水处理膜技术
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▪ 膜的水解和氧化是同时发生的。当制备膜的高分子化合物中含 －CONH－、－ COOR－、－CN－、－CN2O－等时，在酸或碱的作用下，易发生水解反应，使膜破 坏，而聚砜、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚等材料的抗水解性能优越，但由于其缺少 亲水基团，故透水性差，常用做制作膜表面有孔的超滤膜和微孔滤膜。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
2.3 反渗透
1.反渗透膜的性能要求和指标
（1）膜的化学稳定性 主要指膜的 抗氧化性和 抗水解性。
▪ 膜材料都是高分子化合物，而水溶液中含有次氯酸钠、溶解氧、双氧水、六价铬等氧 化剂，这些氧化剂会造成膜的氧化，影响膜的性能和寿命。因此若分离含氧化剂的水 溶液，应尽量避免用含键能很低的O-O键或N-N键的膜，以提高膜的抗氧化能力，如， 芳香聚酰胺膜中因有一定的N－N键，在氧化剂含量较高时易断裂，故其抗氧化性不如 醋酸纤维膜。
反渗透借助半透膜对溶液中溶质的截流作用，以压力差为推动力，使溶 剂透过半透膜，从而达到溶液脱溶质的目的。
2.3 反渗透
▪ 2.渗透压的计算 ▪ 根据渗透平衡时膜两侧水的化学位相等的条件，得出渗透
压的计算公式，对于水的稀溶液，其计算式可近似为Vant Hoff方程（范托霍夫方程 ）：
Π = R·T ·∑ci 式中：Π 为渗透压，Mpa；
NaHCO3 1000 0.0119 0.09 12.8 葡萄糖 1000 0.0055 0.014 2.0 Na2SO4 1000 0.00705 0.042 6.0
2.3 反渗透
二、反渗透膜 1. 反渗透膜的性能要求和指标 (1) 膜的化学稳定性 (2) 膜的耐热性和机械强度 (3) 膜的理化指标 (4) 膜的分离透过特性指标 2. 膜运行条件的影响因素及膜表面的浓差极化 (1) 膜的水通量和脱盐率 (2) 膜表面的浓差极化 3. 膜的材料和结构特点
R 为气体常数，0.008039MPa·L/(mol·K)； T 为水的绝对温度，K； ∑ci为水中各种溶质的浓度之和，mol/L。 ▪ 渗透压是选择操作压力和设计反渗透的重要依据。
25℃时部分典型Hale Waihona Puke Baidu液的渗透压数据
组分 NaCl
浓度 mg/L mol/L 35000 0.60
渗透压 MPa psi 2.8 398
水压力降不会太大，否则，压力降高就可能使膜组件变形，损坏膜元件。 设定最小的浓水流量以保证在容器末端的膜元件有足够的横向流速，
从而减少了胶体在膜表面上的沉淀，并且减少浓差极化对膜表面的影响。 浓差极化指在膜表面上的盐浓度高于主体流体浓度的现象，易产生盐
浓缩，因为横向流速低，膜表面的盐的反向扩散速度就低，结果难溶盐沉 淀的机会增多，而且更多的盐会透过膜表面，导致产水量和脱盐率下降。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（5）反渗透膜的除盐分离特性
1) 有机物比无机物容易分离。 2) 电解质比非电解质易分离。
对电解质来说，电荷高的分离性好，例如去除率大小顺序为： Al3+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+；PO43-＞SO42-＞Cl3)无机离子的去除率受该离子的水合离子数及水合离子半径的影响．水合 离子半径越大的离子(一般离子半径小的离子，其水合离子半径大)， 则越容易被去除。 例如，某些阳离子的去除率大小顺序为：
▪ (3)膜的理化指标 ▪ 膜材质 ▪ 允许使用的压力 ▪ 适用的pH范围 ▪ 耐O2和Cl2等氧化性物质的能力 ▪ 抗微生物、细菌的侵蚀能力 ▪ 耐胶体颗粒及有机物、微生物的污染能力
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
(4)膜的分离透过特性指标 ① 脱盐率（Salt Rejection）
指运行一定时间后水通量与初始水通量的比值。 ⑥盐透过率（Salt Passage）
盐透过率＝（1－脱盐率）×100％
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（4)膜的分离透过特性指标
⑦ 最大给水流量、最大压降、最低浓水流量 设定最大给水流量用来保护容器中的第一个反渗透元件，使其给水与浓
又称透水量，指单位面积膜的产品水流量，是设计和运行都要加以 控制的重要指标，它取决于膜和原水的性质、工作压力、温度。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（4)膜的分离透过特性指标 ④ 通量衰减系数（Flux decline coefficient）
指反渗透装置在运行过程中水通量衰减的程度， 即运行一年后水通量与初始运行水通量下降的比值。如， Hydranautics的膜以井水为原水时每年衰减4％～7％。 ⑤膜通量保留系数（Membrane Flux RetentionCoefficient）
组分 MgSO4
浓度
渗透压
mg/L mol/L MPa psi
1000 0.00831 0.025 3.6
海水 32000 --
2.4 340
NaCl 2000 0.0342 0.16 22.8
苦咸水 2000- -- 0.105- 15-
5000
0.28 40
MgCl2 CaCl2 蔗糖
1000 0.0105 0.068 9.7 1000 0.009 0.058 8.3 1000 0.00292 0.007 1.05
▪ (2)膜的耐热性和机械强度 ▪ 耐热性：反渗透膜有时需在较高温度下使用，故
需耐热。 ▪ 机械强度：是高分子材料力学性质的体现，其中
包括膜的耐磨性。在压力作用下，膜的压缩和剪 切蠕变以及表现出的压密现象，会导致膜的透过 速度下降。如能将膜直接制作在高强度的支撑材 料上，会增加膜的机械强度。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
2.3 反渗透
▪ 一、反渗透 ▪ 1、原理 ▪ （a）渗透：纯水的化学位比盐
水的高，水分子自动从左侧透 过到右侧； ▪ （b）渗透平衡：右侧液面升高， 静压力增加，右侧水的化学位 增加，直至与左侧相等； ▪ 此时，有渗透压差：Δπ=ρgh ▪ （c）反渗透：右侧外加压力Δp ＞ Δπ，则水从右侧向左侧渗 透，即为反渗透。
指给水中总溶解固体物（TDS）中的未透过膜部分的百分数。 脱盐率＝（1－产品水中总溶解固体物/给水中总溶解固体物）×100％ ② 产水率（Permeat Flow Rate/ Recovery ）
指渗透水流的比率，也可表示为回收率，即产水流量与给水流量之 比。
产水率＝（产品水流量/给水流量）×100％ ③ 水通量（Flux）
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
2.3 反渗透
1.反渗透膜的性能要求和指标
（1）膜的化学稳定性 主要指膜的 抗氧化性和 抗水解性。
▪ 膜材料都是高分子化合物，而水溶液中含有次氯酸钠、溶解氧、双氧水、六价铬等氧 化剂，这些氧化剂会造成膜的氧化，影响膜的性能和寿命。因此若分离含氧化剂的水 溶液，应尽量避免用含键能很低的O-O键或N-N键的膜，以提高膜的抗氧化能力，如， 芳香聚酰胺膜中因有一定的N－N键，在氧化剂含量较高时易断裂，故其抗氧化性不如 醋酸纤维膜。
反渗透借助半透膜对溶液中溶质的截流作用，以压力差为推动力，使溶 剂透过半透膜，从而达到溶液脱溶质的目的。
2.3 反渗透
▪ 2.渗透压的计算 ▪ 根据渗透平衡时膜两侧水的化学位相等的条件，得出渗透
压的计算公式，对于水的稀溶液，其计算式可近似为Vant Hoff方程（范托霍夫方程 ）：
Π = R·T ·∑ci 式中：Π 为渗透压，Mpa；
NaHCO3 1000 0.0119 0.09 12.8 葡萄糖 1000 0.0055 0.014 2.0 Na2SO4 1000 0.00705 0.042 6.0
2.3 反渗透
二、反渗透膜 1. 反渗透膜的性能要求和指标 (1) 膜的化学稳定性 (2) 膜的耐热性和机械强度 (3) 膜的理化指标 (4) 膜的分离透过特性指标 2. 膜运行条件的影响因素及膜表面的浓差极化 (1) 膜的水通量和脱盐率 (2) 膜表面的浓差极化 3. 膜的材料和结构特点
R 为气体常数，0.008039MPa·L/(mol·K)； T 为水的绝对温度，K； ∑ci为水中各种溶质的浓度之和，mol/L。 ▪ 渗透压是选择操作压力和设计反渗透的重要依据。
25℃时部分典型Hale Waihona Puke Baidu液的渗透压数据
组分 NaCl
浓度 mg/L mol/L 35000 0.60
渗透压 MPa psi 2.8 398
水压力降不会太大，否则，压力降高就可能使膜组件变形，损坏膜元件。 设定最小的浓水流量以保证在容器末端的膜元件有足够的横向流速，
从而减少了胶体在膜表面上的沉淀，并且减少浓差极化对膜表面的影响。 浓差极化指在膜表面上的盐浓度高于主体流体浓度的现象，易产生盐
浓缩，因为横向流速低，膜表面的盐的反向扩散速度就低，结果难溶盐沉 淀的机会增多，而且更多的盐会透过膜表面，导致产水量和脱盐率下降。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（5）反渗透膜的除盐分离特性
1) 有机物比无机物容易分离。 2) 电解质比非电解质易分离。
对电解质来说，电荷高的分离性好，例如去除率大小顺序为： Al3+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+；PO43-＞SO42-＞Cl3)无机离子的去除率受该离子的水合离子数及水合离子半径的影响．水合 离子半径越大的离子(一般离子半径小的离子，其水合离子半径大)， 则越容易被去除。 例如，某些阳离子的去除率大小顺序为：
▪ (3)膜的理化指标 ▪ 膜材质 ▪ 允许使用的压力 ▪ 适用的pH范围 ▪ 耐O2和Cl2等氧化性物质的能力 ▪ 抗微生物、细菌的侵蚀能力 ▪ 耐胶体颗粒及有机物、微生物的污染能力
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
(4)膜的分离透过特性指标 ① 脱盐率（Salt Rejection）
指运行一定时间后水通量与初始水通量的比值。 ⑥盐透过率（Salt Passage）
盐透过率＝（1－脱盐率）×100％
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（4)膜的分离透过特性指标
⑦ 最大给水流量、最大压降、最低浓水流量 设定最大给水流量用来保护容器中的第一个反渗透元件，使其给水与浓
又称透水量，指单位面积膜的产品水流量，是设计和运行都要加以 控制的重要指标，它取决于膜和原水的性质、工作压力、温度。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
（4)膜的分离透过特性指标 ④ 通量衰减系数（Flux decline coefficient）
指反渗透装置在运行过程中水通量衰减的程度， 即运行一年后水通量与初始运行水通量下降的比值。如， Hydranautics的膜以井水为原水时每年衰减4％～7％。 ⑤膜通量保留系数（Membrane Flux RetentionCoefficient）
组分 MgSO4
浓度
渗透压
mg/L mol/L MPa psi
1000 0.00831 0.025 3.6
海水 32000 --
2.4 340
NaCl 2000 0.0342 0.16 22.8
苦咸水 2000- -- 0.105- 15-
5000
0.28 40
MgCl2 CaCl2 蔗糖
1000 0.0105 0.068 9.7 1000 0.009 0.058 8.3 1000 0.00292 0.007 1.05
▪ (2)膜的耐热性和机械强度 ▪ 耐热性：反渗透膜有时需在较高温度下使用，故
需耐热。 ▪ 机械强度：是高分子材料力学性质的体现，其中
包括膜的耐磨性。在压力作用下，膜的压缩和剪 切蠕变以及表现出的压密现象，会导致膜的透过 速度下降。如能将膜直接制作在高强度的支撑材 料上，会增加膜的机械强度。
2.3 反渗透-----1.反渗透膜的性能要求和指标
2.3 反渗透
▪ 一、反渗透 ▪ 1、原理 ▪ （a）渗透：纯水的化学位比盐
水的高，水分子自动从左侧透 过到右侧； ▪ （b）渗透平衡：右侧液面升高， 静压力增加，右侧水的化学位 增加，直至与左侧相等； ▪ 此时，有渗透压差：Δπ=ρgh ▪ （c）反渗透：右侧外加压力Δp ＞ Δπ，则水从右侧向左侧渗 透，即为反渗透。
指给水中总溶解固体物（TDS）中的未透过膜部分的百分数。 脱盐率＝（1－产品水中总溶解固体物/给水中总溶解固体物）×100％ ② 产水率（Permeat Flow Rate/ Recovery ）
指渗透水流的比率，也可表示为回收率，即产水流量与给水流量之 比。
产水率＝（产品水流量/给水流量）×100％ ③ 水通量（Flux）