第10章膜分离

《水污染控制工程》
第2篇
物理、化学及物理化学处 理工艺原理
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第10章 膜分离
? 主要内容
? 10.1 概述 ? 10.2 渗析与电渗析 ? 10.3 反渗透与纳滤 ? 10.4 微滤与超滤 ? 10.5 膜分离工艺的运行控制
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考书
? 崔玉川等，城市污水回用深度处理设施设计计算，北京：化学 工业出版社，2003
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10.1.2去除对象及功能
10.1 概述
? 膜分离的去除对象
? 水或废水中的盐分离子等溶解性物质
? 工业废水中的酸、碱
? 大分子、微生物、粘土、植物质、胶体及SS等
? 主要功能
? 海水淡化
? 酸、碱回收
? 纯水制备
? 深度处理（精处理）
膜
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10.1.2去除对象及功能
10.1 概述
不同膜分离方法及其推动力
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10.1.4膜分离方法及其特点
10.1 概述
? 不同方法的主要处理对象
分离 方法
反渗透 纳滤
超滤
微滤
传统过滤
不同物 质的相 对尺寸
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10.1.4膜分离方法及其特点
? 主要特点
? 共同的优点：
▲可在一般温度下操作； ▲不消耗热能； ▲无相的变化； ▲设备可工业（定型化）生产； ▲易操作。
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10.1.3膜的类型
10.1 概述
卷式中空纤维膜组件 （外置）
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板式中空纤维膜组件 （内置）
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10.1.4膜分离方法及其特点
10.1 概述
? 膜分离的方法
? 依据去除的对 象，采用不同 种类的膜，组 成各种组件。
? 方法有：电渗 析、扩散渗析 （渗析）、反 渗透、微滤、 超滤、纳滤等。
? 共同的缺点：
▲处理能力小； ▲大部分需要消耗相当的能量；
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10.1 概述
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10.2 渗析与电渗析 （Dialysis and Electro-Dia）lysis
? 10.2.1扩散渗析(Dialysis的) 原理 ? 10.2.2扩散渗析的应用 ? 10.2.3电渗析(Electro-Dialys的is)原理 ? 10.2.4电渗析的应用 ? 10.2.5电渗析的工艺装置 ? 10.2.6电渗析的工艺设计
? 许振良编著，膜法水处理技术，北京：化学工业出版社，2001
? 许保玖，给水处理理论，北京：中国建筑工业出版社，2000
? 刘茉娥等，膜分离技术，北京：化学工业出版社，1998
? 许保玖等，当代给水与废水处理原理，北京：高等教学出版社， 2000
? 张自杰主编，排水工程（下册），第四版，北京：中国建筑工 业出版社，2000
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10.1.3膜的类型
10.1 概述
? 按膜的来源分
? 天然生物膜 ? 人工合成膜——有机膜（聚合物）、无机膜（陶瓷等）
? 按膜的组件分
? 管式膜——膜管直径＞10mm，处理量较小 ? 毛细管膜——膜管直径0.5~10mm ? 中空纤维膜——膜管直径＜0.5mm，处理量较大 ? 板框膜——处理量较小 ? 卷式膜——处理量较大
? 沈耀良编著，废水生物处理新技术 —理论与应用（第二版）， 北京：中国环境科学出版社，2006
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10.1 概述（Brief Introducti）on
? 10.1.1膜分离 的基本概念 (MembranSeeparation) ? 10.1.2去除对象及功能 ? 10.1.3膜的类型 ? 10.1.4膜分离方法及其特点
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10.2.1扩散渗析的原理
? 工作原理
? 利用渗析膜（膀胱膜、羊 皮纸等）将浓度不同（浓 度差）的溶液隔开，溶质 即从浓度高的一侧透过膜 而扩散至浓度低的一侧， 当膜两侧的浓度达到平衡 时，渗析过程即停止进行。
? 主要用于酸、碱的回收， 回收率可达70~90%，但不 能进行浓缩。其特点是不 消耗能量。
? 电渗析系统由一系列阴、阳膜放置在两电极之间组成。 离子减少的隔室称淡室（出淡水），离子增多的隔室 称浓室（出浓水），与电极接触的隔室为极室（出极 水）。
? 主要用于分离离子、用于回收酸、碱、苦咸水（小于 10g/L）淡化。给水处理：制淡水（浓水排出）；污水 处理：浓水回收有用物质（淡水排放或回用）。
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10.2.3电渗析的原理
? 工作原理
10.2 扩散渗析与电渗析
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10.2.3电渗析的原理
? 工作原理
10.2 扩散渗析与电渗析
双 膜
单 膜
Principles of electrolysis
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三 膜
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10.2.4电渗析的应用
? 应用举例
10.2 扩散渗析与电渗析
? 按分离机理分
? 多孔膜——根据颗粒大小进行分离（超滤、微滤） ? 无孔膜——利用分离体系组分的溶解度和扩散性差异分离 ? 载体膜——利用载体分子对溶液中某成分的高度亲和性分离
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10.1.3膜的类型
10.1 概述
膜的类型
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10.1.3膜的类型
10.1 概述
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10.2 扩散渗析与电渗析
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10.2.2扩散渗析的应用
? 应用举例
10.2 扩散渗析与电渗析
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10.2.3电渗析的原理
10.2 扩散渗析与电渗析
? 工作原理
? 在直流电场（ 电位差）的作用下，利用 阴、阳离子交 换膜对溶液中阳、阴离子的选择性透过特性，使溶液 中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
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10.1.1膜分离的基本概念
? 半透膜
? 溶液中一种或几种成份不能透过 而其他成份能透过之膜。
? 选择性透过膜。
? 膜分离
? 以半透膜（选择性透过膜）分离 溶液中某些物质以达到富集目标 物或制备纯水的过程；
? 需要外界施加推动力。
10.1 概述
渗透液相 膜 原料液相
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10.2.4电渗析的应用
? 应用举例
10.2 扩散渗析与电渗析
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10.2.5电渗析的工艺装置 10.2 扩散渗析与电渗析
? 电渗析器装置
? 由电渗析器本体和辅助设备两部分组成。 ? 本体 由压板、电极托板、电极、板框、阴膜、阳膜、 浓水隔板、淡水隔板按一定顺序组装并压紧。包 括三个部分：膜堆、极区、紧固装置。 ? 辅助设备 整流器、水泵、流量计。