微濾、超濾、反滲透、離子交換.doc

1、 微濾技術(shù)A、 原理介紹微濾又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱抱子蟲、藻類和一些細(xì)菌等，而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質(zhì)都能透過膜的分離過程。 基本原理是篩分過程，操作壓力一般在0.7-7kPa，原料液在靜壓差作用下，透過一種過濾材料。過濾材料可以分為多種，比如折疊濾芯、熔噴濾芯、布袋式除塵器、微濾膜等。透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細(xì)菌等，使其不能通過濾膜而被去除。 決定膜的分離效果的是膜的物理結(jié)構(gòu)，孔的形狀和大小。 微孔膜的規(guī)格目前有十多種，孔徑范圍為0.175 m，膜厚120150m。 微濾膜若從1907年Bechhold制得系列化多孔火棉膠膜問世算起，至今有近百年歷史。而微孔膜的廣泛應(yīng)用是從二戰(zhàn)之后開始的，最初只有CN膜，隨著聚合物材料的開發(fā)，成膜機(jī)理的研究和制膜技術(shù)的進(jìn)步。 我國MF研究始于70年代初，開始以CACN膜片為主，于80年代相繼開發(fā)成功CA、CACTA、PS、PAN、PVDF、尼龍等膜片，并進(jìn)而開發(fā)出褶筒式濾芯；開發(fā)了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE 膜；也開發(fā)出聚酯和聚碳酸酯的核徑跡微孔膜，多通道無機(jī)微孔膜也實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 。并在醫(yī)藥、飲料、飲用水、食品、電子、石油化工、分析檢測和環(huán)保等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用。B、 技術(shù)優(yōu)勢(shì) 砂慮只能去除很小的膠體顆粒，使出水濁度達(dá)到1度左右，但水中仍含有數(shù)十萬個(gè)粒徑為15m的顆粒，這是砂慮所不能去除的，微濾則可以去除這些顆粒。避免將上道工序產(chǎn)生的微粒帶到下道工序去，起到了保證系統(tǒng)安全的作用。2、 超濾技術(shù)A. 超濾原理超濾起源于1748年，Schmidt用棉花膠膜或璐膜分濾溶液，當(dāng)施加一定壓力時(shí)，溶液（水）透過膜，而蛋白質(zhì)、膠體等物質(zhì)則被截留下來，其過濾精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過濾紙，于是他提出超濾一語，1896年，Martin制出了第一張人工超濾膜，其20世紀(jì)60年代，分子量級(jí)概念的提出，是現(xiàn)代超濾的開始，70年代和80年代是高速發(fā)展期，90年代以后開始趨于成熟。我國對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究較晚，70年代尚處于研究期限，80年代末，才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用階段。超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的，膜孔徑在201000A之間。中空纖維超濾器（膜）具有單位溶器內(nèi)充填密度高，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。 在超濾過程中，水深液在壓力推動(dòng)下，流經(jīng)膜表面，小于膜孔的深劑（水）及小分子溶質(zhì)透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留，隨水流排出，成為深縮液。超濾過程為動(dòng)態(tài)過濾，分離是在流動(dòng)狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡，且通過清洗可以恢復(fù)。 超濾系統(tǒng)流程圖而使大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x100001x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時(shí)，水分子和分子量小于300500的溶質(zhì)透過膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說，當(dāng)水通過超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。 近30 年來，超濾技術(shù)的發(fā)展極為迅速，不但在特殊溶液的分離方面有獨(dú)到的作用，而且在工業(yè)給水方面也用得越來越多。例如在海水淡化、純水及高純水的制備中，超濾可作為預(yù)處理設(shè)備，確保反滲透等后續(xù)設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。在食品飲料、礦泉水生產(chǎn)中，超濾也發(fā)揮了重要作用。因?yàn)槌瑸V僅去除水中的懸浮物、膠體微粒和細(xì)菌等雜質(zhì)，而保留了對(duì)人體健康有益的礦物質(zhì)。超濾膜為多孔性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。過濾過程是以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動(dòng)力，以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程，使用壓力通常為0.030.6 MPa，篩分孔徑從0.0050.1m，截留分子量為1000 500,000 道爾頓左右。B. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)超濾作為重要的預(yù)處理技術(shù)，能顯著降低來水的濁度、水的污染指數(shù)SDI值。超濾膜具有水通量大，能較好去除水中的微生物、細(xì)菌等的良好性能，分離過程不發(fā)生相變化，耗能少，）分離過程可以在常溫下進(jìn)行，適合一些熱敏性物質(zhì)如果汁、生物制劑及某些藥品等的濃縮或者提純，分離過程僅以低壓為推動(dòng)力，設(shè)備及工藝流程簡單，易于操作、管理及維修，應(yīng)用范圍廣，凡溶質(zhì)分子量為1000500,000 道爾頓或者溶質(zhì)尺寸大小0.0050.1m 左右，都可以利用超濾技術(shù)。3、 反滲透技術(shù)A. 反滲透原理反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì)逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹽水。 反滲透通常使用非對(duì)稱膜和復(fù)合膜。反滲透所用的設(shè)備，主要是中空纖維式或卷式的膜分離設(shè)備。 壓力濃溶液稀溶液濃溶液稀溶液滲透反滲透水分子擴(kuò)散經(jīng)過半透膜進(jìn)入濃溶液側(cè)以平衡溶液的離子強(qiáng)度，在平衡點(diǎn)，濃溶液和稀溶液間的高度差對(duì)應(yīng)兩側(cè)間的滲透壓差施加超過滲透壓的壓力反向水分子的流動(dòng)方向。因而定義為反滲透反滲透膜能截留水中的各種無機(jī)離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)，從而取得凈制的水。也可用于大分子有機(jī)物溶液的預(yù)濃縮。由于反滲透過程簡單，能耗低，近20年來得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用于海水和苦咸水（見鹵水）淡化、鍋爐用水軟化和廢水處理，并與離子交換結(jié)合制取高純水，目前其應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大，已開始用于乳品、果汁的濃縮以及生化和生物制劑的分離和濃縮方面。 反滲透原理圖B. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)反滲透主要分離溶液中的離子，在分離過程中沒有加熱和相變，具有脫鹽率高、去除范圍廣、耗能小、設(shè)備體積小、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。反滲透和納濾過程單獨(dú)、或與離子交換法、或其它分離過程相結(jié)合，可以降低再生劑的費(fèi)用和廢水排放量，也可以用來制備高純水，在電廠當(dāng)與熱法結(jié)合時(shí)，可以提高設(shè)備的利用率和水的利用率。4、 離子交換技術(shù)i. 離子交換原理離子交換是指水通過離子交換柱時(shí)，水中的陽離子和水中的陰離子（HCO等離子）與交換柱中的陽樹脂的H+離子和陰樹脂的OH離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到脫鹽的目的。陽、陰混柱的不同組合可使水質(zhì)達(dá)到更高的要求。是目前成熟的常規(guī)制取純水、超純水的裝置。離子交換器分為陽離子交換器（軟化器）、陰離子交換器、混合離子交換器等。 離子交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的全自動(dòng)連續(xù)檢測，超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警，再生過程全自動(dòng)完成，零備件采用高強(qiáng)度工程塑料，耐腐蝕，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性能，耐用性。離子交換設(shè)備按處理類型分以下幾種類型：A、 陽離子固定床交換器陽離子固定床交換器是用來降低或基本消除原水陽離子的裝置。在此，采用陽離子交換樹脂(RH)來進(jìn)行軟化處理，用陽離子交換樹脂中可交換的陽離子(如H+)，把水中所含的陽離子交換出來，該過程的離子反應(yīng)式如下：Na+RNa=RNa+H+ 由上可見，水中的Na+等陽離子被RH型樹脂中的H+置換出來以后，就存留在樹脂中，使離子交換樹脂由RH型變成RNa型樹脂。在離子交換過程中，當(dāng)水流過樹脂層后的出水陽離子超過某一規(guī)定值，水質(zhì)已不符合水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，則交換器中的離子交換樹脂將視為失效，不再起離子交換作用，這時(shí)，為恢復(fù)離子交換樹脂的交換能力，通常采用強(qiáng)酸溶液(3%-5%)對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生，又稱還原。也就是用強(qiáng)酸溶液的氫離子將樹脂中吸附的鈉離子置換出來， 其離子反應(yīng)式:RNa+H+= Na+RH陽離子固定床交換器運(yùn)行及再生工藝程序B、 陰離子固定床交換器陰離子固定床交換器是用來降低或基本消除原水陰離子的裝置。在此，采用陰離子交換樹脂(ROH)來進(jìn)行軟化處理，用陰離子交換樹脂中可交換的陰離子(如OH-)，把水中所含的鈣、鎂離子交換出來，該過程的離子反應(yīng)式如下：Cl-+ROH=RCl+OH- 由上可見，水中的Cl-等陽離子被ROH型樹脂中的OH-置換出來以后，就存留在樹脂中，使離子交換樹脂由ROH型變成RCl型樹脂。在離子交換過程中，當(dāng)水流過樹脂層后的出水陽離子超過某一規(guī)定值，水質(zhì)已不符合水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，則交換器中的離子交換樹脂將視為失效，不再起離子交換作用，這時(shí)，為恢復(fù)離子交換樹脂的交換能力，通常采用強(qiáng)堿溶液(3%-5%)對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生，又稱還原。也就是用強(qiáng)堿溶液的氫氧根氫離子將樹脂中吸附的氯離子置換出來， 其離子反應(yīng)式:RCl+OH-= Cl-+ROH其運(yùn)行原理圖同陽離子固定床交換器運(yùn)行原理圖。C、 混合床離子交換器陽、陰離