軟化水處理及其技術(shù)PPT課件

1、意義 由于水垢的沉積對(duì)人們的生活及生產(chǎn)均有很明顯的影響,所以生產(chǎn)用水和生活用水均對(duì)硬度指標(biāo)有一定的要求。第1頁/共93頁軟化的目的 避免鍋爐水由于硬度而生垢浪費(fèi)燃料、燒損部件、爆炸 避免Ca2+、Mg2+對(duì)工業(yè)冷卻設(shè)備正常運(yùn)行的影響傳熱系數(shù)低、導(dǎo)熱性能差 避免影響造紙、紡織等行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量 中心目的 消除不良影響,滿足生活和工業(yè)用水的要求！第2頁/共93頁國軟化水行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 軟化水處理主要解決硬水所帶來的水垢問題 國外：在美國水質(zhì)都很硬，所以他們的家用軟化水處理設(shè)備已相當(dāng)普及。 在發(fā)達(dá)國家的家居生活設(shè)施中，占家庭用水量90%的烹飪、洗滌、沐浴等用水使用的都是軟水。第3頁/共93頁 國內(nèi)： 以

2、水質(zhì)較硬的華北、西北地區(qū)為主要市場(chǎng)，正處于萌芽期。目前產(chǎn)品終端銷售主要集中在北京、上海地區(qū)。 國產(chǎn)軟化水處理設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低，占有一定優(yōu)勢(shì)，但功能方面不及進(jìn)口產(chǎn)品先進(jìn)。第4頁/共93頁應(yīng)用領(lǐng)域 可廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、交換器、蒸發(fā)冷凝器、空調(diào)、直燃機(jī)等系統(tǒng)的補(bǔ)給水的軟化。還可用于賓館、飯店、寫字樓、公寓等生活用水的處理及食品、飲料、釀酒、洗衣、印染、化工、醫(yī)藥等行業(yè)的軟化水處理。第5頁/共93頁發(fā)展前景 由于北方地區(qū)的水質(zhì)較硬，從解決問題的角度看，軟化水處理的前景還是很不錯(cuò)的。南方地區(qū)由于水質(zhì)相對(duì)較軟，因此需求還不是很迫切。隨著人們對(duì)使用軟水認(rèn)知度高的提高，軟化水處理將迅速發(fā)展。第6頁

3、/共93頁常用的軟化方法 離子交換法 膜分離法 電去離子軟化法 石灰法 加藥法 蒸餾法 掩蔽劑法 集成膜技術(shù) 電磁法第7頁/共93頁離子交換法IE 采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來。 主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟?？梢詫⒂捕冉抵?。采用這種方式的軟化水設(shè)備一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)。 第8頁/共93頁第9頁/共93頁第10頁/共93頁第11頁/共93頁設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)工作流程 工作(有時(shí)叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個(gè)過程。不同軟化水設(shè)備的所有工序非常接 近，只是由于實(shí)際工藝的

4、不同或控制的需要，可能會(huì)有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎(chǔ)的軟化水設(shè)備都是在這五個(gè)流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來的(其中，全自動(dòng)軟化水設(shè)備會(huì)增加鹽水重注過程)。第12頁/共93頁 反洗：工作一段時(shí)間后的設(shè)備，會(huì)在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去后，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個(gè)過程一般需要5-15分鐘左右。第13頁/共93頁 吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統(tǒng)設(shè)備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動(dòng)的設(shè)備是采用專用的內(nèi)置噴射器將鹽水吸入(只要進(jìn)水有一定的壓力即 可)。在實(shí)際工

5、作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設(shè)備都是采用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個(gè)過 程一般需要30分鐘左右，實(shí)際時(shí)間受用鹽量的影響。第14頁/共93頁 慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由于這個(gè)沖洗過程中仍有大量的功能基團(tuán)上的鈣鎂 離子被鈉離子交換，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個(gè)過程稱作置換。這個(gè)過程一般與吸鹽的時(shí)間相同，即30分鐘左右。第15頁/共93頁 快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要采用與實(shí)際工作接近的流速，用原水對(duì)樹脂進(jìn)行沖洗，這個(gè)過程的最

6、后出水應(yīng)為達(dá)標(biāo)的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鐘。 第16頁/共93頁膜分離法膜分離法典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾(MF)、超濾、超濾(UF)、反滲透、反滲透(RO)、納濾、納濾(NF)、滲析、滲析(D)、電滲析、電滲析(ED)及滲透蒸發(fā)及滲透蒸發(fā)( PV) 。第17頁/共93頁膜上游 透膜 膜下游選擇性透膜選擇性透膜第18頁/共93頁第19頁/共93頁 微孔過濾技術(shù)微孔過濾技術(shù)微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn) 微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以靜壓差為推動(dòng)力靜壓差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)

7、膜的的“篩分篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為作用進(jìn)行分離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為微孔膜微孔膜。第20頁/共93頁微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為：微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： 孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大有大于制定孔徑的微粒全部截留；于制定孔徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為為107孔孔/cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積占膜總體積的7080。由由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快快幾十倍；幾十倍；第21頁/共93頁 無吸附或少吸附。微孔膜

8、厚度一般在無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。 無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，料，過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的的濾液。濾液。 第22頁/共93頁微孔膜的缺點(diǎn)：微孔膜的缺點(diǎn)： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。第23頁/共93頁超濾技術(shù)超濾技術(shù)超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861

9、年，其年，其過濾粒徑介于微過濾粒徑介于微濾和濾和反滲透之間，約反滲透之間，約510 nm，在，在 0.10.5 MPa 的的靜壓靜壓差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白，如多糖、蛋白質(zhì)質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，的大分子及膠體，形成形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。第24頁/共93頁2. 超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)反滲透預(yù)處處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆理、飲用水制備、制藥、色素

10、提取、陽極電泳漆和和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)業(yè)廢水的處理廢水的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 第25頁/共93頁 超濾技術(shù)主要用于含分子量超濾技術(shù)主要用于含分子量500500,000的微粒的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。第26頁/共93頁超濾膜截留分子量的確定超濾膜截留分子量的確定第27頁/共93頁超濾膜裝置超濾膜裝置第28頁/共93頁反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)1.

11、 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。第29頁/共93頁圖圖4 滲透與反滲透原理示意圖滲透與反滲透原理示意圖 滲透和反

12、滲透的原理如下圖所示。滲透和反滲透的原理如下圖所示。第30頁/共93頁如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖（圖4a）。這一過程。這一過程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。第31頁/共93頁 隨著水的滲透，高濃度水溶

13、液一側(cè)的液面升隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H時(shí)，滲透達(dá)到平時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖（圖4b）。滲透。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。第32頁/共93頁 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反

14、滲透這一過程就稱為反滲透（圖（圖4c）。 第33頁/共93頁 反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力，操作壓力為為 2100MPa。 用于實(shí)施反滲透操作的膜為用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜反滲透膜。反滲透膜大部分為不。反滲透膜大部分為不對(duì)稱膜，對(duì)稱膜，孔徑小于孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。，可截留溶質(zhì)分子。第34頁/共93頁2. 反滲透與超濾、微孔過濾的比較反滲透與超濾、微孔過濾的比較 反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推動(dòng)動(dòng)力使溶劑通過膜的分離過程，它們組成了分離溶力使溶劑通過膜的分離過程，

15、它們組成了分離溶液液中的離子、分子到固體微粒的三級(jí)膜分離過程。中的離子、分子到固體微粒的三級(jí)膜分離過程。第35頁/共93頁 一般來說，一般來說，分離溶液中分子量低于分離溶液中分子量低于500的低的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于量大于500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑超濾膜，而分離溶液中的直徑0.110m的粒子的粒子應(yīng)該選微孔膜應(yīng)該選微孔膜。 以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存分界并不是十分

16、嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。在一定的相互重疊。第36頁/共93頁表表3 3 反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等非對(duì)稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、PVC等操作壓力 /MPa21000.10.50.010.2分離的物質(zhì)分子量小于500的小分子物質(zhì)分子量大于500的大分子和細(xì)小膠體微粒0.110m的粒子分離機(jī)理非簡單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用水的滲

17、透通量 /(m3.m-2.d-1)0.12.50.5520200第37頁/共93頁工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置第38頁/共93頁工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接第39頁/共93頁第40頁/共93頁納濾技術(shù)納濾技術(shù)（nanofiltration, NF）1. 納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作早期被稱作低壓反滲透膜低壓反滲透膜或或松散反滲透膜松散反滲透膜。目前，。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的納濾膜已從反滲透技術(shù)

18、中分離出來，成為獨(dú)立的分分離技術(shù)。離技術(shù)。第41頁/共93頁 納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜(RO)(RO)和和超濾膜超濾膜(UF)(UF)之間，因此稱為之間，因此稱為“納濾納濾”。 納濾膜的表層較納濾膜的表層較RORO膜的表層要疏松得多，但較膜的表層要疏松得多，但較UFUF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表層孔。層孔。第42頁/共93頁 納濾膜主要用于納濾膜主要用于截留粒徑在截留粒徑在0.11nm，分，分子量子量為為1000左右的物質(zhì)

19、，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透透過，具有較小的操作壓（過，具有較小的操作壓（0.51MPa）。其被分。其被分離離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述述兩種膜有所交叉。兩種膜有所交叉。 第43頁/共93頁 納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白, ,它能截它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物留透過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物, ,透析被反滲透析被反滲透膜所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子透膜所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同的截留效果不同,

20、,對(duì)單價(jià)離子的截留率低對(duì)單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),(10%-80%),對(duì)對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)(90%)以上。以上。第44頁/共93頁 目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。與清洗周期。第45頁/共9

21、3頁2. 納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于海水及苦咸水的淡海水及苦咸水的淡化化方面。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離方面。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特特性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)中，納濾膜可用于中，納濾膜可用于果汁生產(chǎn)果汁生產(chǎn)，大大節(jié)省能源；在，大大節(jié)省能源；在醫(yī)醫(yī)藥行業(yè)可用于藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面；等方面；在在石化生產(chǎn)的石化生產(chǎn)的催化

22、劑分離回收催化劑分離回收等方面更有著不可比等方面更有著不可比擬擬的作用。的作用。第46頁/共93頁MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW 1umROUFFNFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之間，截留分子量大概在之間，截留分子量大概在300 - 1000300 - 1000。第47頁/共93頁第48頁/共93頁電滲析電滲析 在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽陽兩個(gè)電極，并施加電場(chǎng)，則溶液中的陽離子將移兩個(gè)電極，并施加電場(chǎng)，則溶液中的陽離子將移向向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳電泳。如如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子

23、交換膜（陽果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會(huì)會(huì)選擇性地通過膜，這一過程就稱為選擇性地通過膜，這一過程就稱為電滲析電滲析。第49頁/共93頁 電滲析的核心是離子交換膜電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場(chǎng)的作。在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉

24、等。解，制備氯氣和氫氧化鈉等。 第50頁/共93頁正極正極 陰離子交換膜陰離子交換膜 負(fù)極負(fù)極+固定離子固定離子Cl-Na+-第51頁/共93頁+陽極陰極Cl-Na陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜v電滲析過程原理圖電滲析過程原理圖第52頁/共93頁3. 電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 自電滲析技術(shù)問世后，其在自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，苦咸水淡化，飲用飲用水及工業(yè)用水制備水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢(shì)。方面展示了巨大的優(yōu)勢(shì)。 隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在

25、電電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。我國的電滲。我國的電滲析析裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生生產(chǎn)，現(xiàn)可提供產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。規(guī)模的海水淡化裝置。第53頁/共93頁 中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性

26、化合物和高分子化合物三部分高分子化合物三部分。 電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處的處理方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、理方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、納納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高高純水制備中扮演重要角色。純水制備中扮演重要角色。 第54頁/共93頁實(shí)際應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用的電滲析器電滲析器第55頁/共93頁 電滲析的核心是離子交換膜電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場(chǎng)的作。在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過

27、性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。解，制備氯氣和氫氧化鈉等。 第56頁/共93頁正極正極 陰離子交換膜陰離子交換膜 負(fù)極負(fù)極+固定離子固定離子Cl-Na+-第57頁/共93頁+陽極陰極Cl-Na陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜v電滲析過程原理圖電滲析過程原理圖第58頁/共93頁MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW 1umROUFFNFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之間，截

28、留分子量大概在之間，截留分子量大概在300 - 1000300 - 1000。第59頁/共93頁 NF 納濾第60頁/共93頁 膜的分類與分離第61頁/共93頁滲透蒸發(fā)技術(shù)滲透蒸發(fā)技術(shù)1. 滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn)滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn) 滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離離技術(shù)。技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸蒸氣分壓差的推動(dòng)力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而氣分壓差的推動(dòng)力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)達(dá)到分離目的的一種膜分離方法到分離目的的一種膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手手段較

29、難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有一一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。第62頁/共93頁 滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。其原理如圖來分離液體混合物。其原理如圖6所示。由高分所示。由高分子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高

30、分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。第63頁/共93頁圖圖6a 滲透蒸發(fā)分離示意圖滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化真空氣化)液相室氣相室膜真空泵冷凝液冷凝器第64頁/共93頁圖圖6b 滲透蒸發(fā)分離示意圖滲透蒸發(fā)分離示意圖(

31、惰性氣體吹掃惰性氣體吹掃)液相室氣相室膜冷凝液冷凝器惰性氣體惰性氣體凈化利用第65頁/共93頁3. 滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很很高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。 目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生無水乙醇的生產(chǎn)產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽相

32、比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽液平衡液平衡的的限制。限制。第66頁/共93頁 除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中脫脫除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工工

33、業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。第67頁/共93頁 分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等。或者說，分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機(jī)理如表物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機(jī)理如表1所示。所示。第68頁/共93頁表1 幾種主要分離膜的分離過程膜過程膜過程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過物

34、透過物截留物截留物膜類型膜類型微濾微濾壓力差壓力差顆粒大小形狀顆粒大小形狀水、溶劑溶解物水、溶劑溶解物懸浮物顆粒懸浮物顆粒纖維多孔膜纖維多孔膜超濾超濾壓力差壓力差分子特性大小形分子特性大小形狀狀水、溶劑小分子水、溶劑小分子膠體和超過膠體和超過截留分子量截留分子量的分子的分子非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜納濾納濾壓力差壓力差離子大小及電荷離子大小及電荷水、一價(jià)離子、水、一價(jià)離子、多價(jià)離子多價(jià)離子有機(jī)物有機(jī)物復(fù)合膜復(fù)合膜反滲透反滲透壓力差壓力差溶劑的擴(kuò)散傳遞溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜復(fù)合膜復(fù)合膜第69頁/共93頁膜過程膜過程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過物透過物截留

35、物截留物膜類型膜類型滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞遞低分子量物、離低分子量物、離子子溶劑溶劑非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜電滲析電滲析電位差電位差電解質(zhì)離子的電解質(zhì)離子的選擇傳遞選擇傳遞電解質(zhì)離子電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)離子交換膜離子交換膜氣體分離氣體分離壓力差壓力差氣體和蒸汽的氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽氣體或蒸汽難滲透性氣難滲透性氣體或蒸汽體或蒸汽均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā)壓力差壓力差選擇傳遞選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶難滲透性溶質(zhì)或溶劑質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜

36、液膜分離液膜分離濃度差濃度差反應(yīng)促進(jìn)和反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)雜質(zhì)溶劑溶劑乳狀液膜、乳狀液膜、支撐液膜支撐液膜續(xù)上表第70頁/共93頁電去離子軟化法 這種新方法將電滲析與離子交換有機(jī)地結(jié) 合在一起，離子交換劑靠水電離產(chǎn)生的H+離子自行再生。 電去離子軟水設(shè)備，再生不用食鹽，不增加排水含鹽量，設(shè)備無人值守，自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，使用方便，運(yùn)行費(fèi)用低，環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益顯著。第71頁/共93頁電去離子軟化器的示意圖第72頁/共93頁電去離子軟化過程的離子交換層譜第73頁/共93頁加藥法 向水中加入專用的阻垢劑，可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結(jié)合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。第74頁/共93頁 1、定義：基于溶度積原理,加入某些藥劑,把水中鈣、鎂離子轉(zhuǎn)變成為難溶化合物使之沉淀析出。 2、工藝組成： 原水（加藥） 混合 反應(yīng) 沉淀 過濾 消毒第75頁/共93頁石灰法 使用石灰軟化硬水的方法稱為石灰軟化法 石灰法：向水中加入石灰，主要是用于處理大流量的高硬水，只能將硬度降到一定的范圍。 原理：主要利用了加入的OH-和水中原有的HCO3-第76頁/共93頁第77頁/共93頁第78頁/共93頁蒸餾法