膜分离装置

分离的溶剂分子往往很小， 分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用
渗透和反渗透
·反渗透法应用： 反渗透法应用： 反渗透法应用 海水和苦咸水脱盐制饮用水； ◆海水和苦咸水脱盐制饮用水； 制备医药、化学工业中所需的超纯水； ◆制备医药、化学工业中所需的超纯水； ◆用于处理重金属废水 用于浓缩过程，不会破坏生物活性， ◆用于浓缩过程，不会破坏生物活性， 不会改变风味、香味。包括：食品工 不会改变风味、香味 包括： 包括 业中果汁、 咖啡的浓缩； 业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和 印染工业中废水的浓缩； 印染工业中废水的浓缩；奶品工业中 牛奶的浓缩。 牛奶的浓缩。
从来源上分： 天然膜 合成膜 从膜的功能分： 离子交换膜 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 纳滤膜 气体渗透膜
（一）.离子交换膜
1、定义： 定义： 离子基团的、对溶液里的离子具有选择透 一种含离子基团 离子基团 选择透 过能力的高分子膜 高分子膜。在应用时主要利用它的离子 过能力 高分子膜 选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。 2、组成： 离子交换膜可以分为基膜 活性基团 基膜和活性基团 基膜 活性基团两大部分。 基膜：具有立体网状结构的高分子化合物； 活性基团：由具有交换作用的阳(或阴)离子和与 基膜相连的固定阴(或阳)离子所组成。
超滤设备 反渗透设备
水处理工艺中 常用的三种膜 分离设备
设 备
渗析设备 纳滤设备 微滤设备
1.电渗析器 电渗析器
• 原理：利用阴、阳离子交换膜对溶 液中的阴、阳离子的选择性，在直 流电场的作用下，使溶液中的阴、 阳离子在隔室内发生离子迁移，分 别通过阴、阳离子交换膜从而达到 除盐或浓缩的目的。
wk.baidu.com渗析器工作原理图
（二）反渗透膜
·作用机理：利用反渗透膜选择性的只能 作用机理： 作用机理 通过溶剂（通常是水） 通过溶剂（通常是水）而截留离子物质 性质，以膜两侧静压差为推动力，克服 性质，以膜两侧静压差为推动力， 渗透压， 渗透压，使溶剂通过反渗透膜实现对液 体混合物进行分离的过程 体混合物进行分离的过程反渗透将料液 分成两部分：透过膜的是含溶质很少的 分成两部分： 溶剂，称为渗透液；未透过膜的液体， 溶剂，称为渗透液；未透过膜的液体， 溶质浓度增高，称为浓缩液。 溶质浓度增高，称为浓缩液。 操作压差一般为1.5～ 操作压差一般为 ～10.5MPa，截留组 ， 分为小分子物质。 分为小分子物质。
板框式膜装置
（二）管式膜分离装置
1、基本部件 、
• 管状膜、圆筒形支撑体、管束板、不锈钢外壳、 管状膜、圆筒形支撑体、管束板、不锈钢外壳、 端部密封
2、特点 、
• • • • 流动状态好，流速易控制； ① 流动状态好，流速易控制； 结构简单，容易清洗，安装、操作方便； ② 结构简单，容易清洗，安装、操作方便； 装填密度较小，单位体积内有效膜面积小； ③ 装填密度较小，单位体积内有效膜面积小； 耐高压，无死角， ④ 耐高压，无死角，适宜于处理高黏度及固体含 量较高的料液，比其他形式应用更为广泛。 量较高的料液，比其他形式应用更为广泛。
• 离子交换膜按结构分为均相、半均相、异 相膜三种。 • 均相膜：是由具有离子交换基团的高分子 材料直接成膜，组织是完全均一的。 • 半均相：宏观结构是均匀的，成膜材料和 聚电解质虽然混合的很均匀，但两者之间 没有化学的结合。 • 异相膜：由离子交换树脂粉末加粘合树脂 制成，组织不均匀。
• 3.离子交换膜的基本性能： • 1）交换容量，指每千克干膜所含交换基团 的毫克当量数。 • 2）含水率，指工作状态下每克干膜的含水 克数。
膜分离系统组成 1、膜分离系统的构成 膜组件、泵、过滤器、阀、仪 表、管路等 2、常用膜组件的类型 板框式、圆管式、螺旋卷式、 中空纤维式、毛细管式
（一）板框式膜分离装置
1、基本部件 平板膜、支撑 盘、间隔盘。 三种部件相互 交替、重叠、 压紧。
• 2.特点 • ① 组装比较简单，可以简单地增加膜的层 数以提高处理量； • ② 操作比较方便。 • ③ 板框式膜组件组装零件太多；装填密度 低；膜的机械强度要求较高。 • 3、应用 • 超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO ）、电渗析（ED）
2.反渗透设备 反渗透设备
• 原理：反渗透亦称逆渗透（RO）。 是用一定的压力使溶液中的溶剂通 过反渗透膜（或称半透膜）分离出 来。因为它和自然渗透的方向相反 ，故称反渗透。根据各种物料的不 同渗透压，就可以使大于渗透压的 反渗透法达到分离、提取、纯化和 浓缩的目的。
反渗透分离原理图
3.超滤、微滤和纳滤设备 超滤、 超滤
• 其膜组件用细径的中空纤维膜组装而成， 一般为外压式。所用的中空纤维膜，在内 壁或内、外壁形成表层。将许多根中空纤 维捆成膜束，膜束外侧覆以保护性格网， 内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜 束外侧两端用环氧树脂加固。将其一端切 断，使纤维膜束呈开口状，并在这一侧放 置多孔支撑板。
• 特点： • 结构简单、单位体积膜的表面积最大，液 流流程短，分布均匀。 • 不能用于处理含有悬浮物的废水，必须预 先经过过滤处理，另外难以发现损坏的膜 ，维护管理不便。
纳滤膜的特点
纳滤膜的截留率大于95%的最小分子约为１nm, 故称之为纳滤膜。 从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的表面 分离层和它的支撑层的化学组成不同。其表面 分离层由聚电解质构成。 能透过一价无机盐，渗透压远比反渗透低，故 操作压力很低。达到同样的渗透通量所必需施 加的压差比用RO膜低0.5～3 MPa，因此纳滤又 被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”( Loose RO )。
膜 分 离 设 备
一、膜分离设备分类及分离原理
膜分离：是以选择性透过膜为分离介质， 在膜两侧一定推动力的作用下，使原料 中的某组分选择性地透过膜，从而使混 合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目 的的分离过程。
膜分离设备：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。
电渗析设备
，
膜 分 离
按形态分 固膜
（1）对称膜：又称为均质膜，是一种均匀 的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同。 包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种。 ——传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜 的厚度可以提高透过速率。 （2）非对称膜：横断面具有不对称结构。 包括一体化非对称膜和复合膜两类。 ——分离效能主要或完全由很薄的皮层决 定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高 得多。
• 为了使溶液或废水能够透过滤膜， 克服通过过滤膜的阻力，需要加压
跨 膜 压 差 滤 滤 滤 透
0.1~0.3MPa 0.3~1.0MPa 2.0MPa 2.8MPa
超滤、微滤和纳滤工作原理示意图
压 力 推 动 膜 工 艺 分 类 的 示 意 图
二、膜的分类
从相态上分： 平面膜 管状膜 中空纤维膜 对称膜 按结构分 液膜 气膜 非对称膜
• 3、类型与结 构
• 管式膜组件又分 为内压型和外压 型两种。 型两种。 • 内压型有单管式 和管束式两种。 和管束式两种。
（三）螺卷式膜分离装置
• • • • • • • • 1.基本组成 由耐压套管、膜组件、穿孔管组成。 膜组件由平膜、导水垫层、格网组成. 2.特点 ① 结构紧凑，装填密度高 ② 制作简单，安装、操作方便 ③ 适合低流速、低压下操作 ④ 制作工艺复杂，膜清洗困难
（四）纳滤膜
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的 需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种， 以适应在较低操作压力下运行，进而实现降低 成本演变发展而来的。 纳滤 ( NF，Nanofiltration)是一种介于反渗 透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。 纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分 子量范围约为 MWCO300～1000 ，能截留透过 超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水。
• 原理：膜孔对溶液中悬浮微粒的筛 分作用，在介质压力的作用下，小 于孔径的小分子溶质随溶液一起透 过膜上的微孔，大于孔径分大分子 溶质则被截留。
• 膜上的微孔尺寸决定膜的分离性质 • 超滤膜：截留颗粒0.001~1µm,分子 量在500~50000之间； • 纳滤：分子颗粒1nm,分子量在200以 上的溶解性组分； • 反渗透：截留颗粒0.0001~0.001µm
反渗透膜法海水淡化
嵊泗1000吨/日反渗透海水淡化装置 吨 日反渗透海水淡化装置 嵊泗
（三）超滤膜
作用机理：超滤又称超过滤， 作用机理：超滤又称超过滤，用于去除废水中大 分子物质和微粒。 分子物质和微粒。超滤之所以能够节流大分子物 质和微粒，其机理是：膜表面孔径机械筛分作用， 质和微粒，其机理是：膜表面孔径机械筛分作用， 膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸 膜孔阻塞、 附作用。而一般认为主要是筛分作用。 附作用。而一般认为主要是筛分作用。 超滤是以压力为推动力， 超滤是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径 对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。 对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。其截断 般为6000到 50万，孔径为几十 分子量一 般为 到 万 孔径为几十nm，操 ， 作压0.2-0.6MPa。 作压 。
• 3、工作过程 、
• 原料从端部进入组件后，在隔网中的 原料从端部进入组件后， 流道沿平行于中心管方向流动， 流道沿平行于中心管方向流动，而透 过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流 动，最后汇集在中心收集管中再排出 浓液则从组件另一端排出。 ，浓液则从组件另一端排出。
（四）中空纤维式膜分离装置
纳滤膜分离机理示意图
（五）微滤膜
• 微滤过程中使用的膜也是微孔膜。微滤 微滤过程中使用的膜也是微孔膜。 膜多数为对称膜， 膜多数为对称膜，其中最常见的是曲孔 型，结构类似于内有相连空隙的网状海 另外还有一种毛细管型， 绵；另外还有一种毛细管型，膜孔呈圆 筒状垂直贯通膜面。 筒状垂直贯通膜面。
三、膜分离装置