南大化工膜分离实验报告

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）。

实验采用NaCl、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“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、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“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51

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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MgSO4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MgSO4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：

-=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情况下，一般不再调节，这样才能稳定反渗透膜的进水条件便于实验。

正常运行10min 后，可直接读出反渗透产水和浓水的流量、反渗透进水、产水和浓水的电导值，它们的一组数据即可评价反渗透膜的除盐性能。

（2）纳滤实验

纳滤实验的目的是检测纳滤膜对离子的截留作用，因此，可从在线电导仪上得到的数据来了解离子的截留情况。纳滤膜的淡水电导率应远低于进水的电导