膜分离实验报告
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膜分离实验报告
一、实验目的
1.了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。
2.掌握RO、NF的适用范围和对象。
二、实验原理
1.反渗透(RO)
反渗透膜的孔径在0.1-1nm之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用,克服渗透膜的渗透压,使溶液中水分子逆方向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端,从而达到去除溶液中大部分离子的目的。
为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞RO膜,往往采用动态的方法来进行反渗透,即在进行反渗透的同时,利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物,以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此,反渗透设备的出水有两股,一股为透过液(淡水),一股为截留液(浓水)。
溶液进行实验,用在线电导仪测定进水、“淡水”和实验采用NaCl、MgSO
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“浓水”的电导率变化,表示反渗透膜的处理效果。
图1 反渗透(RO)示意图
2.纳滤(NF)
纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤技术是从反渗透中派生出来的一种膜分离技术,是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为,纳滤膜存在纳米级的细孔,可以截留95%的最小分子约为1nm的物质。
纳滤膜的特点在于:较低的渗透压和较高的膜通透性,因此,可以节能;通过纳滤膜的渗透作用,可以去除多价的离子,保留部分低价的对人体有益的矿物离子。
为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞NF膜,同样采用动态的方法来进行纳滤,即在进行纳滤的同时,利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物,以保持纳滤膜表面始终具有良好的通透性。因此,纳滤设备的出水也有两股,一股为透过液(淡水),一股为截留液(浓水)。
实验采用NaCl、MgSO
溶液进行实验,用在线电导仪测定进水、“淡水”和
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“浓水”的电导率变化,表示纳滤膜的处理效果。同时将纳滤和反渗透对一价和
二价离子的截留效果进行比较,可以知道纳滤膜出水中保留了比反渗透出水中更多的有益矿物离子。
三、实验流程与设备
整套膜分离装置的四个单元共同安装在一个支架上,由微滤单元和反渗透单元组成设备的1/2,超滤单元和纳滤单元组成设备另外的1/2。
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1.出水箱
2.进水箱 3、4、6、9、13、15、21.调节阀 5.增压泵 7、10、16、
22.压力表 8.粗滤柱 11.微滤膜柱 12、19、23.流量计 14.反渗透高压泵 17、20、24.在线电导仪 18.反渗透膜柱 25.微滤出水 26.反渗透淡水 27.反渗透浓水
图2 微滤和反渗透单元工艺流程图
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1.出水箱
2.进水箱 3、4、6、9、12、16、18、24.调节阀 5.增压泵 7、10、
13、19、25.压力表 8.粗滤柱 11.超滤膜柱 14、15、22、26.流量计 17.纳滤高压泵 20、23、27.在线电导仪 21.纳滤膜柱 28.超滤浓水 29.超滤淡水 30.纳滤浓水 31.纳滤淡水
图3 超滤和纳滤单元工艺流程图
四、实验方法
1.熟悉设备
根据上述的工艺流程图结合实际的实验设备,仔细了解设备的管路连接、流通方向、取水样的位置、各个阀门的控制功能、各个压力表所指示的位置、电气控制箱中各控制开关所控制的对象、各显示仪表所对应的检测点。 2.实验用水的准备 (1)去离子水的准备
实验盐液采用去离子水配制,去离子水由反渗透膜自制。进行反渗透产水之前,必须将水箱中(进水箱、出水箱)的水放光,洗干净。打开进水箱、出水箱之间的连通阀门,向水箱中放满自来水,调节膜进口压力0.7MPa 左右,收集反渗透产品水。(已准备好) (2)反渗透实验用水的准备
500mg/L 的 NaCl 溶液和1000mg/L 的MgSO 4溶液各40L ,用去离子水配制。 (3)纳滤实验用水的准备
与反渗透一样,500mg/L 的 NaCl 溶液和1000mg/L 的MgSO 4溶液各40L ,用去离子水配制。 3.实验操作步骤 (1)反渗透实验
反渗透实验的目的是检验反渗透膜对离子的截留效果,可从在线电导仪上得到数据来了解离子的截留情况。反渗透膜的淡水电导率远低于浓水的电导率,浓水的电导率略大于进水的电导率。
由于电导率近似正比于离子浓度,因此反渗透膜对离子的截留率计算可近似于:
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100% 进水电导率淡水电导率
离子的截留率进水电导率
由于进行反渗透实验时进水箱、出水箱之间是连通的,加之本实验设备的单位时间处理量较大,因此,实验时的进水量可以开得大一些。
具体步骤如下:
a.打开增压泵的进水阀4、出水阀6(不要全开),高压泵的进水阀13、出水阀15(不要全开)以及反渗透浓水阀21(不要全开)。注意:这时的阀门9一定要关闭。
b.在电器箱上,首先打开反渗透增压泵的电源,等反渗透浓水有水流出并完全排完空气(从浓水流量计观察,水中无气泡)后,开启反渗透高压泵的电源。这时,缓慢调节高压泵的出水阀15和反渗透浓水阀21,使反渗透进水压力在0.8MPa (最高不得超过1.0MPa ),浓水流量在600L/h 左右,最后通过调节增压泵出水阀6,使增压泵的出水压力在0.08MPa 左右。因为阀门15和21的调节不易掌握、随意调动会引起总进膜流量和压力的变动,所以在上述两阀门调节好的