固液分离设备

9.5.3 常用膜分离设备分离原理
5、微滤
微孔过滤器是国内外开发的新型过滤设备。 它可以滤除液体、气体的 0.1um 以上的微 粒和细菌，它有过滤精度高、过渡速度快、 吸附少、无介质脱落、耐酸碱腐蚀、操作 方便等优点。现已广泛用于医药、化工、 电子、饮料、果酒、生化水处理、环保等 工业的必需设备。
图8.31 压力推动的膜设备特性
9.5.4 膜分类
1、根据膜的材质从相态上可分：固膜、液膜和气膜 2、固膜按形态可分：平面膜、管状膜和中空纤维膜(外形像纤
维状，具有自支撑作用的膜)。
平面膜
固膜形态结构
管状膜
中空纤维膜
9.5.4 膜分类
3、固膜按结构可分：
− 对称膜：致密膜或多孔膜，膜截面方向结构是均匀。 − 非对称膜：结构非均匀，表面极薄、起分离作用的致密表面皮，表
纳滤膜过滤器等
斜板斜管沉淀分离器 沉淀设备机 水械 力加 旋速 流澄 分清 离设 设备 备
高速造粒沉淀分离设备等
辐流式连续过滤器 过滤设备自流动筒无式阀过过滤滤机器
各式压力过滤器 高效自清洗过滤器
第9章 分离设备
分离设备的用途及分类
➢用途
− 通过一定的技术方法和手段（分离设备）将水中杂 质与水分离开来。
量有限。 目前这种设备正逐渐被加压溶气气浮设备代替。
9.1.4 电解气浮设备
原理：用不溶性阳极和阴极 直接电解废水，靠电解产生
的氢和氧的微小气泡将已絮
凝的悬浮物载浮至水面，达
到分离的目的。
1
3
10
出水
2 进水
8
排泥 7 6 5
9 4
图8.10 电解气浮装置
1—水位调节器；2—出水管；3—分离室；4—集水孔；5—入流室 6—整流栅；7—电极组；8—出流孔；9—排泥管；10—刮渣机
（6）固液分离设备
主要包括气浮设备、膜分离设备、沉淀设备及 过滤设备等。
水泵吸水管吸气气浮设备
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气浮设备压 微力 孔溶 布气 气气 气浮 浮设 设备 备叶 溶 加 扩 射轮 气 压 散 流气 真 溶 气 气浮 空 气 浮 浮设 气 气 设 设备 浮 浮 备 备设 设备 备
电解气浮设备
组合式气浮设备
各类微孔过滤器 膜分离设备超滤膜过滤器
9.1.1 微孔布气气浮设备
工作原理：
➢利用机械剪切力，将混合水中的空气粉碎成微 细气泡，从而进行气浮。
按气泡粉碎方法可分为：
➢水泵吸水管吸气气浮设备； ➢射流气浮设备； ➢叶轮气浮设备； ➢扩散气浮设备。
9.1.1 微孔布气气浮设备
水泵吸水管吸气气浮设备
➢ 原理：在水泵吸水管上开一孔，接一根吸气管，在吸气管上安 装进气量调解阀和计量仪表。当水泵运行时，吸水管为负压， 将空气吸入水泵吸水管，在水泵叶轮的高速搅拌和剪切作用下 形成气水混合体，进入气浮池后，气泡与水中固体颗粒粘附， 载着水中固体颗粒上浮，实现固液分离。
9.1.1 微孔布气气浮设备
叶轮气浮设备
➢ 原理:靠叶轮高速旋转时在固定盖板下形成负压，从空气中 吸入空气。进入水中的空气与水流被叶轮充分搅混，成为细 小的气泡甩出导向叶轮外面，经过稳流挡板效能后，气泡垂 直上升，进行气浮。
适用：处理水 量不大，而污 染物浓度高的 废水。除油效 果一般达到80 ％左右。
➢ 一种含离子基团的、对 溶液里的离子具有选择 透过能力的高分子膜。 因为一般在应用时主要 是利用它的离子选择透 过性，所以也称为离子 选择透过性膜。
➢ 离子交换膜按功能及结 构的不同，可分为阳离 子交换膜、阴离子交换 膜等。
2、反渗透膜9.5.5 几种常用膜介绍
➢ 反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成 的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸 纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径 一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。
安徽工程大学建筑工程学院
9.1.2 加压溶气气浮设备
工作原理
将原水加压（3—4）×105 Pa，同时加入空气，使空气溶 解于水，然后骤然减至常压，溶解于水中的空气以微小气 泡形成（直径20～100μm）从水中析出，将水中的悬浮颗 粒载浮于水面，从而实现气浮分离。
组成
➢ 主要由加压溶气装置、溶气释放装置和固—液或液—
半透膜的结构
水工艺中的半透膜要求只能通过水分子，但不排斥少量其 他离子或小分子也能透过；厚度数μm到0.1mm。
表皮层
孔径 (nm)
厚度(%) 1
过渡层 99
多孔层
图8.半20透半膜透的膜结的结构构图
9.5.5 几种常用膜介绍
渗透
渗透平衡
反渗透
反渗透分离原理
9.5.3 常用膜分离设备分离原理
3、纳滤
➢ 以压力差为推动力，介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径 为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。
9.5.3 常用膜分离设备分离原理
4、超滤
超滤过滤孔径和截留分子量的范围一直以来定义较为模糊， 一般认为超滤膜的过滤孔径为0.001-0.1微米。 ➢ 超滤(Ultra-filtration, UF)是一种能将溶液进行净化和分离的 膜分离技术。超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧 的压力差为驱动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的 溶剂（如水分子）、无机盐及小分子有机物透过，而将溶液 中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，从 而达到净化和分离的目的。
）
ED
9.5.3 常用膜分离设备分离原理
2、反渗透设备原理
➢ 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分 离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压 力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向 渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高 压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水， 在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
➢分类
− 物理法分离设备 − 物理化学法分离设备
➢常用分离设备
− 气浮分离设备 − 筛滤设备（格栅、滤网） − 膜分离设备 − 砂滤设备 − 沉淀设备
9.1 气浮分离设备
工作原理
➢ 气浮分离设备是向水中加入压缩空气，空气在水中形 成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与固体颗 粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面形成浮渣，从而 实现固液分离。
9.5.1 概 述
1、膜的概念
➢ 膜是一种物料薄层，具有半透性（对透过的物质有选择 性，或膜对不同物质具有不同的透过速率）。
➢ 区别于生物膜，生物膜或称固定膜（fixed film)；这里说 的膜（membrane)。
2、膜分离设备
➢ 膜分离设备是利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水 中离子或分子的设备；通过膜分离设备可实现混合物的 组分分离。
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9.1.4 电解气浮设备
优点：产生气泡尺寸远小于溶气气浮和布气气浮产生 的气泡尺寸，且不产生紊流，去除污染物范围广，对 废水负载变化适应性强，生成浮泥量少，占地小，不 产生噪声。
缺点：电能消耗及极板损耗大。 应用：处理量不大的工业废水。
9.5 膜分离设备
➢ 概述 ➢ 膜分离设备分类 ➢ 常用膜分离设备分离原理 ➢ 膜分类 ➢ 几种常用膜介绍 ➢ 膜分离装置
水泵吸水管吸气气浮
优点：结构简单。 缺点：由于水泵工作特
性的限制，吸入空气 量不能过多，一般不 大于吸水量体积的10%， 此外气泡在水泵内破 碎的不够完全，汽泡 较大。 应用：处理含油废水。
9.1.1 微孔布气气浮设备
射流气浮设备 ➢ 射流气浮设备主要包括射流器和气浮池（或气浮罐） ➢ 原理：利用射流器喷嘴将水以高速喷出时，连续携带走了吸入 室内的空气，在吸入室内形成负压，从吸气管吸入空气，当水 其混合体进入喉管后，空气被粉碎成微小气泡，然后进入扩散 段，流体流速减慢，动能转化为压势能，增加气体的溶解度， 最后进入气浮池。
液分离装置。
9.1.2 加压溶气气浮设备
优点：空气气泡数量多、气泡微细、粒度均匀、密集度大，上浮 稳定、对液体扰动微小、气浮效果好、设备简单便于维护。
应用：对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著，适用于给 水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别适合含油废水的处理。
9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备的应用
➢对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离效果显著 ，是目前应用较为广泛的气浮设备，适用于给 水处理、废水处理和污泥浓缩处理，特别是含 油废水处理。
9.1.3 真空溶气气浮设备
溶气真空气浮：使空气在常压或加压条件下溶入水中，在负压条件 下析出的气浮设备。
优点：动力设备和电能消耗较少。 缺点：气浮池结构复杂，由于受到真空度的限制，溢出的微气泡数
分类
➢ 微孔布气气浮设备 ➢ 压力溶气气浮设备（应用最广泛） ➢ 电解气浮设备
9.1 气浮分离设备
适用条件
➢ 水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度 近于1 的微小悬浮颗粒。
应用：用于处理低浊、含藻类的饮用水处理； 用于石油、化工中的含油污水的油水分离； 用于有机及无机污水的物化处理工艺中； 用于污水中有用物资的回收； 用于代替有机废水处理系统的二次沉淀池； 用于污水处理厂剩余污泥的浓缩处理工艺。
气 体 分 离 设 备(Gas Permeation)
渗 透 汽 化 设 备(Pervaporation)
液 膜 分 离 设 备 （Liquid Membrane)
➢ 水工艺常用分离设备主要是：电渗析设备、反渗 析设备和超滤设备。
9.5.3 常用膜分离设备分离原理
1、电渗析设备原理
在外加直流电场作用下， 利用离子交换膜的透过性 即阳膜只允许阳离子透过 ，阴膜只允许阴离子透过, 使水中的阴、阳离子作定 向迁移，从而达到水中的 离子与水分离的一种物理 化学过程。
9.1.1 微孔布气气浮设备
叶轮气浮设备
➢ 结构
− 叶轮气浮设备主要由气浮池（罐） 、叶轮、盖板、进气管、进水槽和 出水槽构成。
7 11
2 3 68
进水
进水
出水
空气
4
6
出水 3
5
泡沫 9 10
11
12
图8.2 叶轮气浮示意图
1—叶轮；2—固定盖板；3—转轴；4—轴套；5—轴承：6—进气管 7—进水槽；8—出水槽；9—泡沫槽；10—刮沫板；11—整流板
面皮下是多孔的支撑层。
均质膜 对称膜
非对称膜
(致密表皮层) (细孔表皮层) (多孔支撑层)
9.5.4 膜分类
4、从来源膜可分为：天然膜、合成膜：无机材料（金属、玻 璃）膜、有机高分子膜。
5、根据膜的功能可分：离子交换膜、反渗透膜、超滤膜、微 滤膜、纳滤膜。
1、离子交换9膜.5.5 几种常用膜介绍
压力推动膜工艺的分类比较
20.0 10.0
反渗透
>2.8，<0.006
1.0
压差/Mpa
纳滤
2.0左右，0.0009~0.009
超滤
0.3~1.0，0.007~0.2
0.1
0.1~0.3，0.09~20
微滤 过滤
<0.1，15~100
0.01
0.0001 0.001
0.01
0.1
1
10
100
微粒0.或01 分子的大小/μm
9.5.3 常用膜分离设备分离原理
在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过 两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后 ，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的 选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度 增加的浓室。
电 渗 析 （
➢ 条件：膜；组分存在差别。
➢膜分离过程
9.5.1 概 述
选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜 两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使 原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜 原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
27
9.5.2 膜分离设备分类
加压溶气气浮设备工艺图
溶气罐
溶气罐是一个耐压密 封钢罐，空气与水在罐 内混合、溶解。
溶气释放器外型
9.1.2 加压溶气气浮设备
平流气浮池
竖流气浮池
9.1.2 加压溶气气浮设备
加压溶气气浮设备的特点
➢空气气泡数量多、气泡微细、颗粒均匀、密集 度大、上浮稳定、对液体扰动微小、气浮效果 好、设备比较简单、便于维护管理。
渗 析 设 备 （Dialysis)
DD
电 渗 析 设 备(Electrodialysis) ED 反 渗 透 设 备(Reverse Osmosis) RO
膜
分
离
设
备纳超
滤 滤
设 设
备( Nanofiltration ) 备(Ultrafiltr ation )
NF UF
微 滤 设 备(Microfiltration) MF