动