超濾與納濾PPT課件

1、一、超濾第1頁(yè)/共95頁(yè)v概述概述v超濾的基本理論超濾的基本理論v超濾膜的特性及制備方法超濾膜的特性及制備方法v超濾裝置超濾裝置v超濾膜的污染與清洗超濾膜的污染與清洗v超濾的應(yīng)用超濾的應(yīng)用本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第2頁(yè)/共95頁(yè)第一節(jié)概述第一節(jié)概述u超濾（超濾（UltrafiltrationUltrafiltration，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱UF)UF)，又稱超，又稱超過濾。過濾。u18611861年，年，SchmidtSchmidt公布用牛心包膜截留可溶性公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯膠。阿拉伯膠。u19071907年，年，BechholdBechhold較為系統(tǒng)研究了超濾膜，較為系統(tǒng)研究了超濾膜，首

2、次采用首次采用“超濾超濾”術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)。u19631963年，年，MichaelsMichaels開發(fā)了不同孔徑的開發(fā)了不同孔徑的CACA（醋（醋酸纖維素）超濾膜。酸纖維素）超濾膜。第3頁(yè)/共95頁(yè)u1965-19751965-1975年，年，UFUF大發(fā)展，從大發(fā)展，從CACA擴(kuò)大到擴(kuò)大到PSPS（聚（聚苯乙烯）、苯乙烯）、PCPC（聚碳酸酯）、（聚碳酸酯）、PANPAN（聚丙烯（聚丙烯腈）、腈）、PESPES（聚醚砜樹脂）等等。（聚醚砜樹脂）等等。u我國(guó)的超濾技術(shù)，我國(guó)的超濾技術(shù)，7070年代中期起步，年代中期起步，8080年代年代大發(fā)展，大發(fā)展，9090年獲得廣泛應(yīng)用，年獲得廣泛應(yīng)用，10

3、10多個(gè)品種。多個(gè)品種。第4頁(yè)/共95頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 超濾的基本理論超濾的基本理論1.1.超濾的基本原理超濾的基本原理 開始一般認(rèn)為超濾是一種開始一般認(rèn)為超濾是一種篩孔分離過程。篩孔分離過程。在靜壓差為在靜壓差為推動(dòng)力的作用下，原料液中推動(dòng)力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液或透過液，而般稱為濾出液或透過液，而大粒子組分被膜所阻攔，使大粒子組分被膜所阻攔，使它們?cè)跒V剩液中濃度增大。它們?cè)跒V剩液中濃度增大。按照這樣的分離機(jī)理，超濾按照這樣的分離機(jī)理，超濾膜具有選擇性表面層的主要膜具有選擇性表面層的主要因素

4、是形成具有一定大小和因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學(xué)性形狀的孔，聚合物的化學(xué)性質(zhì)對(duì)膜的分離特性影響不大。質(zhì)對(duì)膜的分離特性影響不大。 第5頁(yè)/共95頁(yè)v許多年后，發(fā)現(xiàn)情況并非如此。許多年后，發(fā)現(xiàn)情況并非如此。除了機(jī)械篩除了機(jī)械篩分作用外，還有兩個(gè)因素決定膜的分離特性：分作用外，還有兩個(gè)因素決定膜的分離特性：v其一，溶質(zhì)、溶劑和膜材質(zhì)之間的相互作用，其一，溶質(zhì)、溶劑和膜材質(zhì)之間的相互作用，這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作用力等，溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔壁上受到用力等，溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都會(huì)影響膜對(duì)溶質(zhì)的分離效果。吸引或排

5、斥都會(huì)影響膜對(duì)溶質(zhì)的分離效果。v其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分離特性離特性。第6頁(yè)/共95頁(yè)v超濾過程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：超濾過程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：v溶質(zhì)在過濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附；溶質(zhì)在過濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附；v溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起阻塞；中停留，引起阻塞；v溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。 第7頁(yè)/共95頁(yè)v超濾對(duì)去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、超濾對(duì)去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱

6、源和各種有機(jī)物有較好的效果，但它熱源和各種有機(jī)物有較好的效果，但它幾乎不能截留無機(jī)離子。幾乎不能截留無機(jī)離子。UFUF的分離機(jī)理的分離機(jī)理為篩孔分離過程，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)為篩孔分離過程，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素。也是影響超濾分離的重要因素。第8頁(yè)/共95頁(yè)v在超濾中，大分子溶質(zhì)等之所以不能像溶劑那樣容在超濾中，大分子溶質(zhì)等之所以不能像溶劑那樣容易通過膜，主要是因?yàn)橄铝性颍阂淄ㄟ^膜，主要是因?yàn)橄铝性颍簐（1 1）超濾過程中溶質(zhì)機(jī)械地被截留在過濾膜表面）超濾過程中溶質(zhì)機(jī)械地被截留在過濾膜表面上上 ( (篩分篩分) )；v（2 2）被吸附在過濾膜表面及膜孔中）被吸附在過濾膜

7、表面及膜孔中( (基本吸附基本吸附) )；v（3 3）被保留在膜孔中而被除去）被保留在膜孔中而被除去( (阻塞阻塞) )等等 3 3種方式。種方式。 第9頁(yè)/共95頁(yè)v超濾主要用于從液相物質(zhì)中超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物，膠分離大分子化合物，膠體分散液，乳液。也可以用來分離低分子量溶質(zhì)，體分散液，乳液。也可以用來分離低分子量溶質(zhì)，從而可達(dá)到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高從而可達(dá)到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。分子物質(zhì)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。v其其操作靜壓差一般為操作靜壓差一般為0.10.11MPa1MPa，被分離組分的直，被分

8、離組分的直徑大約為徑大約為0.0050.0050.1m0.1m，這相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡的這相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡的分辨極限，一般為分子量大于分辨極限，一般為分子量大于50050010000001000000的大分的大分子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略。子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略。v所用所用膜常為非對(duì)稱膜，膜孔徑為膜常為非對(duì)稱膜，膜孔徑為1010-3-31010-1-1mm，膜表，膜表面有效截留層厚度較小面有效截留層厚度較小(0.110m)(0.110m)，操作壓力一，操作壓力一般為般為0.20.20.4MPa(20.4MPa(24kg4kgcmcm2 2) )，膜的透過速率

9、為，膜的透過速率為0.50.55m5m3 3(m(m2 2d)d)。 第10頁(yè)/共95頁(yè)2.2.超濾與反滲透的異同超濾與反滲透的異同共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：v推動(dòng)力均是壓力差，在溶液的壓力下，溶劑推動(dòng)力均是壓力差，在溶液的壓力下，溶劑等小分子通過薄膜，而較大的溶解物質(zhì)被阻等小分子通過薄膜，而較大的溶解物質(zhì)被阻滯在膜表面上。滯在膜表面上。區(qū)別：區(qū)別：v膜不同膜不同v機(jī)理不同機(jī)理不同v工作壓力不同工作壓力不同第11頁(yè)/共95頁(yè) 膜不同膜不同v超濾膜較疏松，透水量大，除鹽率低；一般超濾膜較疏松，透水量大，除鹽率低；一般用超濾分離大分子和膠體，能夠分離的溶質(zhì)用超濾分離大分子和膠體，能夠分離的溶質(zhì)分子至少要比溶

10、劑的分子大分子至少要比溶劑的分子大1010倍。倍。v反滲透膜致密，透水量低，除鹽率高，具有反滲透膜致密，透水量低，除鹽率高，具有選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)。的溶劑和溶質(zhì)。第12頁(yè)/共95頁(yè)簡(jiǎn)單的透過和截留示意圖簡(jiǎn)單的透過和截留示意圖123412341234膜膜RO反滲透反滲透UF超濾超濾MF微濾微濾各種滲透膜對(duì)不同物質(zhì)的截留功能示意圖各種滲透膜對(duì)不同物質(zhì)的截留功能示意圖1. 溶劑；溶劑； 2. 小分子；小分子； 3.大分子；大分子； 4.微粒微粒第13頁(yè)/共95頁(yè)膜分離法與物質(zhì)大小膜分離法與物質(zhì)大小( (直徑直徑) )的關(guān)系的關(guān)系第

11、14頁(yè)/共95頁(yè) 機(jī)理不同機(jī)理不同v超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用；超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用；v在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。 工作壓力不同工作壓力不同v超過濾的工作壓力低超過濾的工作壓力低(0.1(0.10.5 MPa)0.5 MPa)；v反滲透所需的工作壓力高反滲透所需的工作壓力高(1(1100 MPa)100 MPa)。第15頁(yè)/共95頁(yè)3. 3. 超濾的基本傳質(zhì)理論超濾的基本傳質(zhì)理論v濃差極化濃差極化 膜的透過通量膜的透過通量單位時(shí)間內(nèi)、單位面積膜上透過的溶液?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)、

12、單位面積膜上透過的溶液量，量，J JV V = V/= V/（A A T T）（V V取樣體積；取樣體積；T T取樣時(shí)間；取樣時(shí)間；A A膜有膜有效面積）。效面積）。 溶質(zhì)的截留率溶質(zhì)的截留率可由原溶液和透過液濃度求出可由原溶液和透過液濃度求出 R Ra a = 1-c = 1-cp p/c/cb b (c(cb b原液濃度，原液濃度，c cp p透過液濃度；透過液濃度；mg/Lmg/L) )。 超濾膜選擇性透過溶劑和小分子溶質(zhì)，截留的大分子在膜超濾膜選擇性透過溶劑和小分子溶質(zhì)，截留的大分子在膜表面積累，濃度上升并以相反方向向料液擴(kuò)散，達(dá)到平衡狀表面積累，濃度上升并以相反方向向料液擴(kuò)散，達(dá)到平

13、衡狀態(tài)時(shí)在膜表面形成一定的溶質(zhì)層（凝膠層），阻礙溶劑等小態(tài)時(shí)在膜表面形成一定的溶質(zhì)層（凝膠層），阻礙溶劑等小分子的跨膜行為，此現(xiàn)象成為分子的跨膜行為，此現(xiàn)象成為濃差極化濃差極化。第16頁(yè)/共95頁(yè)v減輕濃差極化的方法減輕濃差極化的方法 一類是在膜過程中，采取一定的操作策略，如攪拌、引入脈一類是在膜過程中，采取一定的操作策略，如攪拌、引入脈動(dòng)流、鼓泡、超聲或使膜振動(dòng)等。動(dòng)流、鼓泡、超聲或使膜振動(dòng)等。 另一類則是優(yōu)化和改進(jìn)膜組件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如膜面處另一類則是優(yōu)化和改進(jìn)膜組件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如膜面處剪切流速的提高剪切流速的提高, ,設(shè)置湍流促進(jìn)器等等。設(shè)置湍流促進(jìn)器等等。第17頁(yè)/共95頁(yè)v

14、傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)v速率方程速率方程（膜透過速率）（膜透過速率）v微孔模型（微孔模型（伯謖葉方程可計(jì)算溶質(zhì)截留率、擴(kuò)散系數(shù)伯謖葉方程可計(jì)算溶質(zhì)截留率、擴(kuò)散系數(shù)）v滲透壓模型（滲透壓模型（超濾濃縮時(shí)考慮超濾濃縮時(shí)考慮）v凝膠極化模型凝膠極化模型第18頁(yè)/共95頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 超濾膜的制備方法及特性超濾膜的制備方法及特性 超濾膜材料超濾膜材料一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。超濾膜有多種，最常用的是：不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜

15、酰胺維素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和無機(jī)膜。膜和無機(jī)膜。第19頁(yè)/共95頁(yè)1 1超過濾膜的結(jié)構(gòu)超過濾膜的結(jié)構(gòu) v超濾膜可分為對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜。超濾膜可分為對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜。v對(duì)稱膜，又稱各向同性膜，對(duì)稱膜，又稱各向同性膜，指各向均質(zhì)的致密或多指各向均質(zhì)的致密或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處的滲透速率相同?？啄ぃ镔|(zhì)在膜中各處的滲透速率相同。v非對(duì)稱膜，又稱各向異性膜，非對(duì)稱膜，又稱各向異性膜，是由一個(gè)極薄的致密是由一個(gè)極薄的致密皮層皮層( (決定分離效果和傳遞速率決定分離效果和傳遞速率) )和一個(gè)多孔支撐層和一個(gè)多孔支撐層( (主要起支撐作用主要起支撐作用) )組成。組成。v不對(duì)稱膜又分為兩

16、類：不對(duì)稱膜又分為兩類：一類為整體不對(duì)稱膜一類為整體不對(duì)稱膜( (膜的膜的皮層和支撐層為同一種材料皮層和支撐層為同一種材料) )；另一類為復(fù)合膜另一類為復(fù)合膜( (膜膜的皮層和支撐層為不同種材料的皮層和支撐層為不同種材料) )。 第20頁(yè)/共95頁(yè)非對(duì)稱的醋酸纖維膜示意圖對(duì)稱的雙皮層中空纖維膜示意圖第21頁(yè)/共95頁(yè)2.2.超濾膜的制備超濾膜的制備v1)1)各向同性膜的制備各向同性膜的制備。首先將高分子膜材料用溶劑首先將高分子膜材料用溶劑直接溶解，所得料液經(jīng)脫泡后，采取普通的流延法直接溶解，所得料液經(jīng)脫泡后，采取普通的流延法將其刮成薄層，并使溶劑蒸發(fā)即可得到均質(zhì)薄膜。將其刮成薄層，并使溶劑蒸發(fā)

17、即可得到均質(zhì)薄膜。v2)2)各向異性膜的制備各向異性膜的制備。首先將高分子膜材料、溶劑首先將高分子膜材料、溶劑和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進(jìn)行真空和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進(jìn)行真空脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄層，并在適當(dāng)條件下，控制蒸刀刮成一定厚度的薄層，并在適當(dāng)條件下，控制蒸發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉最后，連同玻璃板發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉最后，連同玻璃板一起，將膜置于冰水中凝膠定型。一起，將膜置于冰水中凝膠定型。第22頁(yè)/共95頁(yè)3 3）不同孔徑超濾膜的制備）不同孔徑超濾膜的制備 v在控制溫度

18、、濕度、蒸發(fā)時(shí)間、冷浸溫度等條在控制溫度、濕度、蒸發(fā)時(shí)間、冷浸溫度等條件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑的配料比，即可制成不同孔徑的膜。的配料比，即可制成不同孔徑的膜。第23頁(yè)/共95頁(yè)3.3.超濾膜的特性超濾膜的特性v超過濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；超過濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；化學(xué)物理穩(wěn)定性化學(xué)物理穩(wěn)定性( (包括機(jī)械強(qiáng)度包括機(jī)械強(qiáng)度) )。v一般的要求是有較大的水通量，較高的截留率和較一般的要求是有較大的水通量，較高的截留率和較好的化學(xué)物理穩(wěn)定性。好的化學(xué)物理穩(wěn)定性。v超過濾膜若使用恰當(dāng)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過濾膜若使用恰當(dāng)

19、，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1212年。暫時(shí)不年。暫時(shí)不用時(shí)，可保存在用時(shí)，可保存在1 1甲醛水溶液或者甲醛水溶液或者5050甘油水溶甘油水溶液中。液中。 第24頁(yè)/共95頁(yè)第四節(jié)超濾裝置第四節(jié)超濾裝置1. 1. 超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種。纖維式四種。第25頁(yè)/共95頁(yè)第26頁(yè)/共95頁(yè)板框式超濾裝置板框式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內(nèi)裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內(nèi)工作；流道間隙大小可調(diào)，原水流道不易被工作；流道間隙大小可調(diào)，原水流道不易被雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過增雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過增減膜及支撐板的數(shù)量可

20、處理不同水量。減膜及支撐板的數(shù)量可處理不同水量。 缺點(diǎn)：裝置較笨重；單位體積內(nèi)的有效膜裝置較笨重；單位體積內(nèi)的有效膜面積較小；膜的強(qiáng)度要求較高，一般做在無面積較小；膜的強(qiáng)度要求較高，一般做在無紡布上，以增強(qiáng)膜的機(jī)械性能。紡布上，以增強(qiáng)膜的機(jī)械性能。第27頁(yè)/共95頁(yè)管式超濾裝置管式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：原液流道截留面積較大，不易堵塞；原液流道截留面積較大，不易堵塞；膜面的清洗比較容易，可化學(xué)清洗或擦洗。膜面的清洗比較容易，可化學(xué)清洗或擦洗。 缺點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)膜的充填密度較低，占地單位體積內(nèi)膜的充填密度較低，占地面積大；膜管的彎頭及連接件多，設(shè)備安裝面積大；膜管的彎頭及連接件多，設(shè)備安裝費(fèi)時(shí)。費(fèi)時(shí)。第2

21、8頁(yè)/共95頁(yè)卷式超濾裝置卷式超濾裝置 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的有效膜面積較大，水在單位體積內(nèi)的有效膜面積較大，水在膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小。積較小。 缺點(diǎn)：進(jìn)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對(duì)所用的膜進(jìn)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對(duì)所用的膜強(qiáng)度要求較高，使用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破強(qiáng)度要求較高，使用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破損須更換新的膜元件。損須更換新的膜元件。第29頁(yè)/共95頁(yè)中空纖維式超濾裝置中空纖維式超濾裝置 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)有效膜面積最大，工作效單位體積內(nèi)有效膜面積最大，工作效率最高，占地面積小。中空纖維無須支撐物。率最高，占地面積小。中空纖維無須支撐物。 缺點(diǎn)：

22、膜的清洗較困難，只能用水力沖洗或膜的清洗較困難，只能用水力沖洗或化學(xué)清洗，不能用機(jī)械清洗，另外，中空纖化學(xué)清洗，不能用機(jī)械清洗，另外，中空纖維膜損壞后要更換整個(gè)組件。維膜損壞后要更換整個(gè)組件。第30頁(yè)/共95頁(yè)2. 2. 超濾基本工藝流程超濾基本工藝流程 超濾的操作模式可分為超濾的操作模式可分為重過濾重過濾和和錯(cuò)流錯(cuò)流過濾過濾兩大類。兩大類。重過濾重過濾常用于蛋白質(zhì)、酶等大分子的分離。常用于蛋白質(zhì)、酶等大分子的分離。錯(cuò)流過濾錯(cuò)流過濾廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)第31頁(yè)/共95頁(yè)v間歇操作間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。這種方式效：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。這種方式效率最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍率

23、最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。內(nèi)進(jìn)行操作。v連續(xù)操作連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。分離物料的：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此采用部分循環(huán)方式小，因此采用部分循環(huán)方式第32頁(yè)/共95頁(yè)重過濾重過濾第33頁(yè)/共95頁(yè)v設(shè)備簡(jiǎn)單、小型設(shè)備簡(jiǎn)單、小型v能耗低能耗低v可克服高濃度料液滲透流率低的缺點(diǎn)可克服高濃度料液滲透流率低的缺點(diǎn)v能更好的去除滲透組分能更好的去除滲透組分v濃差極化和膜污染嚴(yán)重濃差極化和膜污染嚴(yán)重v要求膜對(duì)大分子的截留率高要求膜對(duì)大分子的截留率高重過濾重過濾優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)第34頁(yè)/共95頁(yè)

24、錯(cuò)流過濾錯(cuò)流過濾間歇錯(cuò)流間歇錯(cuò)流截留液全循環(huán)截留液全循環(huán)截留液部分循環(huán)截留液部分循環(huán)第35頁(yè)/共95頁(yè)連續(xù)錯(cuò)流連續(xù)錯(cuò)流單段連續(xù)操作單段連續(xù)操作多段連續(xù)操作多段連續(xù)操作錯(cuò)流過濾錯(cuò)流過濾第36頁(yè)/共95頁(yè)截留液截留液透透過過液液料液料液 膜膜支撐板支撐板隔板隔板平板式膜組件平板式膜組件第37頁(yè)/共95頁(yè)內(nèi)壓管式：內(nèi)壓管式：多孔管多孔管膜膜料液料液外壓管式：外壓管式：料液料液內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。第38頁(yè)/共95頁(yè)第39頁(yè)/共95頁(yè)第40頁(yè)/共95頁(yè)第五節(jié)超濾膜的污染與清洗第五節(jié)

25、超濾膜的污染與清洗1 1、超濾膜的污染、超濾膜的污染 是被分離物質(zhì)中某些成分吸附、留存在膜的表面是被分離物質(zhì)中某些成分吸附、留存在膜的表面和膜孔中造成的。和膜孔中造成的。v溶質(zhì)在膜表面的吸附層；溶質(zhì)在膜表面的吸附層；v濃差極化引起的凝膠層；濃差極化引起的凝膠層；v膜孔內(nèi)溶質(zhì)吸附；膜孔內(nèi)溶質(zhì)吸附；v膜孔堵塞。膜孔堵塞。第41頁(yè)/共95頁(yè)超濾膜的通量超濾膜的通量第42頁(yè)/共95頁(yè)2 2、超濾膜污染的防治、超濾膜污染的防治（1 1）改變膜結(jié)構(gòu)和組件結(jié)構(gòu)；）改變膜結(jié)構(gòu)和組件結(jié)構(gòu)；（2 2）采用親水性超濾膜或負(fù)荷電膜；）采用親水性超濾膜或負(fù)荷電膜；（3 3）對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理；）對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理；（4 4

26、）選擇合適操作條件。）選擇合適操作條件。第43頁(yè)/共95頁(yè)3 3、超濾膜的清洗、超濾膜的清洗（1 1）水清洗）水清洗（2 2）反沖洗）反沖洗（3 3）氣洗）氣洗（4 4）酸堿洗）酸堿洗（5 5）表面活性劑）表面活性劑（6 6）氧化劑）氧化劑（7 7）酶清洗）酶清洗第44頁(yè)/共95頁(yè)判斷超濾膜是否需要清洗的原則如下：判斷超濾膜是否需要清洗的原則如下：v（1 1）根據(jù)超濾裝置進(jìn)出口壓力降的變化，多）根據(jù)超濾裝置進(jìn)出口壓力降的變化，多數(shù)情況下，壓力降超過初始值數(shù)情況下，壓力降超過初始值0.05MPa 0.05MPa 時(shí)，時(shí)，可用等壓大流量沖洗法，如無效，再用化學(xué)可用等壓大流量沖洗法，如無效，再用化學(xué)

27、清洗法；清洗法；第45頁(yè)/共95頁(yè)v（2 2）根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化，當(dāng)超濾）根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化，當(dāng)超濾系統(tǒng)的透過水量或透水質(zhì)量下降到不可接受系統(tǒng)的透過水量或透水質(zhì)量下降到不可接受程度時(shí)，多采用物理化學(xué)相結(jié)合清洗法程度時(shí)，多采用物理化學(xué)相結(jié)合清洗法v（3 3）定時(shí)清洗，運(yùn)行中的超濾系統(tǒng)根據(jù)膜被）定時(shí)清洗，運(yùn)行中的超濾系統(tǒng)根據(jù)膜被污染的規(guī)律，可采用周期性的定時(shí)清洗。污染的規(guī)律，可采用周期性的定時(shí)清洗。第46頁(yè)/共95頁(yè)第47頁(yè)/共95頁(yè)第六節(jié)超濾應(yīng)用第六節(jié)超濾應(yīng)用v 特特 點(diǎn)點(diǎn) 分離過程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能分離過程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能耗低，不需加熱，不需加藥即

28、可達(dá)到分離、濃縮、耗低，不需加熱，不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、分離、純化分級(jí)的目的。分離、純化分級(jí)的目的。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，附屬設(shè)備少，易于裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，附屬設(shè)備少，易于擴(kuò)容和增加組件。擴(kuò)容和增加組件。裝置操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)快，易于維護(hù)，容易控制。裝置操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)快，易于維護(hù)，容易控制。第48頁(yè)/共95頁(yè) 工業(yè)廢水的處理工業(yè)廢水的處理 城市污水處理城市污水處理 飲用水的生產(chǎn)飲用水的生產(chǎn) 蛋白質(zhì)的過濾、回收蛋白質(zhì)的過濾、回收 果汁的澄清果汁的澄清 食用油精練食用油精練 醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌等醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌等第49頁(yè)/共95頁(yè)可用超濾處理的工業(yè)廢水可用超濾處理的工業(yè)廢水v電泳涂漆廢水電

29、泳涂漆廢水v含油廢水含油廢水（如油田含油污水等）（如油田含油污水等）v攝影顯影液廢水?dāng)z影顯影液廢水v造紙工業(yè)廢水造紙工業(yè)廢水（紙張上色廢水等）（紙張上色廢水等）v紡織工業(yè)廢水紡織工業(yè)廢水（染料廢水、退漿廢水等）（染料廢水、退漿廢水等）v光學(xué)玻璃研磨排水光學(xué)玻璃研磨排水v放射性廢水放射性廢水v食品工業(yè)廢水食品工業(yè)廢水第50頁(yè)/共95頁(yè)例：勝利油田石化總廠建成陶瓷膜超例：勝利油田石化總廠建成陶瓷膜超濾凝結(jié)水除油除鐵裝置濾凝結(jié)水除油除鐵裝置v陶瓷超濾膜是一種以多孔陶瓷材料為介質(zhì)制陶瓷超濾膜是一種以多孔陶瓷材料為介質(zhì)制成的具有超濾分離功能的滲透膜成的具有超濾分離功能的滲透膜v以玻璃、二氧化硅、氧化鋁、

30、莫來石等原料以玻璃、二氧化硅、氧化鋁、莫來石等原料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制成的微孔膜經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制成的微孔膜v它可承受高溫和寬范圍的它可承受高溫和寬范圍的pHpH水質(zhì)，水質(zhì)， 而且其化而且其化學(xué)惰性要比聚合物膜高出幾倍，一般用于微學(xué)惰性要比聚合物膜高出幾倍，一般用于微濾和超濾濾和超濾第51頁(yè)/共95頁(yè)v勝利油田石化總廠污水處理場(chǎng)，勝利油田石化總廠污水處理場(chǎng)，20082008年投資年投資219219萬萬元，建成陶瓷膜超濾過濾器凝結(jié)水除油除鐵裝置元，建成陶瓷膜超濾過濾器凝結(jié)水除油除鐵裝置v每天近每天近40004000噸的工業(yè)廢水通過污水回用處理裝置變噸的工業(yè)廢水通過污水回用處理裝置變成了成了“清泉清泉”v凝

31、結(jié)水除油率和除鐵率分別達(dá)到凝結(jié)水除油率和除鐵率分別達(dá)到98%98%和和96%96%以上，完以上，完全滿足于生產(chǎn)工藝的需要，可直接在循環(huán)系統(tǒng)中使全滿足于生產(chǎn)工藝的需要，可直接在循環(huán)系統(tǒng)中使用用, ,確保了水資源高效利用。確保了水資源高效利用。第52頁(yè)/共95頁(yè)二、納濾二、納濾第53頁(yè)/共95頁(yè)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容（一）（一） 納濾的發(fā)展概況納濾的發(fā)展概況（二）（二） 納濾膜的分類納濾膜的分類 （三）（三） 納濾膜的制備納濾膜的制備（四）（四） 納濾膜的分離性能與原理納濾膜的分離性能與原理（五）（五） 納濾裝置與膜污染防治納濾裝置與膜污染防治（六）（六） 納濾膜的主要應(yīng)用納濾膜的主要應(yīng)用 第5

32、4頁(yè)/共95頁(yè) 第一節(jié)第一節(jié) 納濾的發(fā)展概況納濾的發(fā)展概況 v納濾是納濾是2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代中后期開發(fā)的一種新型年代中后期開發(fā)的一種新型膜分離過程。膜分離過程。近年來國(guó)際上膜分離技術(shù)領(lǐng)域近年來國(guó)際上膜分離技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。研究的熱點(diǎn)。v納濾的研究可以追溯到納濾的研究可以追溯到2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代中后期年代中后期用哌嗪與均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯通過用哌嗪與均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯通過界面聚合得到了界面聚合得到了NS-300NS-300膜。后來，一些猶太膜。后來，一些猶太科學(xué)家相繼研制出了一系列化學(xué)性能異常穩(wěn)科學(xué)家相繼研制出了一系列化學(xué)性能異常穩(wěn)定的納米膜，當(dāng)時(shí)命名為選擇性

33、反滲透定的納米膜，當(dāng)時(shí)命名為選擇性反滲透( (SelRO) )。第55頁(yè)/共95頁(yè)v2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代初期，美國(guó)年代初期，美國(guó)Film TecFilm Tec的科學(xué)家研制的科學(xué)家研制了一種薄層復(fù)合膜了一種薄層復(fù)合膜(NF-40(NF-40、NF-50NF-50、NF-70)NF-70)，由，由于其表面孔徑處于納米級(jí)，能去除尺寸約于其表面孔徑處于納米級(jí)，能去除尺寸約1nm1nm的的分子，因而簡(jiǎn)稱分子，因而簡(jiǎn)稱納濾膜納濾膜v到了到了9090年代，納濾膜得到飛速發(fā)展，針對(duì)不同的年代，納濾膜得到飛速發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域相繼開發(fā)了一批分離性能獨(dú)特的納濾膜應(yīng)用領(lǐng)域相繼開發(fā)了一批分離性能獨(dú)特的

34、納濾膜，并已實(shí)現(xiàn)商品化，如，并已實(shí)現(xiàn)商品化，如NTR-729HFNTR-729HF，NTR-7250NTR-7250，NTR-7400NTR-7400，NF-45NF-45，NF-90NF-90，SU-600SU-600等。目前國(guó)際等。目前國(guó)際上已商品化的納濾膜多為復(fù)合型納濾膜。上已商品化的納濾膜多為復(fù)合型納濾膜。 第56頁(yè)/共95頁(yè)v我國(guó)從我國(guó)從2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代才開始研究納濾，在實(shí)驗(yàn)?zāi)甏砰_始研究納濾，在實(shí)驗(yàn)室中相繼開發(fā)了室中相繼開發(fā)了CA-CTACA-CTA納濾膜、納濾膜、S-PESS-PES涂層納濾涂層納濾膜、芳香聚酰胺復(fù)合納濾膜和其他荷電材料的膜、芳香聚酰胺復(fù)合納濾膜和其他

35、荷電材料的納濾膜；對(duì)納濾膜分離性能和機(jī)理行了實(shí)驗(yàn)研納濾膜；對(duì)納濾膜分離性能和機(jī)理行了實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定進(jìn)展。究，并取得了一定進(jìn)展。v與國(guó)外相比，我國(guó)納濾技還處于起步階段，膜與國(guó)外相比，我國(guó)納濾技還處于起步階段，膜的研制、膜組件及其應(yīng)用都比較落后。的研制、膜組件及其應(yīng)用都比較落后。 v20042004年年9 9月月2828日，全國(guó)第一張納濾膜在吉林市金日，全國(guó)第一張納濾膜在吉林市金賽科技有限公司研制成功，金賽科技成為到目賽科技有限公司研制成功，金賽科技成為到目前為止我國(guó)為數(shù)不多的納濾膜生產(chǎn)基地。前為止我國(guó)為數(shù)不多的納濾膜生產(chǎn)基地。 第57頁(yè)/共95頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 納濾膜分類納濾膜分類 基于不

36、同的出發(fā)點(diǎn)，納濾膜的分類有許多方法?；诓煌某霭l(fā)點(diǎn)，納濾膜的分類有許多方法。(1)(1)按膜的材料分按膜的材料分 納濾膜有醋酸纖維素及其衍生納濾膜有醋酸纖維素及其衍生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜(SPS)(SPS)、磺化、磺化聚醚砜聚醚砜(SPES)(SPES)等。等。(2)(2)按膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分按膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分 納濾膜有一體化的不對(duì)稱納濾膜有一體化的不對(duì)稱膜和復(fù)合膜，如溶液相轉(zhuǎn)化的膜和復(fù)合膜，如溶液相轉(zhuǎn)化的CACA膜屬非對(duì)稱膜之膜屬非對(duì)稱膜之列，其表皮層致密，皮下層比較疏松。通用的復(fù)列，其表皮層致密，皮下層比較疏松。通用的復(fù)合膜大多是用聚砜多孔支撐膜制成，而

37、表層致密合膜大多是用聚砜多孔支撐膜制成，而表層致密的芳香族聚酰胺薄層是以界面聚合法形成的。的芳香族聚酰胺薄層是以界面聚合法形成的。第58頁(yè)/共95頁(yè)(3)(3)按膜的傳遞機(jī)理分按膜的傳遞機(jī)理分 膜可分為活性膜和被動(dòng)膜?；钚阅た煞譃榛钚阅ず捅粍?dòng)膜?；钚阅な窃谕高^膜的過程中透過組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；膜是在透過膜的過程中透過組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；被動(dòng)膜是指透過膜前、后的組分沒有發(fā)生化學(xué)變化。被動(dòng)膜是指透過膜前、后的組分沒有發(fā)生化學(xué)變化。目前所有的納濾膜都屬于被動(dòng)膜。目前所有的納濾膜都屬于被動(dòng)膜。(4)(4)按制膜工藝分按制膜工藝分納濾膜有溶液相轉(zhuǎn)化膜、熔融熱相變納濾膜有溶液相轉(zhuǎn)化膜、熔融熱相變膜、復(fù)

38、合膜和動(dòng)力形成膜等，如膜、復(fù)合膜和動(dòng)力形成膜等，如CACA膜為溶液相轉(zhuǎn)化膜膜為溶液相轉(zhuǎn)化膜，CTACTA中空纖維為熔融熱相變膜。目前卷式普遍用的為中空纖維為熔融熱相變膜。目前卷式普遍用的為芳香族聚酰胺復(fù)合膜。芳香族聚酰胺復(fù)合膜。第59頁(yè)/共95頁(yè)(5)(5)按膜的功能和作用分按膜的功能和作用分 納濾膜屬滲透膜范納濾膜屬滲透膜范疇，滲透壓在膜的傳遞過程中起重大作用。疇，滲透壓在膜的傳遞過程中起重大作用。(6)(6)按膜的使用和用途分按膜的使用和用途分膜可分為低壓膜、膜可分為低壓膜、超低壓膜等，納濾膜屬于超低壓膜。超低壓膜等，納濾膜屬于超低壓膜。(7)(7)按膜的外形分按膜的外形分 納濾膜可制成膜

39、片、管狀納濾膜可制成膜片、管狀膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多為卷式，另外還有管式和中空纖式。為卷式，另外還有管式和中空纖式。第60頁(yè)/共95頁(yè)納濾膜材料納濾膜材料v已商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有已商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有有機(jī)高分子、無有機(jī)高分子、無機(jī)高分子、有機(jī)無機(jī)分子機(jī)高分子、有機(jī)無機(jī)分子三種。三種。v例如醋酸纖維素例如醋酸纖維素(CA)(CA)，磺化聚砜，磺化聚砜(SPS)(SPS)，磺化聚，磺化聚醚砜醚砜(SPES)(SPES)、聚酰胺、聚酰胺( PA)( PA)和聚乙烯醇和聚乙烯醇(PVA)(PVA)等。等。v無機(jī)材料制備的納濾膜商品化程度

40、還不夠高，但無機(jī)材料制備的納濾膜商品化程度還不夠高，但是由于無機(jī)材料同有機(jī)高分子材料相比，具有耐是由于無機(jī)材料同有機(jī)高分子材料相比，具有耐高溫，耐化學(xué)溶劑等特點(diǎn)，所以，無機(jī)納濾膜的高溫，耐化學(xué)溶劑等特點(diǎn)，所以，無機(jī)納濾膜的研究也越來越受到了人們的重視。研究也越來越受到了人們的重視。第61頁(yè)/共95頁(yè)第三節(jié)納濾膜的制備方法第三節(jié)納濾膜的制備方法v目前，目前，NFNF膜已經(jīng)商品化、系列化，國(guó)外主要供應(yīng)膜已經(jīng)商品化、系列化，國(guó)外主要供應(yīng)商有日本商有日本Nitto Denko(Nitto Denko(日東電工日東電工) )、Toray(Toray(東麗東麗) )、美國(guó)、美國(guó)Hydranautics(H

41、ydranautics(海德能海德能) )、Dow Chem/Film Dow Chem/Film Tec Tec 和和OsmonicsOsmonics（奧斯莫尼斯）（奧斯莫尼斯）/Desal/Desal及丹麥及丹麥DDSDDS等公司。國(guó)內(nèi)為國(guó)家海洋局杭州水處理中心和中等公司。國(guó)內(nèi)為國(guó)家海洋局杭州水處理中心和中科院大連化物所等已經(jīng)研制出不同脫鹽率的科院大連化物所等已經(jīng)研制出不同脫鹽率的NFNF膜膜。v商品商品NFNF膜絕大部分為復(fù)合膜，且其表面大多帶負(fù)膜絕大部分為復(fù)合膜，且其表面大多帶負(fù)電。目前使用最廣泛的是芳香聚酰胺類復(fù)合膜。電。目前使用最廣泛的是芳香聚酰胺類復(fù)合膜。第62頁(yè)/共95頁(yè)一、轉(zhuǎn)

42、化法一、轉(zhuǎn)化法可分為可分為UFUF膜轉(zhuǎn)化法和膜轉(zhuǎn)化法和RORO膜轉(zhuǎn)化法膜轉(zhuǎn)化法vUFUF膜轉(zhuǎn)化法膜轉(zhuǎn)化法先制得較小孔徑的先制得較小孔徑的UFUF膜，然膜，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理、荷電化后處理，使膜表后對(duì)其進(jìn)行熱處理、荷電化后處理，使膜表面致密化。面致密化。vRORO膜轉(zhuǎn)化法膜轉(zhuǎn)化法調(diào)整合適的有利于調(diào)整合適的有利于RORO膜表面膜表面疏松化的工藝條件，如鑄膜液中添加劑的選疏松化的工藝條件，如鑄膜液中添加劑的選擇、各成分的比例及濃度等，使表層疏松化擇、各成分的比例及濃度等，使表層疏松化而制得而制得NFNF膜。膜。第63頁(yè)/共95頁(yè)二、共混法二、共混法v將兩種或兩種以上的高聚物進(jìn)行液相共混，將兩種或兩種

43、以上的高聚物進(jìn)行液相共混，通過合理調(diào)節(jié)鑄膜液中各組分的相容性差異通過合理調(diào)節(jié)鑄膜液中各組分的相容性差異及研究工藝條件對(duì)相容性的影響，可制備表及研究工藝條件對(duì)相容性的影響，可制備表層具有納米級(jí)孔徑的層具有納米級(jí)孔徑的NFNF膜。如膜。如CA-CTACA-CTA納濾膜納濾膜的制備。的制備。第64頁(yè)/共95頁(yè)三、復(fù)合法三、復(fù)合法v用得最多且最有效的制備用得最多且最有效的制備NFNF膜的方法膜的方法v原理就是在微孔基膜上復(fù)合上一層具有原理就是在微孔基膜上復(fù)合上一層具有納米級(jí)孔徑的超薄表層（活性層）。納米級(jí)孔徑的超薄表層（活性層）。v微孔基膜（多孔支撐體）的制備微孔基膜（多孔支撐體）的制備燒燒結(jié)法和結(jié)法

44、和L-SL-S相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法第65頁(yè)/共95頁(yè)超薄表層制備及復(fù)合超薄表層制備及復(fù)合1 1、涂敷法（較為經(jīng)典）、涂敷法（較為經(jīng)典）2 2、界面聚合法（最有效，該法所制得的、界面聚合法（最有效，該法所制得的NF NF 膜品種最多、產(chǎn)量最大）膜品種最多、產(chǎn)量最大）3 3、化學(xué)蒸氣沉積法（較新的方法）、化學(xué)蒸氣沉積法（較新的方法）4 4、動(dòng)力形成法（也較新的方法）、動(dòng)力形成法（也較新的方法）第66頁(yè)/共95頁(yè)四、荷電化法四、荷電化法v膜荷電后可提高膜的耐壓密性、耐酸膜荷電后可提高膜的耐壓密性、耐酸/ /堿性及堿性及抗污染性，提高水的通量?？刮廴拘?，提高水的通量。v荷電膜可分表層荷電膜和整體荷電膜。荷

45、電膜可分表層荷電膜和整體荷電膜。v荷電化的方法：表面化學(xué)處理法、由荷電材荷電化的方法：表面化學(xué)處理法、由荷電材料通過料通過L-SL-S相轉(zhuǎn)化法直接成膜、含浸法、成互相轉(zhuǎn)化法直接成膜、含浸法、成互聚合法聚合法第67頁(yè)/共95頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 納濾膜的分離性能納濾膜的分離性能v納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，但納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，但制作比反滲透膜更精細(xì)。制作比反滲透膜更精細(xì)。v日本學(xué)者大谷敏郎對(duì)納濾膜進(jìn)行了具日本學(xué)者大谷敏郎對(duì)納濾膜進(jìn)行了具體的定義：體的定義：操作壓力操作壓力1.50MPa1.50MPa，截留，截留分子量分子量20010002001000，NaClNaCl的截留率的截留率90

46、90的膜可以認(rèn)為是納濾膜。的膜可以認(rèn)為是納濾膜。 第68頁(yè)/共95頁(yè)v納濾同超濾一樣，也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，納濾同超濾一樣，也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，納濾介于超濾與反滲透之間，它能截留透過超濾膜的一部納濾介于超濾與反滲透之間，它能截留透過超濾膜的一部分分子量較小的有機(jī)物，透析反滲透所能截留的無機(jī)鹽。分分子量較小的有機(jī)物，透析反滲透所能截留的無機(jī)鹽。因此，納濾的特性主要體現(xiàn)在以下因此，納濾的特性主要體現(xiàn)在以下2 2個(gè)方面：個(gè)方面： 截留水溶液中的分子量為數(shù)百的有機(jī)分子；截留水溶液中的分子量為數(shù)百的有機(jī)分子； 受膜與離子間受膜與離子間DonnanDonnan效應(yīng)的影響，納濾膜對(duì)

47、不同價(jià)態(tài)的效應(yīng)的影響，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)的 離子截留能力不同。離子截留能力不同。 4-5第69頁(yè)/共95頁(yè)對(duì)鹽的截留性能：主要依靠離子與膜之間的靜電作用。對(duì)鹽的截留性能：主要依靠離子與膜之間的靜電作用。價(jià)態(tài)不同，截留程度不同。大致分離規(guī)律；價(jià)態(tài)不同，截留程度不同。大致分離規(guī)律；1 1） 對(duì)于陰離子，截留率按下列順序遞增；對(duì)于陰離子，截留率按下列順序遞增； NO NO3 3- -, Cl, Cl- -, OH, OH- -, SO, SO4 42-2-, CO, CO3 32-2-2 2）對(duì)于陽(yáng)離子，截留率遞增順序?yàn)椋海?duì)于陽(yáng)離子，截留率遞增順序?yàn)椋?H H+ +, Na, Na+ +, K, K

48、+ +, Ca, Ca2+2+, Mg, Mg2+2+, Cu, Cu2+2+3 3）一價(jià)離子滲透，多價(jià)陰離子滯留（高截留率）一價(jià)離子滲透，多價(jià)陰離子滯留（高截留率）4 4） 截留相對(duì)分子質(zhì)量在截留相對(duì)分子質(zhì)量在20010002001000，適用于分子大小為，適用于分子大小為1nm 1nm 的溶解組分的分離。的溶解組分的分離。納濾分離規(guī)律納濾分離規(guī)律第70頁(yè)/共95頁(yè)納濾膜的分離原理納濾膜的分離原理 納濾膜處于超濾和反滲透兩者之間，且納濾膜處于超濾和反滲透兩者之間，且大部分為荷電膜，納濾膜的分離原理可以理大部分為荷電膜，納濾膜的分離原理可以理解為解為溶解溶解-擴(kuò)散原理擴(kuò)散原理以及以及電效應(yīng)電效

49、應(yīng)兩方面。其兩方面。其傳質(zhì)機(jī)理根據(jù)分離對(duì)象的不同，主要有以下傳質(zhì)機(jī)理根據(jù)分離對(duì)象的不同，主要有以下兩種類型。兩種類型。 1 1納濾膜分離納濾膜分離非電解溶液非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型時(shí)的傳質(zhì)模型 2 2納濾膜分離納濾膜分離電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型時(shí)的傳質(zhì)模型第71頁(yè)/共95頁(yè)1 1分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 (1) (1) 溶解擴(kuò)散模型溶解擴(kuò)散模型 溶解溶解- -擴(kuò)散模型是由擴(kuò)散模型是由 LonsdaleLonsdale等人提出的，其過程可概括為等人提出的，其過程可概括為3 3步：步： 溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解

50、溶質(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，它們?cè)诟髯曰苜|(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式通過滲透膜的學(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式通過滲透膜的活性層活性層 溶質(zhì)和溶劑在膜的透過側(cè)表面解吸溶質(zhì)和溶劑在膜的透過側(cè)表面解吸 （2 2）空間位阻孔道模型）空間位阻孔道模型第72頁(yè)/共95頁(yè)2 2分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 (1)Donnan(1)Donnan平衡模型平衡模型 將荷電基團(tuán)的膜置于含將荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子在膜內(nèi)濃度大于鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的其在主體溶液中的濃度，而

51、同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。由此阻止?jié)舛葎t低于其在主體溶液中的濃度。由此阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保持電中性，反離子也被膜截留。持電中性，反離子也被膜截留。 （2 2）空間電荷模型）空間電荷模型(SC(SC模型模型) ) 它是表征膜對(duì)電它是表征膜對(duì)電解質(zhì)及離子的截留性能的理想模型，模型假設(shè)解質(zhì)及離子的截留性能的理想模型，模型假設(shè)膜由孔徑均一而且其壁面上電荷均勻分布的微膜由孔徑均一而且其壁面上電荷均勻分布的微孔組成?？捉M成。第73頁(yè)/共95頁(yè) (3)(3)固定電荷模型固定電荷模型(TMS(TMS模型模型) ) 該模型假設(shè)

52、膜是均該模型假設(shè)膜是均質(zhì)無孔的，膜中固定電荷的分布是均勻的，不考質(zhì)無孔的，膜中固定電荷的分布是均勻的，不考慮孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)，認(rèn)為離子濃度和電勢(shì)能在傳慮孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)，認(rèn)為離子濃度和電勢(shì)能在傳質(zhì)方向具有一定的梯度。固定電荷模型其實(shí)是空質(zhì)方向具有一定的梯度。固定電荷模型其實(shí)是空間電荷模型的簡(jiǎn)化形式。間電荷模型的簡(jiǎn)化形式。 （4 4）雜化模型）雜化模型 該模型認(rèn)為膜質(zhì)相同且無孔，但該模型認(rèn)為膜質(zhì)相同且無孔，但離子在極細(xì)微的膜孔隙中的擴(kuò)散和對(duì)流傳遞會(huì)受離子在極細(xì)微的膜孔隙中的擴(kuò)散和對(duì)流傳遞會(huì)受到立體阻礙作用的影響。該模型建立在擴(kuò)展的到立體阻礙作用的影響。該模型建立在擴(kuò)展的Nernst-PlankNer

53、nst-Plank方程上，用于表征兩組分和三組分方程上，用于表征兩組分和三組分的電解質(zhì)溶液的傳遞現(xiàn)象。的電解質(zhì)溶液的傳遞現(xiàn)象。 第74頁(yè)/共95頁(yè)第五節(jié)第五節(jié) 納濾裝置與膜污染防治納濾裝置與膜污染防治 NF NF膜組件有膜組件有4 4種形式：種形式：I.I.卷式（主要用于脫鹽及超純水的制備）卷式（主要用于脫鹽及超純水的制備）II.II.中空纖維式（水的軟化）中空纖維式（水的軟化）III.III.板框式（處理粘度較大的料液）板框式（處理粘度較大的料液）IV.IV.管式（處理含懸浮物、高粘度的料液）管式（處理含懸浮物、高粘度的料液）第75頁(yè)/共95頁(yè)膜組件的使用方式膜組件的使用方式第76頁(yè)/共95

54、頁(yè)納濾膜分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)納濾膜分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)1 1）操作壓力：）操作壓力： 操作壓力越高，透過膜的水通量越大，但是高壓下導(dǎo)致操作壓力越高，透過膜的水通量越大，但是高壓下導(dǎo)致膜的致密化會(huì)使得水通量降低。通常膜系統(tǒng)有兩種操作方式，膜的致密化會(huì)使得水通量降低。通常膜系統(tǒng)有兩種操作方式，即恒定壓力操作法和恒定通量操作法。即恒定壓力操作法和恒定通量操作法。2 2）操作溫度：）操作溫度： 溫度對(duì)透過膜的水通量影響較大，根據(jù)粘度隨溫度的變溫度對(duì)透過膜的水通量影響較大，根據(jù)粘度隨溫度的變化規(guī)律，推測(cè)出化規(guī)律，推測(cè)出2525附近水溫每升高附近水溫每升高11，水通量增加，水通量增加2.5%2.5

55、%。但溫度過高則可能導(dǎo)致膜的致密化。但溫度過高則可能導(dǎo)致膜的致密化。3 3）操作流量：）操作流量： 膜分離系統(tǒng)需根據(jù)膜組件內(nèi)部膜與膜之間的間距確定適膜分離系統(tǒng)需根據(jù)膜組件內(nèi)部膜與膜之間的間距確定適宜的操作流量。提高膜面流速有利于抑制膜面的濃差極度化，宜的操作流量。提高膜面流速有利于抑制膜面的濃差極度化，但同時(shí)增大了膜組件進(jìn)出口的壓力差使得膜的有效操作壓力但同時(shí)增大了膜組件進(jìn)出口的壓力差使得膜的有效操作壓力降低。降低。第77頁(yè)/共95頁(yè)納濾膜的污染和劣化納濾膜的污染和劣化 納濾膜組件的分離性能可能會(huì)因?yàn)槟さ奈廴净蛄踊{濾膜組件的分離性能可能會(huì)因?yàn)槟さ奈廴净蛄踊兓さ奈廴竞土踊姆诸?/p>

56、及其產(chǎn)生原因列于下圖生變化，膜的污染和劣化的分類及其產(chǎn)生原因列于下圖。第78頁(yè)/共95頁(yè)膜污染防治和清洗方法膜污染防治和清洗方法一般出現(xiàn)以下三種情形前就因?qū)δそM件進(jìn)行清洗：一般出現(xiàn)以下三種情形前就因?qū)δそM件進(jìn)行清洗：1，鹽的透過率增大，鹽的透過率增大1倍或系統(tǒng)已經(jīng)無法繼續(xù)運(yùn)行；倍或系統(tǒng)已經(jīng)無法繼續(xù)運(yùn)行；2，較短時(shí)間內(nèi)濃縮水或透過水流量的變化超過，較短時(shí)間內(nèi)濃縮水或透過水流量的變化超過10%；3，膜組件供水側(cè)進(jìn)出口的壓力差增大，膜組件供水側(cè)進(jìn)出口的壓力差增大1倍倍.第79頁(yè)/共95頁(yè)納濾膜特點(diǎn)納濾膜特點(diǎn)納濾膜允許低分子鹽分通過而截留較高分子納濾膜允許低分子鹽分通過而截留較高分子量的有機(jī)物和多價(jià)離

57、子；量的有機(jī)物和多價(jià)離子；納濾膜往往和其他分離及生產(chǎn)過程相結(jié)合起納濾膜往往和其他分離及生產(chǎn)過程相結(jié)合起到降低處理費(fèi)用、提高分離效果的作用；到降低處理費(fèi)用、提高分離效果的作用；納濾膜在某些方面可替代傳統(tǒng)的費(fèi)用高、工納濾膜在某些方面可替代傳統(tǒng)的費(fèi)用高、工藝繁瑣的分離方法。藝繁瑣的分離方法。第80頁(yè)/共95頁(yè)第六節(jié)第六節(jié) 納濾膜的主要應(yīng)用納濾膜的主要應(yīng)用 納濾納濾(NF)(NF)由于其具有納米級(jí)的膜孔徑、膜上多由于其具有納米級(jí)的膜孔徑、膜上多帶電荷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而主要用于以下幾個(gè)方面：帶電荷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而主要用于以下幾個(gè)方面： 不同分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；不同分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離； 有機(jī)物與小分

58、子無機(jī)物的分離；有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離； 溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；鹽溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；鹽與其對(duì)應(yīng)酸的分離。與其對(duì)應(yīng)酸的分離。第81頁(yè)/共95頁(yè) 1.1.生產(chǎn)和生活用水的凈化及軟化生產(chǎn)和生活用水的凈化及軟化 納濾膜法一般可用于三鹵甲烷中間體、異味、納濾膜法一般可用于三鹵甲烷中間體、異味、色度、農(nóng)藥、合成劑、可溶性有機(jī)物、鈣、鎂等硬色度、農(nóng)藥、合成劑、可溶性有機(jī)物、鈣、鎂等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)的去除，并在低壓下實(shí)現(xiàn)水度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)的去除，并在低壓下實(shí)現(xiàn)水的軟化及脫鹽。的軟化及脫鹽。 第82頁(yè)/共95頁(yè)例：納濾膜技術(shù)水處理設(shè)備為泰山景例：納濾膜技術(shù)水處理

59、設(shè)備為泰山景區(qū)天然山泉水鑄造品牌區(qū)天然山泉水鑄造品牌 公司山泉水的原水全部采公司山泉水的原水全部采自海拔自海拔600600多米、人跡罕至的多米、人跡罕至的巖石間，通過上千米全封閉專巖石間，通過上千米全封閉專用輸水管道，將山泉水直接引用輸水管道，將山泉水直接引入制水車間，入制水車間，經(jīng)過高新納濾技經(jīng)過高新納濾技術(shù)水處理設(shè)備、術(shù)水處理設(shè)備、全封閉自動(dòng)灌全封閉自動(dòng)灌裝流水線和嚴(yán)格的產(chǎn)品安全程裝流水線和嚴(yán)格的產(chǎn)品安全程序檢測(cè)等一系列流程處理，序檢測(cè)等一系列流程處理，最最大程度地保留了山泉水中所含大程度地保留了山泉水中所含有的有益礦物質(zhì)有的有益礦物質(zhì)，并獲得國(guó)家，并獲得國(guó)家質(zhì)檢總局頒發(fā)的質(zhì)檢總局頒發(fā)的Q

60、SQS認(rèn)證。認(rèn)證。 天燭峰山泉水公司的高新天燭峰山泉水公司的高新納濾技術(shù)水處理設(shè)備納濾技術(shù)水處理設(shè)備第83頁(yè)/共95頁(yè)2 2食品方面的應(yīng)用食品方面的應(yīng)用 大豆乳清排放水中低聚糖的回收大豆乳清排放水中低聚糖的回收大豆蒸煮液的循環(huán)利用大豆蒸煮液的循環(huán)利用土豆淀粉生產(chǎn)過程排放水的處理土豆淀粉生產(chǎn)過程排放水的處理蔬菜汁及果汁的高濃度濃縮蔬菜汁及果汁的高濃度濃縮葡萄汁的濃縮制備葡萄酒葡萄汁的濃縮制備葡萄酒奶酪乳清中乳酸的回收奶酪乳清中乳酸的回收 水產(chǎn)加工過程中蛋白質(zhì)的回收和水產(chǎn)加工過程中蛋白質(zhì)的回收和氨基酸的分離濃縮等氨基酸的分離濃縮等糖溶液的濃縮糖溶液的濃縮 單糖的精制單糖的精制 發(fā)酵過程水處理發(fā)酵過