二膜处理技术

2.2微滤和超滤
? 一、微滤 ? 二、超滤
一、微滤
? 1、原理 ? 2、微滤的操作模型
1、原理
? 在压差推动力作用下进行的液相分离过程，属于精 密过滤，但由于膜孔较大，无渗透压，可在较低压 力下工作。一般几公斤。
? 分离机理： 小孔筛分作用。在一定的压力差作用下， 原料液中水和小的溶质粒子从高压侧透过膜到低压 侧，产生透过液，而被膜截流的大粒子组分使剩余 滤液中的浓度增大成为浓缩液。
? 尚不十分清楚。
? 选择性吸附－毛细管流机理：由于膜表面的 亲水性，优先吸附水分子而排斥盐分子，因 此在膜表皮层形成两个水分子（1nm）的纯 水层，施加压力，纯水层的分子不断通过毛 细管流过反渗透膜。控制表皮层的孔径非常 重要，影响脱盐效果和透水性，一般为纯水 层厚度的一倍时，称为膜的临界孔径，可达 到理想的脱盐和透水效果。
第 二部分 膜滤技术
? 概述 ? 微滤和超滤 ? 反渗透和纳滤 ? 电渗析 ? 应用
2.1概述
? 一、定义 ? 二、分类与特点
一、定义
? 在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定 的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为 膜分离。
? 分离溶质时一般叫渗析； ? 分离溶剂时一般叫渗透。
1、膜的种类
? 膜有天然膜和人工合成的。 ? 人工合成的主要为有机膜和无机膜。有机的
生物处理出水，经一定的预处理后经反渗透 处理后回灌地下水。
二、纳滤
? 1、分离原理 ? 2、纳滤膜 ? 3、应用
1、分离原理
纳滤与反渗透的分离原理是相同的，其 差别在于分离溶质的大小，纳滤所需的压力 则介于反渗透和超滤之间，其膜孔径在纳米 级范围内。
2、纳滤膜
? 纳滤膜也叫低压反渗透膜。
? ★性能指标 ? 脱盐率＝（C0－C）/C0×100％，一般高达90％以上。 ? 透水率（L/m2.d）
渗透与反渗透现象
π
纯水
咸水
半透膜 （a)渗透
纯水
咸水
半透膜 （b)平衡
P＞π
纯水
咸水
半透膜 （c)反渗透
2、反渗透膜
? ★性能指标 ? 脱盐率＝（C0－C）/C0×100％，一般高
达90％以上。 ? 透水率（L/m2.d）
? 膜种类： ? 1）醋酸纤维素膜（CA） ? 2）芳香族聚酰胺膜
反渗透机理
一、反渗透
? 1、渗透压和反渗透原理 ? 2、反渗透膜 ? 3、应用
1、渗透压和反渗透原理
? 渗透压： ? 当用一张半透膜将纯水和盐水分开，纯水会透过半
透膜向盐水扩散，使盐水侧溶液水面升高，直到动 态平衡。渗透的推动力就是渗透压，这是 正渗透。 ? 任何溶液都存在渗透压 π，只是一般没表现出来。 ? π= i R T C ? i：范特霍尔系数 ? C：溶液的浓度。 R气体常数。 ? 当在盐水侧施加压力 P>π，反渗透。一般压力在几 十公斤。
?m
成浓度差Cm-Cb，并促使
溶质的反向扩散。这种现
象称为浓差极化。
Jw
?
K
ln
Cm Cb
Jw：水通量 K：传质系数 ＝D/?m 当Cm增加到 Cg时，膜面大分子物质生成凝胶层。
一旦凝胶层形成，透水量并不因压力的增加而
增加。
Jw
?
?P Rm ? Rg
Rm:膜阻力； Rg：凝胶层阻力
? 减缓浓差极化现象的措施： ? （1）提高料液流速，增加膜面的紊动程度； ? （2）对膜面不断清洗； ? （3）控制料液浓度
? 2、错流过滤
错流操作对减少浓差极化和结垢是必要和可能的，近年 来微滤的错流操作技术发展很快，有代替死端过滤的趋势。
二、超滤
? 1、原理 ? 2、超滤过程中的浓差极化 ? 3、应用
1、原理
? 与反渗透一样是在压力差下工作，但由于膜孔较大， 无渗透压，可在较低压力下工作。一般几公斤。
? 分离机理：小孔筛分作用。一般以截留分子量来表 示孔径特征，此外也与物质形状和性质有关。
主要有纤维素、聚酰胺、芳香杂环等，无机 膜材料主要有陶瓷、玻璃和金属等。
2、膜应具有的特点
? 1、良好的渗透性 ? 2、高效的选择性 ? 3、一定的化学稳定性和机械强度 ? 4、耐污染使用寿命长 ? 5、易制备加工 ? 6、抗压性
3、膜组件的性能变化
? ①膜污染：附着层和孔堵塞 ? ②劣化：物理性、化学性、生物性。
选择性吸着-毛细管机理示意
纯 t水
层
膜
2t
? 膜组件：
? 板框式、管式（有内压和外压两种）、卷式 （膜表面积大、透水量大、紊流效果好）、 中空纤维式。
3、应用
? 1）苦咸水、海水淡化 ? 2）与离子交换联用，制取超纯水 ? 3）处理重金属废水，回收重金属：如处理镀
镍废水，镍回收率可达99％。 ? 4）废水脱盐深度处理 ? 美国加州21世纪水处理回用厂，就是将二级
? 分离范围： 截留分子量超过 500000的更大的分子。
2、微滤的操作模型
? 1、死端过滤
也称无流动过滤，其操作简便易行，适用于实验室等小 规模场合，对于固体含量低于0.1％的料液通常采用这种形 式；固体含量在0.1％－0.5％的பைடு நூலகம்液通则需进行预处理；而 对于固体含量超过0.5％的料液通常采用错流过滤过程。
二、分类与特点
? 根据推动力的不同，膜分离有下列几种： ? 浓度差：扩散渗析 ? 电位差：电渗析 ? 压力差：反渗透 （压力差1.0~10.0MPa ）
纳滤（压力差 0.5~2.5MPa ） 超滤（压力差 0.1~0.5MPa ） 微滤（压力差 0.01~0.2MPa ）
? 膜分离的特点：
? 可在一般温度下操作，没有相变； ? 浓缩分离同时进行； ? 不需投加其他物质，不改变分离物质的性质； ? 适应性强，运行稳定。
? 分离范围：截留分子量 1000－1000000 的物质，如 细菌、蛋白质、颜料、油类等
? 膜组件形式与反渗透类似。但既有有机膜，也有无 机膜。
2、超滤过程中的浓差极化
? 在膜分离过程中，大分子
溶质被膜所截留并不断累
Cm
积在膜表面上，使溶质在
膜面处的浓度Cm高于主体 Cb
溶液中的浓度Cb，从而形
3、应用
? 1．给水 ? 去除细菌、胶体等物质。家庭用膜式净水器 ? 与反渗透联合制备纯水 ? 2．废水 ? 回收分离有用物：涂料、羊毛脂、染料、纸
浆等 ? 废水深度处理 ? 膜－生物反应器
超滤设备
2.3反渗透和纳滤
? 一、反渗透 ? 二、纳滤
二者均是将低分子量的溶质（无机盐、葡萄 糖等）从溶剂中分离出来。纳滤称低压反渗 透。