水的膜分离技术.ppt

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1、 第十章第十章 膜膜 法法 第一节 概概 论论 第二节 电渗析电渗析 第三节 反渗透反渗透 第四节 超滤超滤第一节第一节 概概 述述 膜分离法是在膜分离法是在某种推动力作用某种推动力作用下，利下，利用用特殊的薄膜特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、电渗析、反渗透、超滤超滤，其次是，其次是自然渗析和液膜技术自然渗析和液膜技术.膜分离技术有以下共同特点：膜分离技术有以下共同特点：不发生相变，能量转化效率高不发生相变，能量转化效率高 ；在常温下进行；在常温下进行；装置简单，操作容易，

2、分离效率高。装置简单，操作容易，分离效率高。在直流电场的作用下，利用离子交换膜的在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从水中分离出来的选择透过性，把电解质从水中分离出来的过程。过程。第二节第二节 电渗析电渗析一、电渗析原理和工作过程 1.1.原理原理 CC阳膜阳膜 A A阴膜阴膜 阳极：阳极：Cl Cl-Cl Cl2 2+2e +2e 阴极阴极 ：2H2H+2e H+2e H2 2（氧化反应）：（氧化反应）：4OH 4OH-O O2 2+2H+2H2 2O+4e O+4e （还原反应）：（还原反应）：图9-1电渗析工作原理图 Cl-Na+2.2.工作过程工作过程u主要过程：主

3、要过程：主要过程：主要过程：离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应离子电迁移和电极反应 u次要过程次要过程次要过程次要过程 （1 1 1 1）反离子的迁移）反离子的迁移）反离子的迁移）反离子的迁移 （2 2 2 2）电解质浓差扩散）电解质浓差扩散）电解质浓差扩散）电解质浓差扩散 （3 3 3 3）水的渗透）水的渗透）水的渗透）水的渗透 （4 4 4 4）水的电渗透）水的电渗透）水的电渗透）水的电渗透 （5 5 5 5）水的压渗）水的压渗）水的压渗）水的压渗 （6 6 6 6）水的电离）水的电离）水的电离）水的电离 海水淡化电渗析法示意图海水淡化电渗析法示意图二、离子交换膜

4、二、离子交换膜1、离子交换膜的分类离子交换膜的分类2、离子交换膜性能离子交换膜性能3、离子交换膜选择透过性机理离子交换膜选择透过性机理1 1、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类、离子交换膜的分类 （1 1 1 1）按膜体结构分类）按膜体结构分类）按膜体结构分类）按膜体结构分类 a a异相膜异相膜 b b半均相膜半均相膜 c c均相膜均相膜 （2 2 2 2）按活性基团分类）按活性基团分类）按活性基团分类）按活性基团分类 a a阳离子交换膜阳离子交换膜 b.b.阴离子交换膜阴离子交换膜 c c特种膜特种膜 （3 3 3 3）按材料性质分类）按材料性质分类）按材料性质分类）按材料

5、性质分类 a.a.有机离子交换膜有机离子交换膜 b.b.无机离子交换膜无机离子交换膜 二、离子交换膜二、离子交换膜离子交换膜离子交换膜电渗析器电渗析器2、离子交换膜的性能离子交换膜的性能（1 1 1 1）交换容量）交换容量）交换容量）交换容量 一定量膜样品中所含活性基团数，一定量膜样品中所含活性基团数，一定量膜样品中所含活性基团数，一定量膜样品中所含活性基团数，通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含可交换离子的毫克当量数表示。换离子的毫克当量数表示。换离子的毫克

6、当量数表示。换离子的毫克当量数表示。（2 2 2 2）含水量）含水量）含水量）含水量 湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。湿膜中所含水的百分数。一般为一般为一般为一般为3030303050505050。（3 3 3 3）破裂强度）破裂强度）破裂强度）破裂强度 衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。衡量膜机械强度的重要指标之一。（4 4 4 4）厚度）厚度）厚度）厚度 膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜约一般异相膜约一般

7、异相膜约一般异相膜约1mm1mm1mm1mm，均相膜均相膜均相膜均相膜0.20.20.20.20.6mm0.6mm0.6mm0.6mm，最薄的为，最薄的为，最薄的为，最薄的为0.015mm0.015mm0.015mm0.015mm。（6 6 6 6）选择透过性）选择透过性）选择透过性）选择透过性 膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用膜中离子的选择透过性可用选择选择选择选择透过率透过率透过率透过率来表示。来表示。来表示。来表示。阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过阳膜对阳离子的选择透过性性性性阴膜对阴离子的选择透过性阴膜对阴离子的

8、选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性（5 5）导电性）导电性）导电性）导电性可用电阻率、电导率或面电阻来表示，可用电阻率、电导率或面电阻来表示，可用电阻率、电导率或面电阻来表示，可用电阻率、电导率或面电阻来表示，面电阻表示单位膜面积的电阻（面电阻表示单位膜面积的电阻（面电阻表示单位膜面积的电阻（面电阻表示单位膜面积的电阻（cmcmcmcm-2-2-2-2）。）。）。）。3离子交换膜的选择性透过机理离子交换膜的选择性透过机理 （1 1）双电层理论）双电层理论 （2 2）DonnanDonnan膜平衡理论膜平衡理论膜平衡理论膜平衡理论三、三、电渗析器的构造电渗析器的构造1.1

9、.构造构造 膜堆膜堆：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替排列组成最基本的脱盐单元，称为膜对。列组成最基本的脱盐单元，称为膜对。电极之间若干膜对组成膜堆。电极之间若干膜对组成膜堆。极区极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置紧固装置：压杆、螺杆紧固。：压杆、螺杆紧固。配套设备配套设备：整流器、水泵、转子流量计等：整流器、水泵、转子流量计等。(1)(1)离子交换膜离子交换膜 （组装前对膜的处理）组装前对膜的处理）首先将膜放在操作溶液中浸泡首先将膜放在操作溶液中浸泡24244848小时，小时，使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的

10、尺使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小寸大小比隔板周边小1 mm1 mm，应比隔板水孔大，应比隔板水孔大1 1 mmmm。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，以防膜发霉变质，或膜因干燥收缩变形甚至破以防膜发霉变质，或膜因干燥收缩变形甚至破裂。裂。（2 2）隔板（）隔板（放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间放在阳、阴膜之间）作用作用作用作用膜的支撑体膜的支撑体膜的支撑体膜的支撑体；水流通道水流通道水流通道水流通道。隔板上有进出水孔、配水槽及过水道，其结构如隔板上有进出水孔、配水槽及过水道，其结构如隔板上有进出水孔、配水槽

11、及过水道，其结构如隔板上有进出水孔、配水槽及过水道，其结构如图。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，图。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，图。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，图。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体产生紊流，在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式在大部分隔板的流道中，均粘贴或热压上一定形式的隔网。的隔网。的隔网。的隔网。(3)(3)电极电极 常用铅板或石墨作阳极，不锈钢作阴极。常用铅板或石墨作阳极，不锈钢作阴极。(4)(4)夹紧装置夹紧装置 作用是把极区和膜堆组成不

12、漏水的电渗析作用是把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体。可采用压板和螺栓拉紧，也可采用器整体。可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。液压压紧。2电渗析器的组成电渗析器的组成 将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就将阴、阳离子交换膜和隔板交替排列、再配上阴、阳极就构成了电渗析器。构成了电渗析器。构成了电渗析器。构成了电渗析器。电渗析器的组装方式有几种，如图所示。电渗析器的组装方式有几种，如图所示。电渗析器的组装方式有几种，如图所示。电渗析器的组装方式有几种，如图所示。四、四、电渗析的

13、操作控制电渗析的操作控制n电能消耗分析电能消耗分析n电流密度控制电流密度控制 1.1.浓差极化浓差极化 2.2.极限电流密度极限电流密度n流速与压力确定流速与压力确定1、电能消耗分析、电能消耗分析 电渗析过程，主要消耗的是电能，因此，耗电量的大小，电渗析过程，主要消耗的是电能，因此，耗电量的大小，电渗析过程，主要消耗的是电能，因此，耗电量的大小，电渗析过程，主要消耗的是电能，因此，耗电量的大小，不但直接地影响到处理成本，也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本，也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本，也在一定程度上反映了操作技不但直接地影响到处理成本，也在一定程度上反映了

14、操作技术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算：术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算：术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算：术水平。单位体积成品水的电能消耗按下式计算：(kWh/m3)式中式中式中式中 V V V V工作电压，工作电压，工作电压，工作电压，V V V V；I I I I工作电流，工作电流，工作电流，工作电流，A A A A；QdQdQdQd淡水产量，淡水产量，淡水产量，淡水产量，m3m3m3m3h h h h。电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压电渗析器的工作电压V V V V 可分解为下式中的几个部分：可分解为下式中的几个部分：可分解为下式中的

15、几个部分：可分解为下式中的几个部分：2 2 电流密度控制电流密度控制（1 1 1 1）浓差极化）浓差极化）浓差极化）浓差极化 在电渗析操作中，如采用的电流密在电渗析操作中，如采用的电流密在电渗析操作中，如采用的电流密在电渗析操作中，如采用的电流密度过大，会产生浓差极化现象，如图所示度过大，会产生浓差极化现象，如图所示度过大，会产生浓差极化现象，如图所示度过大，会产生浓差极化现象，如图所示。（2 2）极限电流密度极限电流密度极限电流密度极限电流密度 发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。发生

16、浓差极化的情况下的电流密度称为极限电流密度。理论值：理论值：理论值：理论值：式中式中式中式中 i i i ilimlimlimlim极限电流密度，极限电流密度，极限电流密度，极限电流密度，A/cmA/cmA/cmA/cm2 2 2 2；c c c c淡水室溶液中的离子浓度，淡水室溶液中的离子浓度，淡水室溶液中的离子浓度，淡水室溶液中的离子浓度，mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L；扩散边界层厚度，扩散边界层厚度，扩散边界层厚度，扩散边界层厚度，cmcmcmcm；D D D D离子扩散系数，离子扩散系数，离子扩散系数，离子扩散系数，cmcmcmcm2 2 2 2/s/s/s/s；F

17、F F F法拉第常数，法拉第常数，法拉第常数，法拉第常数，F F F F96500C/mol96500C/mol96500C/mol96500C/mol。对于扩散层厚度对于扩散层厚度对于扩散层厚度对于扩散层厚度，威尔逊，威尔逊，威尔逊，威尔逊(Wilson 1960)(Wilson 1960)(Wilson 1960)(Wilson 1960)提出如下计算式提出如下计算式提出如下计算式提出如下计算式：式中式中式中式中 v v v v淡水室中水流线速度，淡水室中水流线速度，淡水室中水流线速度，淡水室中水流线速度，cm/scm/scm/scm/s；K K K K试验常数；试验常数；试验常数；试验常

18、数；d d d d淡水室淡水室淡水室淡水室(隔板隔板隔板隔板)厚度，厚度，厚度，厚度，cmcmcmcm。将式将式(9-7)(9-7)代入式代入式(9-6)(9-6)中，并令中，并令 得得此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。此式常被称为威尔逊公式。水力特性系数水力特性系数3.3.流速与压力的确定流速与压力的确定电渗析器都有自身的额定流量，流量过大进水电渗析器都有自身的额定流量，流量过大进水压力过高，设备容易产生漏水和变形。流量过小时，压力过高，设备容易产生漏水和变形。流量过小时，达不到正常流速，水流不均匀，容易极化结垢，都达不到正常流速，水流不均匀，容易极化结

19、垢，都会影响电渗析器的正常运行。会影响电渗析器的正常运行。目前目前一般水流速度一般水流速度控制在控制在5 525 cm/s25 cm/s，进水，进水压压力力一般不超过一般不超过O.3 MPaO.3 MPa。五五电渗析除盐的设计计算电渗析除盐的设计计算1 1 1 1设计计算步骤设计计算步骤设计计算步骤设计计算步骤 确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度确定电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度 L L L Llimlimlimlim。以此为依据，确定电渗析器的工作状况。以此为依据，确定电渗析器

20、的工作状况。以此为依据，确定电渗析器的工作状况。以此为依据，确定电渗析器的工作状况。选定隔板形式，确定隔板构造数值。选定隔板形式，确定隔板构造数值。选定隔板形式，确定隔板构造数值。选定隔板形式，确定隔板构造数值。计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等计算水流速度、电流密度、污染物含量等 各段（或各级各段（或各级各段（或各级各段（或各级)污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除污染物含量均按临界极化状况的去除 规律来分配。规律来分配。规律来分配。规律来分配。计算水头损失计

21、算水头损失计算水头损失计算水头损失p p p p 数值，以校核所选取的水流速度是数值，以校核所选取的水流速度是数值，以校核所选取的水流速度是数值，以校核所选取的水流速度是 否可行。有时由于水压的限制需要试算，以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算，以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算，以确定合理否可行。有时由于水压的限制需要试算，以确定合理 的水流速度。的水流速度。的水流速度。的水流速度。根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，以选择直流

22、电源。以选择直流电源。以选择直流电源。以选择直流电源。2.2.计算公式计算公式(1)(1)电流效率电流效率 通过一张隔板的电流，就是隔板上平通过一张隔板的电流，就是隔板上平均电流密度与隔板有效面积的乘积，将通过一张隔均电流密度与隔板有效面积的乘积，将通过一张隔板的电流除以法拉第常数板的电流除以法拉第常数F F就得到水流经过一张隔就得到水流经过一张隔板时每秒的理论脱盐量。板时每秒的理论脱盐量。(2)(2)(2)(2)膜面积及流程长度膜面积及流程长度膜面积及流程长度膜面积及流程长度 所需膜面积及流程长度的公式：所需膜面积及流程长度的公式：所需膜面积及流程长度的公式：所需膜面积及流程长度的公式：(3

23、(3）段数和每段膜对数段数和每段膜对数段数和每段膜对数段数和每段膜对数 求出流程总长度求出流程总长度求出流程总长度求出流程总长度L L总后、根据每张总后、根据每张总后、根据每张总后、根据每张隔板实际流程长度隔板实际流程长度隔板实际流程长度隔板实际流程长度L L，即可求出所需串联的段数，即可求出所需串联的段数，即可求出所需串联的段数，即可求出所需串联的段数N N，即，即，即，即N N N NL L L L总总总总L L L L (4)(4)(4)(4)水头损失水头损失水头损失水头损失 除盐流程长度上的综合水头损失除盐流程长度上的综合水头损失除盐流程长度上的综合水头损失除盐流程长度上的综合水头损失

24、(沿程损沿程损沿程损沿程损失与局部损失失与局部损失失与局部损失失与局部损失)可按下式估算可按下式估算可按下式估算可按下式估算:(5)(5)电流、电压及电耗电流、电压及电耗 电渗析工作电流为有效膜面积与电渗析工作电流为有效膜面积与平均电流密度的乘积，即平均电流密度的乘积，即六、电渗析法在废水处理中的应用六、电渗析法在废水处理中的应用(1)(1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素；收木质素；(2)(2)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；(3)(3)从从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子酸洗废液中制取硫酸和沉

25、积重金属离子；(4)(4)放射性废水中分离放射性元素，其浓缩液掩埋；放射性废水中分离放射性元素，其浓缩液掩埋；(5)(5)处理电镀废水和废液，含处理电镀废水和废液，含CuCu2+2+、NiNi2+2+、ZnZn2+2+、CrCr6+6+等等金属离子的废水都适宜用电渗析处理。金属离子的废水都适宜用电渗析处理。阳极反应式：阳极反应式：阴极反应式：阴极反应式：第三节第三节 反反 渗渗 透透反渗透原理反渗透原理反渗透膜及其传质机理反渗透膜及其传质机理反渗透装置反渗透装置反渗透工艺流程及操作控制反渗透工艺流程及操作控制反渗透法在废水处理中的应用举例反渗透法在废水处理中的应用举例 反渗透法是以反渗透法是以

26、压力为驱动力压力为驱动力的膜法分离技术。的膜法分离技术。渗透和反渗透渗透和反渗透一、反渗透原理一、反渗透原理第三节第三节 反反 渗渗 透透二、反渗透膜及其传质机理二、反渗透膜及其传质机理反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜 是一类具有不带电荷的亲水性基团的膜，是实现是一类具有不带电荷的亲水性基团的膜，是实现反渗透分离的关键。反渗透分离的关键。1 1醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜(简称简称CACA膜膜)的结构及性能的结构及性能 毛细管流机理膜膜膜膜2.2.2.2.反渗透膜的透过机理反渗透膜的透过机理反渗透膜的透过机理反渗透膜的透过机理 (1)氢键理论氢键理论 该理论认为，该理论认为，水透过膜是由于水分子和

27、膜水透过膜是由于水分子和膜的活化点形成氢键及断开氢键之故的活化点形成氢键及断开氢键之故。(2)(2)优先吸附优先吸附优先吸附优先吸附毛细管流理论毛细管流理论三、三、反反渗渗透透装装置置板框式板框式把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，把渗透膜贴在多孔透水板单侧或两侧，再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的再紧贴在不锈钢或环氧玻璃钢承压板的两侧，构成一个渗透元件两侧，构成一个渗透元件管式管式把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或把渗透膜装在耐压微孔承压管的内侧或外侧，制成管状膜的元件外侧，制成管状膜的元件螺旋螺旋卷式卷式在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性在两层反渗透膜中间夹一层多孔的柔性格网，再在下面铺一层

28、供废水通过的多格网，再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在孔透水格网，然后将它们的一端粘贴在多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并多孔集水管上，绕管卷成螺旋卷筒，并将另一端密封，就成为一个反渗透元件将另一端密封，就成为一个反渗透元件中空中空纤维式纤维式在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中在两层反渗透膜的原料空心纺丝而成中空纤维管空纤维管1 1、板框式反渗透装置、板框式反渗透装置 在多孔透水板的单侧或两侧贴上反渗透在多孔透水板的单侧或两侧贴上反渗透膜，即构成板式反渗透元件。膜，即构成板式反渗透元件。再将元件紧粘在用不锈钢或环氧玻璃再将元件紧粘在用不锈钢或环氧玻璃钢制作的承压板两

29、侧。钢制作的承压板两侧。然后将几块或几十块元件成层叠合，然后将几块或几十块元件成层叠合，用长螺栓固定，装入密封耐压容器中，制用长螺栓固定，装入密封耐压容器中，制成板式反渗透器。成板式反渗透器。2 2、管式装置、管式装置 把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。3 3、螺旋卷式装置、螺旋卷式装置 其膜组件是在两层

30、膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将其膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将其膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将其膜组件是在两层膜中间夹一层多孔的柔性格网，并将它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多它们的三边粘合密封起来、再在下面铺一层供废水通过的多孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，孔透水格网，然后将另一开放边与一根多孔集水管密封联接，

31、使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋使进水与净化水完全隔开，最后以集水管为轴，将膜叶螺旋卷紧而成。卷紧而成。卷紧而成。卷紧而成。4 4 4 4、中空纤维式装置、中空纤维式装置、中空纤维式装置、中空纤维式装置 中空纤维膜是一种细如头发的空心管，由制膜中空纤维膜是一种细如头发的空心管，由制膜液空心纺丝而成。纤维外经为液空心纺丝而成。纤维外经为5050100m100m，内径为，内径为252542m42m。将数十万根中空纤维膜捆成膜束，弯。将数十万根中空纤维膜捆成膜束，弯成成U U字

32、形装入耐压圆筒容器中，并将纤维膜开口端字形装入耐压圆筒容器中，并将纤维膜开口端固定在环氧树脂管板上，即可组成反渗透器。固定在环氧树脂管板上，即可组成反渗透器。反渗透系统由其预处理及反渗透装置和后处理三部分组成。反渗透系统由其预处理及反渗透装置和后处理三部分组成。核心核心是是反渗透装置反渗透装置，预处理是反渗透装置能否长期稳定运行的，预处理是反渗透装置能否长期稳定运行的前提，后处理用以满足不同处理对象的最终产水水质指标。前提，后处理用以满足不同处理对象的最终产水水质指标。四、反渗透工艺流程及操作控制四、反渗透工艺流程及操作控制1.1.工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程2 2 2 2工艺参数工艺参数

33、工艺参数工艺参数(1)(1)(1)(1)净化水质与回收率净化水质与回收率净化水质与回收率净化水质与回收率 根据物料平衡，进出反渗透系统的溶根据物料平衡，进出反渗透系统的溶根据物料平衡，进出反渗透系统的溶根据物料平衡，进出反渗透系统的溶质有下列关系：质有下列关系：质有下列关系：质有下列关系：式中式中式中式中 Q Q Q Qf f f f、Q Q Q Qc c c c、Q Q Q Qp p p p分别为进水、浓水和淡水流量；分别为进水、浓水和淡水流量；分别为进水、浓水和淡水流量；分别为进水、浓水和淡水流量；c c c cf f f f、c c c cc c c c、c c c cp p p p分别

34、为进水、浓水和淡水浓度。分别为进水、浓水和淡水浓度。分别为进水、浓水和淡水浓度。分别为进水、浓水和淡水浓度。浓水侧溶质的平均浓度浓水侧溶质的平均浓度浓水侧溶质的平均浓度浓水侧溶质的平均浓度c c c cm m m m可用下式计算：可用下式计算：可用下式计算：可用下式计算：令溶质的平均去除率为令溶质的平均去除率为令溶质的平均去除率为令溶质的平均去除率为R R R Rm m m m，则：，则：，则：，则：按上面的公式用试算法可以简便地求出净化水质。按上面的公式用试算法可以简便地求出净化水质。由于由于c cp p很小，故先假定很小，故先假定c cp p0 0，则有，则有 式中式中 Y Y 为水的回收

35、率，为水的回收率，Y YQ Qp pQ Qf f。由此得由此得 在已知在已知Q Q、c cf f、R Rm m及取定及取定Y Y值的条件下，将按公式算得的值的条件下，将按公式算得的c cp p初步值代入公式，求得初步值代入公式，求得c cp p的新值。重复计算几次就可获得的新值。重复计算几次就可获得较精确的较精确的c cp p值。值。(2)(2)(2)(2)工作压力工作压力工作压力工作压力 膜的透水量取决于膜的物理特性、膜的化学组成以膜的透水量取决于膜的物理特性、膜的化学组成以膜的透水量取决于膜的物理特性、膜的化学组成以膜的透水量取决于膜的物理特性、膜的化学组成以及系统的操作条件等。及系统的操

36、作条件等。及系统的操作条件等。及系统的操作条件等。实际上，膜的物理特性、水温、进出水浓度、流速实际上，膜的物理特性、水温、进出水浓度、流速实际上，膜的物理特性、水温、进出水浓度、流速实际上，膜的物理特性、水温、进出水浓度、流速等对一定的过程是固定的，因此透水量仅是膜两侧压力等对一定的过程是固定的，因此透水量仅是膜两侧压力等对一定的过程是固定的，因此透水量仅是膜两侧压力等对一定的过程是固定的，因此透水量仅是膜两侧压力差的函数，可按下式计算：差的函数，可按下式计算：差的函数，可按下式计算：差的函数，可按下式计算：式中式中式中式中 F F F Fs s s s膜的平均透水量，膜的平均透水量，膜的平均

37、透水量，膜的平均透水量，g/cmg/cmg/cmg/cm2 2 2 2.s.s.s.s；K K K KW W W W膜的水透过系数，膜的水透过系数，膜的水透过系数，膜的水透过系数，g/cmg/cmg/cmg/cm2 2 2 2s.MPas.MPas.MPas.MPa；p p p p供水压力与淡水压力的差值，供水压力与淡水压力的差值，供水压力与淡水压力的差值，供水压力与淡水压力的差值，MPaMPaMPaMPa；供水与淡水的渗透压力差，供水与淡水的渗透压力差，供水与淡水的渗透压力差，供水与淡水的渗透压力差，MPaMPaMPaMPa(3)(3)(3)(3)膜的透盐量膜的透盐量膜的透盐量膜的透盐量 膜

38、的透盐量或某溶质组分的透过量与浓度差有关，膜的透盐量或某溶质组分的透过量与浓度差有关，膜的透盐量或某溶质组分的透过量与浓度差有关，膜的透盐量或某溶质组分的透过量与浓度差有关，可按下式汁算：可按下式汁算：可按下式汁算：可按下式汁算：式中式中式中式中 F F F Fy y y y透盐量，透盐量，透盐量，透盐量，g/cmg/cmg/cmg/cm2 2 2 2ssss；P P P Py y y y溶质在膜内的扩散系数，溶质在膜内的扩散系数，溶质在膜内的扩散系数，溶质在膜内的扩散系数，cmcmcmcm2 2 2 2/s/s/s/s；膜的有效厚度，膜的有效厚度，膜的有效厚度，膜的有效厚度，cmcmcmcm

39、；膜的透盐常数，表示特定膜的透盐能膜的透盐常数，表示特定膜的透盐能膜的透盐常数，表示特定膜的透盐能膜的透盐常数，表示特定膜的透盐能力。力。力。力。3 3浓差极化浓差极化 在反渗透过程中，由于水不断地透过膜，引起在反渗透过程中，由于水不断地透过膜，引起 膜表面附近的溶液浓度升高，从而在膜的高压一膜表面附近的溶液浓度升高，从而在膜的高压一 侧溶液中，从膜表面到主体溶液之间形成一个浓侧溶液中，从膜表面到主体溶液之间形成一个浓 度梯度，引起溶质从浓的部分向淡的部分扩散，度梯度，引起溶质从浓的部分向淡的部分扩散，这一现象即为浓差极化。这一现象即为浓差极化。4.4.膜的污染与清洗膜的污染与清洗 引起膜污染

40、的引起膜污染的引起膜污染的引起膜污染的原因原因原因原因大致可分为三类：大致可分为三类：大致可分为三类：大致可分为三类：(1)(1)(1)(1)原水中的原水中的原水中的原水中的亲水性悬浮物亲水性悬浮物亲水性悬浮物亲水性悬浮物，在水透过膜时，被膜吸附；，在水透过膜时，被膜吸附；，在水透过膜时，被膜吸附；，在水透过膜时，被膜吸附；(2)(2)(2)(2)原水中本来处于原水中本来处于原水中本来处于原水中本来处于非饱和状态的溶质非饱和状态的溶质非饱和状态的溶质非饱和状态的溶质，在水透过膜后浓度，在水透过膜后浓度，在水透过膜后浓度，在水透过膜后浓度提高提高提高提高变成过饱和状态变成过饱和状态变成过饱和状态

41、变成过饱和状态，在膜上，在膜上，在膜上，在膜上析出析出析出析出；(3)(3)(3)(3)浓差极化使溶质浓差极化使溶质浓差极化使溶质浓差极化使溶质在膜面上在膜面上在膜面上在膜面上析出析出析出析出。染膜的清洗方法包括物理法和化学法。染膜的清洗方法包括物理法和化学法。染膜的清洗方法包括物理法和化学法。染膜的清洗方法包括物理法和化学法。第四节第四节 超超 滤滤 依靠压力推动力和半透膜实现分离。依靠压力推动力和半透膜实现分离。在本质上是一种筛滤过程，在本质上是一种筛滤过程，膜表面的孔隙膜表面的孔隙大小大小是主要的控制因素，溶质能否被膜孔截留是主要的控制因素，溶质能否被膜孔截留取决于溶质粒子的大小、形状、

42、柔韧性以及操取决于溶质粒子的大小、形状、柔韧性以及操作条件等，而与膜的化学性质关系不大。作条件等，而与膜的化学性质关系不大。作作用用溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起堵塞嵌在孔中，引起堵塞溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分面被机械截留，实现筛分 超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既超滤的过程是动态过程，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产

43、生一个与膜表面平行与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。二、超滤膜二、超滤膜 大多数超滤膜都是聚合物或共聚物的合成膜，主要有醋酸纤维超滤膜、聚讽类超滤膜和聚砚酰胺超有醋酸纤维超滤膜、聚讽类超滤膜和聚砚酰胺超滤膜。滤膜。此外，聚丙烯脂聚丙烯脂也是一种很好的超滤膜材料。三、超滤设备三、超滤设备超滤膜组件的结构形式基本上类似于反渗透超滤膜组件的结构形式基本上类似于反渗透膜组件，也可以制成板框式、螺旋卷式、管式、膜组件，也可以制成板框式、螺旋卷式、管式、中空纤维式等超滤膜组件，并且通常是由生产厂中空纤维式等超滤膜组件，并且通常是由生产厂家将这些组件组装成配套设备供应市场。家将这些组件组装成配套设备供应市场。