工業(yè)給水處理3章膜技術(shù)PPT課件

1、2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理1 2 2、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)（a）膜分離過(guò)程不發(fā)生相變，因此能量轉(zhuǎn)化的效率高，例如在現(xiàn)在的各種海水淡化方法中反滲透法能耗最低；（b）膜分離過(guò)程在常溫下進(jìn)行，因而特別適于對(duì)熱敏性物料，如果汁、酶、藥物等的分離、分級(jí)和濃縮；（c）裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，控制、維修容易，且分離效率高。與其它水處理方法相比，具有占地面積小、適用范圍廣、處理效率高等特點(diǎn)；（d）由于目前膜的成本較高，所以膜分離法投資較高，有些膜對(duì)酸或堿的耐受能力較差。 總之，膜分離具有高效、能耗低、常溫運(yùn)行、適應(yīng)范圍廣、裝置簡(jiǎn)單、單元化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。第1頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水

2、處理2 3 3膜分離法的分類(lèi) 按膜結(jié)構(gòu)分：有對(duì)稱(chēng)膜和不對(duì)稱(chēng)膜；按膜材料分：有機(jī)膜：纖維素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、 聚乙烯膜等； 無(wú)機(jī)膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化鋁膜等； 按分離機(jī)理分：反應(yīng)膜、離子交換膜和滲透膜；按幾何形狀分：平板式、管式、卷式和中空纖維式膜； 膜分離法的種類(lèi)很多，現(xiàn)已應(yīng)用的膜過(guò)程有反滲透、納濾、超濾、微濾、擴(kuò)散滲析、電滲析、氣體分離、滲透蒸發(fā)、控制釋放、液膜、膜蒸餾等。目前，在水處理中常用的有電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾等膜分離技術(shù)。 第2頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理3水處理中幾種常用膜分離法的特點(diǎn)膜過(guò)程膜過(guò)程推動(dòng)力推動(dòng)力傳質(zhì)機(jī)理傳質(zhì)機(jī)理透過(guò)物及其尺寸

3、透過(guò)物及其尺寸截留物截留物膜類(lèi)型膜類(lèi)型電滲析電滲析電位差電位差離子選擇性離子選擇性透過(guò)透過(guò)陰、陽(yáng)離子陰、陽(yáng)離子非電解質(zhì)大非電解質(zhì)大分子分子離子交換離子交換膜膜反滲透反滲透壓力差壓力差1-1-5MPa5MPa溶劑的擴(kuò)散溶劑的擴(kuò)散水或溶劑水或溶劑溶質(zhì)、鹽、溶質(zhì)、鹽、SSSS非對(duì)稱(chēng)膜非對(duì)稱(chēng)膜超濾壓力差0.1-1MPa篩濾及表面作用水、鹽及低分子有機(jī)物膠體大分子、SS非對(duì)稱(chēng)膜滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散溶質(zhì)的擴(kuò)散低分子物質(zhì)、離低分子物質(zhì)、離子子溶劑溶劑非對(duì)稱(chēng)膜非對(duì)稱(chēng)膜液膜液膜化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)和濃度差濃度差反應(yīng)促進(jìn)和反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散擴(kuò)散電解質(zhì)離子電解質(zhì)離子溶劑（非電溶劑（非電解質(zhì)解質(zhì)液膜液膜第3頁(yè)/共

4、119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理4第4頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理54 4、膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域 （1）化學(xué)/染料工業(yè)活性染料的脫鹽、純化、濃縮與回收催化劑與貴金屬的回收利用脫氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脫氫反應(yīng)中液體的分離、純化甘油/己內(nèi)酰胺/苯/染料活性劑等有機(jī)化工原料的回收汽車(chē)/儀表及其它工業(yè)涂漆的濃縮回收（2）食品/飲料工業(yè)啤酒/果酒/黃酒/葡萄酒的澄清除菌過(guò)濾蘋(píng)果、梨、草莓、橙、芒果、桃、檸檬等果汁的澄清除菌過(guò)濾、脫水濃縮葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香氣味的濃縮保留豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/單糖/多糖溶液的澄清與濃縮乳清、奶酶及其他乳品的澄清、

5、脫鹽與濃縮第5頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理6（3）制藥/生物工程抗生素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸、酶等發(fā)酵液的澄清除菌過(guò)濾抗生素、維生素、有機(jī)酸、氨基酸等發(fā)酵液的蛋白剔除酶、蛋白質(zhì)、多糖制備過(guò)程中細(xì)胞碎片的剔除抗生素、氨基酸、維生素、有機(jī)酸、酶、多糖、蛋白質(zhì)的純化與濃縮中成藥、保健品口服液的澄清除菌過(guò)濾動(dòng)物血漿、血清的濃縮精制其他相關(guān)的脫鹽濃縮、澄清除菌、蛋白剔除、細(xì)胞收集等分離過(guò)程（4）空氣過(guò)濾噴霧干燥過(guò)程中染料、抗生素、奶粉等的回收電池廠(chǎng)金屬鎘、氧化鉛粉塵的收集粉碎過(guò)程中磷酸鹽、氧化鎂、二氧化鈦、碳粉、水泥、碳酸鈣的回收包裝過(guò)程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收干燥過(guò)

6、程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的回收合成氨尾氣中氫氣的回收利用第6頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理7（5）水處理 提高飲用水水質(zhì)：飲用純水的制備 工業(yè)純水制備：醫(yī)藥工業(yè)中注射用水/洗瓶水及其他無(wú)菌水的制備電子工業(yè)中超純水的制備火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐補(bǔ)給水的制備制造業(yè)中終端洗滌水的制備 苦堿水脫鹽、海水淡化 水污染控制、水再生利用：生活污水處理與再生利用工業(yè)廢水循環(huán)與再生利用（零排放）垃圾填埋場(chǎng)滲出水的濃縮處理紡織印染廢水、油漆、含油廢水的處理紙漿與造紙廢水的處理及木素磺酸鹽的回收金屬、食品、皮革、農(nóng)藥和除草劑廢水的處理第7頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處

7、理8 二、離子交換膜及其作用機(jī)理 離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，具有與離子交換樹(shù)脂相同的組成，含有活性基團(tuán)和能使離子透過(guò)的細(xì)孔。常用的離子交換膜按其選擇透過(guò)性可分為陽(yáng)膜、陰膜、復(fù)合膜。 陽(yáng)膜(cation exchange membrane)含有陽(yáng)離子交換基團(tuán)，在水中交換基團(tuán)發(fā)生離解，使膜上帶有負(fù)電，能排斥水中的陰離子，吸引水中的陽(yáng)離子并使其通過(guò)。 陰膜(anion exchange membrane)含有陰離子交換基團(tuán)，在水中離解出陰離子，使膜上帶正電，吸引陰離子并使其通過(guò)。第8頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理9 復(fù)合膜（雙極膜）由一面陽(yáng)膜和一面陰膜復(fù)合而成，具有

8、方向性的電阻。當(dāng)陽(yáng)膜面朝向陰極，陰膜面朝向陽(yáng)極時(shí)，正、負(fù)離子都不能透過(guò)膜，顯示出很高的電阻，但可以使膜界面處的水發(fā)生解離，產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子。當(dāng)膜的朝向與上述相反時(shí)，膜電阻降低，膜兩側(cè)相應(yīng)的離子進(jìn)入膜中。離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團(tuán)的薄膜，其所以具有選擇透過(guò)性主要是由于膜上孔隙和膜上離子基團(tuán)的靜電作用。膜上孔隙的作用是，在膜的高分子鍵之間有一足夠大的孔隙，以容納離子的進(jìn)出和通過(guò)。是離子通過(guò)膜的大門(mén)和通道。第9頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理10膜上離子基團(tuán)的作用是，在膜的高分子鏈上，連接著一些可以發(fā)生解離作用的活性基團(tuán)。在水溶液中，膜上的活性基因

9、會(huì)發(fā)生解離作用，解離所產(chǎn)生的離子(或稱(chēng)反離子）進(jìn)入溶液。于是，在膜上就留下了帶有一定電荷的固定基團(tuán)。存在于膜微孔中的帶一定電荷的固定基團(tuán)，好比在一條狹長(zhǎng)的通道中設(shè)立的一個(gè)個(gè)關(guān)卡或“警衛(wèi)”，以鑒別和選擇通過(guò)的離子。外力作用：外加電場(chǎng)，形成電勢(shì)、電位差，使離子遷移，在膜內(nèi)擴(kuò)散、傳遞。注意：樹(shù)脂的作用機(jī)理是與溶液中的離子之間發(fā)生交換反應(yīng)；離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過(guò)性作用。第10頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理11離子交換膜功能示意圖第11頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理12三、電滲析（electrodialysiselect

10、rodialysis，簡(jiǎn)稱(chēng)ED ED ）原理 電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性(即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò)），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過(guò)程。 電滲析出水分為：淡水、濃水、極水，極水的作用是不斷排除電極反應(yīng)物，以保證電滲析正常運(yùn)行。 陽(yáng)極室呈酸性，易腐蝕，一般用惰性電極，如鈦涂釕； 陰極室呈堿性，易結(jié)垢，一般用不銹鋼電極。第12頁(yè)/共119頁(yè)+陽(yáng)極陰極Cl-Na陽(yáng)膜陽(yáng)極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極

11、室陰膜陽(yáng)膜陰膜v 電滲析過(guò)程原理圖第13頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理14C：陽(yáng)膜A：陰膜電滲析除鹽原理圖第14頁(yè)/共119頁(yè)222CleClHOHOH22OHOeOH22244HClOHClOHCl22OHHeOH22222NaOHOHNa第15頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理16四、電滲析器的構(gòu)造與組裝 1.電滲析器的構(gòu)造 電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成。膜堆位于電滲析器的中部，由陽(yáng)膜、濃（或淡）水室隔板、陰膜、淡（濃）水室隔板交替排列成濃水室和淡水室。極區(qū)位于膜堆兩側(cè)，包括電極、極水框和保護(hù)室，其作用是供給電滲析器直流電，將原水導(dǎo)入

12、膜堆的配水孔，將淡水和濃水排出電滲析器，并通入和排出極水。壓緊裝置由蓋板和螺桿組成，其作用是將極區(qū)和膜堆組成不漏水的電滲析器整體，可采用壓板和螺栓拉緊，也可采用液壓壓緊。第16頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理17第17頁(yè)/共119頁(yè)2.2.電滲析器的組裝 電滲析器的組裝依其應(yīng)用不同而有所不同。其組裝的情況是用級(jí)和段來(lái)表示的。 級(jí)：一對(duì)正、負(fù)電極之間的膜堆稱(chēng)為一級(jí)。增加級(jí)數(shù)可降低操作電壓。 段：具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱(chēng)為一段。增加段數(shù)就等于增加脫鹽流程，即提高除鹽率。電滲析器的組裝示意圖電滲析器的組裝示意圖第18頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理19

13、電滲析器的級(jí)與段電滲析器的級(jí)與段一級(jí)一段一級(jí)一段一級(jí)兩段一級(jí)兩段兩級(jí)一段兩級(jí)一段兩級(jí)兩段兩級(jí)兩段一對(duì)正、負(fù)電極之間的膜堆稱(chēng)為一級(jí)一對(duì)正、負(fù)電極之間的膜堆稱(chēng)為一級(jí)第19頁(yè)/共119頁(yè)3、實(shí)際應(yīng)用的、實(shí)際應(yīng)用的電滲析器電滲析器第20頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理21 五、電流效率與極限電流 1.1.電流效率： 一個(gè)淡室（一對(duì)膜）實(shí)際去除的鹽量等于m1=q(c1-c2)tMB/1000 (g) q 一個(gè)淡室的出水量，L/s c1、c2 分別表示進(jìn)出水含鹽量,mmol/L t 通電時(shí)間,s MB 物質(zhì)的摩爾質(zhì)量,g/mol 依據(jù)法拉第定律，應(yīng)析出的鹽量為 m =ItMB (g)

14、 I 電流,(A) F 法拉第常數(shù)，96500 C/mol第21頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理22電滲析電流效率等于淡室實(shí)際去除的鹽量與應(yīng)析出的鹽量之比，即m1/m=q(c1-c2)F/1000I = 電流效率與膜對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)，電壓隨膜對(duì)數(shù)增加而加大，而電流則保持不變。 電滲析的電能效率是理論耗電量與實(shí)際耗電量之比，電滲析實(shí)際耗電量比理論耗電量大得多，因而電能效率較低。第22頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理23 2.2.極限電流密度 電滲析器運(yùn)行過(guò)程中，單位面積膜通過(guò)的電流稱(chēng)為電流密度i。由于膜界面現(xiàn)象的產(chǎn)生，使工作電流密度受到一定的限制。 由于離子在

15、膜內(nèi)的遷移數(shù)大于其在溶液中的遷移數(shù)，造成膜面處離子虧空，使界面層兩側(cè)出現(xiàn)濃度差，從而產(chǎn)生了離子擴(kuò)散的推動(dòng)力，此時(shí)離子遷移的虧空量有離子擴(kuò)散來(lái)補(bǔ)充。根據(jù)菲克定律，擴(kuò)散物質(zhì)的通量表示為： D(c-c1)/1000 (mmol/cm2.s) D擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s c、c1膜兩側(cè)溶液的物質(zhì)量濃度，mmol/L 邊界層厚度，cm第23頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理24濃差極化示意第24頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理25當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，離子遷移與擴(kuò)散達(dá)到平衡: 當(dāng)i增大， c1降低，i達(dá)到等一數(shù)值時(shí)， c1 0，如果再提高i值，由于離子擴(kuò)散不及，在膜界面

16、處引起水的離解，產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，來(lái)傳遞電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃差極化。此時(shí)的電流密度稱(chēng)為極限電流密度。第25頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理26 3.3.極限電流的測(cè)定 電滲析在現(xiàn)場(chǎng)組裝好后首先要進(jìn)行極限電流的測(cè)定。測(cè)定的方法如下：在設(shè)計(jì)流量下，同時(shí)濃水和極水的進(jìn)口壓力應(yīng)與淡化水進(jìn)口壓力一致，調(diào)整流器從零開(kāi)始對(duì)電滲析器供電，電壓以膜堆電壓計(jì)，每次升高10V，每次升高電壓后其電壓要恒定，然后記錄電流數(shù)值。當(dāng)膜堆電壓達(dá)到單級(jí)膜對(duì)數(shù)13 V（以膜面積大小選?。r(shí)作為測(cè)試終點(diǎn)，繪制電滲析器的電壓電流曲線(xiàn)圖，并將各點(diǎn)連成近似的曲線(xiàn)（如圖所示），由曲線(xiàn)作切線(xiàn)，AP、DP相交P點(diǎn)，

17、并由P點(diǎn)作水平線(xiàn)和垂線(xiàn)，交曲線(xiàn)于B、C，所得A、B、C、D曲線(xiàn)就是該機(jī)在此流量情況下的極限電流范圍，而C點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)極化點(diǎn)IC，其電流為極限電流。第26頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理27極限電流的確定第27頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理28 4.4.極化與沉淀 在電滲析的膜界面現(xiàn)象中，極化主要發(fā)生在陽(yáng)膜淡室一側(cè)，而沉淀現(xiàn)象主要發(fā)生在陰膜的濃水一側(cè)。 極化就會(huì)產(chǎn)生水解離，產(chǎn)生的HO-氫氧根離子遷移通過(guò)陰膜進(jìn)入濃室，使?jié)馑膒H 值上升，出現(xiàn)CaCO3及Mg(OH)2的沉淀，這些沉淀附著于膜表面，增加膜電阻、加大電能消耗、降低出水水質(zhì)。防止和消除結(jié)垢的措

18、施有： 控制操作電流，小于極限電流； 定時(shí)倒電極，每小時(shí)23次頻繁倒電極（EDR）； 定期酸洗,1-1.5%鹽酸循環(huán)清洗。第28頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理29 六、電滲析特點(diǎn)及在水處理中的應(yīng)用 1.電滲析特點(diǎn) 在一定除鹽范圍內(nèi)，能量消耗低；應(yīng)用靈活，操作簡(jiǎn)單，維修方便 ；環(huán)境友好；預(yù)處理簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。 但是，電滲析也有它自身的缺點(diǎn)，如電滲析只能除去水中的鹽分，而對(duì)水中有機(jī)物不能去除，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染膜。電滲析運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢，與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，對(duì)原水含鹽量的適應(yīng)范圍小，原水利用率較反滲透低。

19、第29頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理302.電滲析處理不同水質(zhì)的除鹽效果及能耗第30頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理313.電滲析的應(yīng)用 電滲析已是一種相當(dāng)成熟的膜分離技術(shù)，主要用途是苦咸水淡化、生產(chǎn)飲用水、濃縮海水制鹽以及從體系中脫除電解質(zhì)。從20世紀(jì)80年代至今，電滲析技術(shù)在我國(guó)已有大量的應(yīng)用實(shí)例，但80年代至90年代初是電滲析技術(shù)應(yīng)用的黃金時(shí)期。進(jìn)入21世紀(jì)后電滲析技術(shù)的許多領(lǐng)域被反滲透所取代，在除鹽領(lǐng)域也一樣，逐漸被反滲透所取代。 七、電滲析技術(shù)的新發(fā)展 1.高溫電滲析，7075 2.填充床電滲析，電去離子（EDI），下學(xué)期新技術(shù)中講 3.

20、雙極膜電滲析（BPM） 第31頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理32 電去離子（electrodeionization，簡(jiǎn)稱(chēng)EDI）技術(shù)是20世紀(jì)80年代在電滲析技術(shù)基礎(chǔ)上研究發(fā)展起來(lái)的一種新型除鹽技術(shù)，主要應(yīng)用于深度除鹽，替代離子交換混床制取高純水。在我國(guó)又叫填充床電滲析，它將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機(jī)結(jié)合，無(wú)需酸堿再生，而能連續(xù)制取高品質(zhì)的純水，既利用了電滲析可以連續(xù)除鹽和離子交換樹(shù)脂可以深度除鹽的優(yōu)點(diǎn)，又克服了電滲析濃差極化的負(fù)面影響及離子交換樹(shù)脂需要酸堿再生、不能連續(xù)工作的缺陷，它被認(rèn)為是水處理技術(shù)領(lǐng)域具有革命性創(chuàng)新的技術(shù)之一。第32頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6

21、水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理33 其作用原理分三部分： (1) 電滲析過(guò)程：在外加電場(chǎng)作用下，水中電解質(zhì)通過(guò)離子交換膜進(jìn)行選擇性遷移，從而達(dá)到去除離子的作用。 (2) 離子交換過(guò)程：此過(guò)程靠離子交換樹(shù)脂對(duì)水中的電解質(zhì)交換作用，達(dá)到去除水中的離子。 (3) 電化學(xué)再生過(guò)程：利用電滲析的極化過(guò)程產(chǎn)生的H+ 和OH- 及樹(shù)脂本身的水解作用對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行電化學(xué)再生。第33頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理341-陽(yáng)膜2-陰膜3-陰樹(shù)脂4-陽(yáng)樹(shù)脂EDI基本原理圖第34頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理35加拿大ECELL公司生產(chǎn)的MK系列模塊美國(guó)Electropure公司

22、生產(chǎn)的XL系列模塊第35頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理36卷式EDI模塊結(jié)構(gòu)圖OMEXELL公司生產(chǎn)的卷式EDI模塊外觀(guān)第36頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理37 第四節(jié) 反滲透（RORO）1 1、概述、概述2 2、反滲透膜及其透過(guò)機(jī)、反滲透膜及其透過(guò)機(jī)理理3 3、反滲透裝置及系統(tǒng)、反滲透裝置及系統(tǒng)4 4、反滲透主要參數(shù)、反滲透主要參數(shù)5 5、反滲透運(yùn)行的影響因、反滲透運(yùn)行的影響因素素6 6、反滲透裝置的清洗、反滲透裝置的清洗第37頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理381、概述 反滲透（Reverse Osmosis, RO)是

23、一項(xiàng)高新膜分離技術(shù)，其孔徑很小，大都101010（10A），它能去除水中的離子和分子量很小的有機(jī)物，如細(xì)菌、病毒、熱源等。它已廣泛用于海水或苦咸水淡化、電子、醫(yī)藥用純水、飲用純凈水、太空水的生產(chǎn)，還應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)工程。 特點(diǎn)常溫條件下，因而能耗低；雜質(zhì)去除范圍廣，可去除無(wú)機(jī)鹽和各類(lèi)有機(jī)物雜質(zhì)；較高的水回用率；分離裝置簡(jiǎn)單，容易操作和維修。第38頁(yè)/共119頁(yè) 滲透和反滲透示意圖半透膜開(kāi)始時(shí)兩邊液面相同由于濃度差存在，半透膜又不允許溶質(zhì)通過(guò)，所以水透過(guò)膜，使?jié)馑贿呉好嫔撸a(chǎn)生滲透壓第39頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理40第40頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)

24、1工業(yè)給水處理41 一種只能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的膜稱(chēng)為半透膜。當(dāng)把溶劑和溶液(或把兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時(shí)，純?nèi)軇⒆匀淮┻^(guò)半透膜而自發(fā)地向溶液(或從低濃度溶液向高濃度溶液)一側(cè)流動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做滲透。此H稱(chēng)為該溶液的滲透壓 。=iRTc c溶液的物質(zhì)量濃度，i滲透系數(shù)，對(duì)于海水：1.8若在溶液的液面上再施加一個(gè)大于 的壓力P時(shí)，溶劑將與原來(lái)的滲透方向相反，開(kāi)始從溶液向溶劑一側(cè)流動(dòng)，這就是所謂的反滲透。而只允許溶質(zhì)通過(guò)的膜分離過(guò)程為滲析。第41頁(yè)/共119頁(yè)2 2反滲透膜及其透過(guò)機(jī)理反滲透膜及其透過(guò)機(jī)理（1 1）對(duì)反滲透膜的性能要求 選擇性好，單位膜面積上透水量大，脫鹽率高

25、； 機(jī)械強(qiáng)度好，能抗壓、抗拉、耐磨； 熱和化學(xué)的穩(wěn)定性好，能耐酸、堿腐蝕和微生物侵蝕，耐水解、輻射和氧化； 結(jié)構(gòu)均勻一致，盡可能地薄，壽命長(zhǎng)，成本低。（2 2）反滲透膜從化學(xué)組成上主要有三種 醋酸纖維素（CA）膜:1960美國(guó)，95%，易水解 芳香族聚酰（PA）胺膜：70年以后，95-99% 復(fù)合膜:90年代后期，99.5%，低壓，性能優(yōu)良第42頁(yè)/共119頁(yè) 膜的結(jié)構(gòu) 醋酸纖維素是沒(méi)有強(qiáng)烈氫鍵的無(wú)定形鏈狀高分子化合物。 制膜過(guò)程是將其溶解在丙酮中并加入甲酰胺作添加劑，經(jīng)混合調(diào)制、過(guò)濾、鑄塑成型，然后再經(jīng)蒸發(fā)、冷水浸漬、熱處理，即可得到醋酸纖維素 (cellulose acetate,CA)膜

26、。 外觀(guān)為乳白色、半透明，有一定的韌性，膜厚l00250m。 這種膜有不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，表面結(jié)構(gòu)致密，孔隙很小，通稱(chēng)為表皮層或致密層、活化層；下層結(jié)構(gòu)較疏松，孔隙較大，通稱(chēng)為多孔層或支撐層。第43頁(yè)/共119頁(yè)醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99表皮層，孔徑（810）1010m第44頁(yè)/共119頁(yè)顯微鏡下膜的照片第45頁(yè)/共119頁(yè) CACA膜的性質(zhì)（a）膜的方向性： 由于CA膜是一種不對(duì)稱(chēng)膜，因此，在進(jìn)行反滲透時(shí)，必須保持表層與待處理的溶液或廢水接觸，而決不能倒置，否則達(dá)不到處理的目的。（b）選擇透過(guò)性： CA膜對(duì)無(wú)機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)物具有選擇透過(guò)性。 對(duì)電解質(zhì)，離子價(jià)越高，或同價(jià)離子

27、水合半徑越大，則脫除效果越好。 陽(yáng)離子的脫除順序?yàn)椋篠r2+Ba2+Li+Na+ K+。陰離子的脫除順序?yàn)椋簷幟仕岣剖岣鵖O42-CH3COO-Cl-Br-NO3-I-SCN-。第46頁(yè)/共119頁(yè)（c）壓密效應(yīng)： CA膜在壓力作用下，外觀(guān)厚度一般減少2550，同時(shí)，透水性及對(duì)溶質(zhì)的脫除率也相應(yīng)降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為膜的壓密效應(yīng)。這種塑性變形是不可逆的，因此膜的性能在壓力消失后不會(huì)恢復(fù)。（d）膜的水解作用和生物分解作用： CA膜是一種酯，易于水解，水解速率與pH值和水的溫度有關(guān)。一般在堿性介質(zhì)中的水解速率比在酸性介質(zhì)中大，在pH4.55.2時(shí)最低。第47頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)

28、1工業(yè)給水處理48 (4)(4)復(fù)合膜結(jié)構(gòu) 復(fù)合膜結(jié)構(gòu)一般是指在多孔支撐膜上復(fù)合一層很薄的、致密的、有特種功能的另一種材料的薄膜。 例如陶氏FILMTEC反滲透膜片復(fù)合結(jié)構(gòu)： 陶氏膜片為復(fù)合結(jié)構(gòu)，它由三層組成，參見(jiàn)圖32。 1）聚酯材料增強(qiáng)無(wú)紡布，約120m厚； 2）聚砜材料多孔中間支撐層，約40m厚； 3）聚酰胺材料超薄分離層，約0.2m厚。 每一層均根據(jù)其功能要求分別優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造。第48頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理49陶氏FILMTEC反滲透膜片復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖第49頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理50 復(fù)合膜的主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是由無(wú)紡布提供的，

29、它具有堅(jiān)硬、無(wú)松散纖維的光滑表面。 設(shè)計(jì)多孔中間支撐結(jié)構(gòu)的原因是如超薄分離層直接復(fù)合在無(wú)紡布上時(shí)，表面太不規(guī)則，且孔隙太大，因此需要在無(wú)紡布上預(yù)先涂布一層高透水性微孔聚砜作為支撐層，其孔徑約為150埃左右。 超薄分離層是反滲透和納濾過(guò)程中真正具有分離作用的功能層，陶氏FILMTEC膜片與其它任何品牌的產(chǎn)品相比，交聯(lián)度高，功能分離層更厚，且厚度更均勻，決無(wú)針孔。它的高交聯(lián)度性質(zhì)決定了其具有極高的物理強(qiáng)度和抗化學(xué)生物降解的性能。第50頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理51（5 5）反滲透膜的透過(guò)機(jī)理1 1）氫鍵理論）氫鍵理論 該理論認(rèn)為，水透過(guò)膜是由于水分子和膜的活化點(diǎn)形成氫鍵

30、及斷開(kāi)氫鍵的過(guò)程。 即在高壓作用下，溶液中水分子和膜表皮層活化點(diǎn)締合，原活化點(diǎn)上的結(jié)合水解離出來(lái)，解離出來(lái)的水分子繼續(xù)和下一個(gè)活化點(diǎn)締合，又解離出下一個(gè)結(jié)合水。 水分子通過(guò)一連串的締合解離過(guò)程，依次從一個(gè)活化點(diǎn)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)活化點(diǎn)，直至離開(kāi)表皮層，進(jìn)入多孔層。第51頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理522)2)優(yōu)先吸附毛細(xì)管流理論 該理論把反滲透膜看作一種微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它有選擇性吸附水分子而排斥溶質(zhì)分子的化學(xué)特性。 當(dāng)水溶液同膜接觸時(shí)，膜表面優(yōu)先吸附水分子，在界面上形成一層不含溶質(zhì)的純水分子層，其厚度視界面性質(zhì)而異，或?yàn)閱畏肿訉踊驗(yàn)槎喾肿訉印?在外壓作用下，界面水層在膜孔

31、內(nèi)產(chǎn)生毛細(xì)管流連續(xù)地透過(guò)膜。3）溶解-擴(kuò)散機(jī)理溶劑與溶質(zhì)透膜的機(jī)理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學(xué)位差的推動(dòng)力下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散，直至透過(guò)膜。第52頁(yè)/共119頁(yè) 工業(yè)生產(chǎn)中使用的膜分離設(shè)備是由多個(gè)構(gòu)造相同的單個(gè)裝置組合而成的，一般把構(gòu)成設(shè)備的相同的裝置稱(chēng)為膜組件（膜元件、壓力容器）。 反滲透膜組件有板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式等四種。這里我們主要掌握卷式。 反滲透系統(tǒng)的組成：膜元件、壓力容器、保安過(guò)濾器、高壓泵、壓力管路、本體框架、檢測(cè)儀表、系統(tǒng)電器及控制、清洗系統(tǒng)。通常還有必要的預(yù)處理系統(tǒng)。第53頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理54反滲透系統(tǒng)

32、的組成PI壓力表；PS壓力控制器；FI流量表；T溫度表；CE，CI電導(dǎo)（電阻）儀；IH加熱器第54頁(yè)/共119頁(yè)螺旋卷式反滲透膜組件第55頁(yè)/共119頁(yè)密封密封密封螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層第56頁(yè)/共119頁(yè)膜葉透水網(wǎng)狀材料透過(guò)水透過(guò)水濃濃水水進(jìn)進(jìn)水水螺旋卷式膜組件組合示意圖螺旋卷式膜組件組合示意圖第57頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理58Permeate carrier滲透液流向滲透液流向Feed water原原 水水Tricot導(dǎo)導(dǎo) 布布Mesh spacer導(dǎo)導(dǎo) 網(wǎng)網(wǎng)第58頁(yè)/共119頁(yè)膜組件的組裝示意圖膜組件的組裝示意圖進(jìn)水口耐壓容

33、器連接器膜組件密封圈端蓋透過(guò)液濃縮液第59頁(yè)/共119頁(yè)工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置第60頁(yè)/共119頁(yè)工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接第61頁(yè)/共119頁(yè)螺旋卷式反溶透裝置的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積的膜面積大。處理能力高，占地面積小，操作方便。缺點(diǎn)是不能處理含有懸浮物的液體，原水流程短，壓力損失大，濃水難于循環(huán)以及密封長(zhǎng)度大，清洗、維修不方便，易堵塞。第62頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理63 4.反滲透裝置主要參數(shù) （1）水與溶質(zhì)的通量()wJAp 12()ssDJccKlA為溶劑的滲透系數(shù)，DS溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，K平衡分配系數(shù)，L有效膜厚度。 由上式可知，在給定條件下，水

34、通量與壓力成正比，而溶質(zhì)通量則主要與分子擴(kuò)散有關(guān)，因而只與濃度差成正比。所以，提高RO操作壓力不僅使淡水產(chǎn)量增加，而且可降低淡水中的溶質(zhì)濃度，即除鹽率提高。第63頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理64 （2）回收率（Y） Y=QP/Q1100=QP/（QP+Qm）100(%) 通常回收率設(shè)計(jì)為：除鹽75%，海水淡化30-40%。 （3）濃縮倍率（CF） CF=Q1/Qm=100/(100-Y) 回收率為75%時(shí)，濃縮倍數(shù)為4。 （4）除鹽率（R） R=(C1-CP)/C1（%） 式中： Q1、Qm、Qp分別為進(jìn)水、濃水和產(chǎn)水的流量； C1、Cm、Cp分別為進(jìn)水、濃水和產(chǎn)水的

35、含鹽量。第64頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理65 除鹽率隨溫度變化不大，隨著壓力增加，半透膜受壓縮而除鹽率上升，當(dāng)壓力上升至一定值時(shí)，除鹽率保持不變。除鹽率隨進(jìn)水濃度的增加和回收率的增加而下降。兩者使膜表面濃度增加，而使鹽透過(guò)率增大。 在反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須遵循設(shè)計(jì)導(dǎo)則，盡可能地提高預(yù)處理水平，足夠數(shù)量的膜元件，并合理排列。（5）反滲透工藝中的級(jí)與段： 段：指膜組件的濃縮液(濃水)流到下一組膜組件處理。流經(jīng)n組膜組件，即稱(chēng)為n段。 級(jí)：指膜組件的產(chǎn)品水再經(jīng)下一組膜組件處理。透過(guò)液產(chǎn)品水經(jīng)n次膜組件處理，稱(chēng)為n級(jí)。第65頁(yè)/共119頁(yè)一級(jí)一段的不同方式一級(jí)一段的不同方式一

36、級(jí)一段連續(xù)式一級(jí)一段循環(huán)式可保證出水水質(zhì)，但水回收率低可以提高水的回收率，但出水水質(zhì)有可能下降第66頁(yè)/共119頁(yè)一級(jí)多段連續(xù)式一級(jí)多段連續(xù)式水回收率高，濃縮液量少，濃度高，有利于回收其中的有用物質(zhì)。但出水水質(zhì)差。第67頁(yè)/共119頁(yè)一級(jí)多段循環(huán)式一級(jí)多段循環(huán)式濃縮液濃度高，出水水質(zhì)較好。濃縮液濃度高，出水水質(zhì)較好。第68頁(yè)/共119頁(yè)二級(jí)五段連續(xù)式二級(jí)五段連續(xù)式第二級(jí)第69頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理70供給水 Feed water透過(guò)水 Permeate濃縮水 Concentrate回收率Total systemrecovery ratio回收率 50% reco

37、very ratio回收率 7580% recovery ratio回收率 8590% recovery ratio1 set Bank2 set Bank3 set Bank第70頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理71 5.5. 反滲透運(yùn)行的影響因素 （1）原水水質(zhì)：pH值、含鹽量 （2）溫度：當(dāng)T小于20時(shí)，溫度升高1度，透水量約增加3%。 （3）運(yùn)行壓力 （4）濃差極化第71頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理72反滲透過(guò)程，其中溶質(zhì)被具有高脫除系數(shù)的膜所截留，靠近膜表面邊界層中溶質(zhì)濃度增加，而溶劑（水）的濃度降低；膜表面相鄰邊界層中的阻力形成濃度梯

38、度，即濃度極化，降低了優(yōu)先滲透組分的推動(dòng)力，增加了難滲透組分的濃度，使總的分離效果下降。 （5）膜污染：表面結(jié)垢、金屬污染、污堵、膠體污染、微生物污染等。 控制結(jié)垢的方法有：控制回收率、預(yù)處理軟化、加阻垢劑，保證濃水流速。第72頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理73 6.反滲透裝置的清洗膜化學(xué)清洗的標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，需要進(jìn)行化學(xué)清洗。 1)產(chǎn)水量降低10%15% 2)鹽透過(guò)率增加50% 3)進(jìn)水壓力增加10%15% 4)各段壓力差增加15% 5)系統(tǒng)運(yùn)行34個(gè)月 6)長(zhǎng)期停運(yùn)時(shí)用甲醛溶液保護(hù)前進(jìn)行清洗第73頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理74

39、 一般清洗系統(tǒng)由清洗泵、清洗箱、5m保安過(guò)濾器、所需的管道、閥門(mén)、清洗軟管和控制儀表（如pH表、溫度計(jì)、流量表）等組成，如下圖。清洗系統(tǒng)流程示意圖1清洗箱；2清洗泵；3保安過(guò)濾器；4RO裝置第74頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理75根據(jù)陶氏膜產(chǎn)品與技術(shù)手冊(cè)整理污染物特征與清洗選擇原則第75頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理76 太鋼生產(chǎn)廢水回用工程RORO系統(tǒng) 每小時(shí)3000m33000m3，反滲透裝置設(shè)計(jì)回收率75%75%，除鹽率大于97%97%。 第76頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理77 新加坡裕廊島廢水回用反滲透系統(tǒng) 總產(chǎn)

40、水量30000 m3/d30000 m3/d。六列，每列分三段，按2828：1616：8 8排列，配置BW30-365FRBW30-365FR元件364364支。設(shè)計(jì)原水TDSTDS為1300mg/L1300mg/L，系統(tǒng)回收率為85%85%。 第77頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理78遼河石化公司污水深度處理回用工程RORO系統(tǒng) 200t/h200t/h的污水RORO法深度處理裝置，該裝置由中國(guó)藍(lán)星工程有限公司設(shè)計(jì)，于20042004年6 6月破土動(dòng)工，于20052005年1111月份投入生產(chǎn)使用。 第78頁(yè)/共119頁(yè)第五節(jié) 超濾（Ultrafiltration)Ul

41、trafiltration) 5.1、超濾與反滲透的異同 5.2、超濾的原理 5.3、超濾膜及膜組件 5.4、超濾過(guò)程的濃差極化 5.5、 超濾的基本工藝流程 5.6、 超濾的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域第79頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理805.1、超濾與反滲透的異同、超濾與反滲透的異同 超過(guò)濾簡(jiǎn)稱(chēng)超濾，它同反滲透一樣，都是利用膜來(lái)分離水和廢水中的物質(zhì)。兩種方法的共同點(diǎn)在于： 兩種過(guò)程的動(dòng)力同是溶液的壓力，在溶液的壓力下，溶劑的分子通過(guò)薄膜，而溶解的或非溶解的物質(zhì)被阻滯在膜表面上。第80頁(yè)/共119頁(yè)（1）膜不同：超濾所用的膜超濾所用的膜( (超濾膜超濾膜) )較疏松，透較疏松，透

42、水量大，除鹽率幾乎為零，一般用超過(guò)濾分離水量大，除鹽率幾乎為零，一般用超過(guò)濾分離大分子有機(jī)物以及懸浮顆粒等，能夠分離的溶大分子有機(jī)物以及懸浮顆粒等，能夠分離的溶質(zhì)分子至少要比溶劑的分子大質(zhì)分子至少要比溶劑的分子大1010倍，在這種系倍，在這種系統(tǒng)中滲透壓已經(jīng)不起作用了。統(tǒng)中滲透壓已經(jīng)不起作用了。 反滲透所用的膜反滲透所用的膜 ( (反滲透膜反滲透膜) )致密，透水量低，致密，透水量低，除鹽率高，具有很強(qiáng)的選擇透過(guò)能力，用以分除鹽率高，具有很強(qiáng)的選擇透過(guò)能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)。離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)。第81頁(yè)/共119頁(yè)（2）機(jī)理不同：超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用。超

43、濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用。在反滲透膜上分離過(guò)程伴隨有半透膜、溶解物在反滲透膜上分離過(guò)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。質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。（3）工作壓力不同：超過(guò)濾的工作壓力低超過(guò)濾的工作壓力低(0.07(0.070.7 0.7 MPa)MPa)。反滲透反滲透所需的工作壓力高所需的工作壓力高( (大于大于1.0 MPa)1.0 MPa)。（4 4）目前，實(shí)際生產(chǎn)中的）目前，實(shí)際生產(chǎn)中的膜組件膜組件，超濾一般為中，超濾一般為中空纖維式，反滲透常用卷式膜?？绽w維式，反滲透常用卷式膜。第82頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理83 超濾通過(guò)膜表面的

44、微孔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過(guò)膜（稱(chēng)為超濾液），而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高（稱(chēng)為濃縮液），從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的。 用于去除廢水中大分子物質(zhì)和微粒（分子量500500）。 超濾截留大分子物質(zhì)的機(jī)理是： 膜表面的孔徑機(jī)械篩分作用（主要）； 膜孔阻塞、阻滯作用； 膜表面及膜孔對(duì)雜質(zhì)的吸附作用。第83頁(yè)/共119頁(yè)進(jìn)口料液透過(guò)膜的溶液超濾膜出口溶液被截留物質(zhì)透過(guò)膜的物質(zhì)超過(guò)濾原理示意圖第84頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理85超濾的截留范圍超濾的截留范圍截留率=0%水鹽可溶性固體截留率

45、=部分BODCOD小分子原料液滲透液非對(duì)稱(chēng)膜懸浮固體膠體大分子物質(zhì)截留率=100%原料流量壓力第85頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理86 超濾的截留分子量是指截留率達(dá)到90%的分子量，大于該值的分子量物質(zhì)則幾乎全部截留。第86頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理87 超濾膜切割分子量與平均孔徑的關(guān)系切割分子量平均孔徑/nm5002.120002.450003.0100003.8300004.7500006.610000011.030000048.0第87頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理885.3超濾膜及膜組件 超濾膜一般用于制備反滲

46、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不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚偏氟乙烯膜。 超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種，目前常用的是中空纖維式。第88頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理89 5.4.超濾過(guò)程的濃差極化超濾膜表面大分子物質(zhì)濃度增加到一定值時(shí)，在膜面上形成一層凝膠層，對(duì)膜的水通量有很大的阻力。一旦生成凝膠層，透水量并不因壓力增加而增加。第89頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理90第90頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理91超濾膜組件超濾膜組件第91頁(yè)/共119頁(yè)中空

47、纖維超濾膜設(shè)備 第92頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理93馬頭電廠(chǎng)超濾系統(tǒng)第93頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理945.5超濾的基本工藝流程 重過(guò)濾操作：常用于小分子和大分子的分離。 間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。從保證膜透過(guò)通量來(lái)看，這種方式效率最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在低濃度時(shí)，可得到很高的膜透過(guò)通量。 連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。由于需要分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此運(yùn)行時(shí)采用部分循環(huán)方式，而且循環(huán)量常比料液量大得多。第94頁(yè)/共119頁(yè)典型工藝流程圖典型工藝流程圖成品水箱N(xiāo)aClO加藥泵反洗泵原

48、水泵原水供水箱循環(huán)水反洗排污水恒流控制反洗排污水第95頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理96第96頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理975.6、超濾的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 特 點(diǎn) 分離過(guò)程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能耗低，不需加熱，不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、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。第97頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理98 影響超濾過(guò)程的因素 （1）料液速度 （2）操作壓力 （3）溫度 （4）操作時(shí)間 （5）進(jìn)料濃度 （6）料液預(yù)處

49、理 （7）運(yùn)行方式 （8）清洗與消毒第98頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理99 （1）生活飲用水處理（城市給水、優(yōu)質(zhì)水處理、礦泉水處理、純凈水處理） （2）工業(yè)給水處理（預(yù)處理、終端處理） （3）工業(yè)廢水處理（石油、化工、電力、鋼鐵等等） （4）生活污水處理（MBR、深度處理） （5）其它方面：醫(yī)藥、制藥、食品、飲料 例如：蛋白質(zhì)的過(guò)濾、回收、果汁的澄清、食用油精練、醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌、激素的提取、酒類(lèi)釀制、電泳涂漆廢水中涂料的回收第99頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理100（補(bǔ)充）納濾法除鹽 一、納濾概念和原理 納濾是介于反滲透和超濾之間的一種以壓力差

50、為驅(qū)動(dòng)力的膜分離過(guò)程，由于其膜表面孔徑處在納米級(jí)，能去除尺寸約1nm的分子，因而將“納”和“濾”直接連在一起，簡(jiǎn)稱(chēng)納濾膜。 傳質(zhì)機(jī)理與超濾和反滲透不同。超濾傳質(zhì)主要為孔流形式的篩分效應(yīng)；反滲透?jìng)髻|(zhì)為溶解-擴(kuò)散過(guò)程的靜電效應(yīng)；而納濾是介于兩者之間的一種過(guò)渡形式，既其傳質(zhì)機(jī)理為孔流機(jī)理和溶解-擴(kuò)散之間的過(guò)渡態(tài)。第100頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理101 二、納濾的特點(diǎn)幾種主要膜技術(shù)的分離特性第101頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理102（1）對(duì)不同價(jià)態(tài)的離子截留效果不同，對(duì)二價(jià)和高價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子。（2）截留相對(duì)分子質(zhì)量在2001000

51、之間，適用于分子大小為1nm的溶解組分的分離。（3）隨著溶質(zhì)濃度的增加，膜的截留率下降。（4）對(duì)疏水型膠體油、蛋白質(zhì)和其他有機(jī)物具有較強(qiáng)的抗污染性，與反滲透膜相比，納濾膜具有操作壓力低、水通量大的特點(diǎn)。（5）與超濾膜相比，納濾膜又具有截留低分子量物質(zhì)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)許多中等分子量的溶質(zhì)，如消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物、農(nóng)藥等微量有機(jī)物、致突變物等雜質(zhì)能有效去除，從而確立了納濾在水處理中的地位。第102頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理103 納濾和反滲透的截留特性比較第103頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理104三、納濾系統(tǒng)的組成、運(yùn)行和維護(hù) 納濾系統(tǒng)的組成和反

52、滲透系統(tǒng)一樣，由預(yù)處理裝置、保安過(guò)濾器、高壓泵、納濾膜組件、計(jì)量控制設(shè)備和清洗系統(tǒng)組成。裝置的核心部分是納濾膜元件、組件，其系統(tǒng)參照反滲透系統(tǒng)。第104頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理105四、納濾的應(yīng)用 在水處理中納濾首先應(yīng)用于軟化，其次在苦咸水淡化為飲用水、廢水回用等領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢(shì)。 隨著膜技術(shù)的進(jìn)步，納濾膜軟化工藝倍受人們的重視，在國(guó)外某些地區(qū)和領(lǐng)域，納濾膜軟化已成為主要的軟化工藝。與藥劑軟化和離子交換法相比，納濾膜軟化有其特有的優(yōu)點(diǎn)，如在除去水中硬度離子（Ca，Mg）的同時(shí)不換入另外化學(xué)物質(zhì)，不需用酸堿再生，無(wú)污泥產(chǎn)生，完全除去懸浮物，同時(shí)除去有機(jī)物，操作簡(jiǎn)便

53、，占地面積省等，所以納濾膜軟化是有競(jìng)爭(zhēng)潛力的。第105頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理106（補(bǔ)充）全膜法水處理系統(tǒng) 一、概念以膜技術(shù)為主要水處理手段，應(yīng)用兩種或以上的膜分離裝置的水處理系統(tǒng)。絕對(duì)的全膜法水處理系統(tǒng)在生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)，水處理工藝發(fā)展的趨勢(shì)是新老技術(shù)的較差、融合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，效率最大化。第106頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理107 二、典型工藝流程預(yù)處理+MF/UF+RO+RO+EDI預(yù)處理+UF+RO+EDI預(yù)處理+UF+RO（又稱(chēng)雙膜法）（1）清華大學(xué)微電子所VLSI高純水站工藝流程第107頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理108 （2）晉州秸桿熱電廠(chǎng)2 12MW機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)兩套最終出力為22m3/h硬度0mol/L二氧化硅20g/L電導(dǎo)率(25)0.1S/cm再生回用水自動(dòng)反洗過(guò)濾器超濾裝置超濾水箱超濾輸送泵保安過(guò)濾器RO高壓泵反滲透裝置中間水箱二級(jí)RO高壓泵二級(jí)反滲透裝置中間水箱電除鹽（EDI）給水泵EDI裝置除鹽水箱除鹽水泵主廠(chǎng)房。第108頁(yè)/共119頁(yè)2022-2-6水質(zhì)工程學(xué)1工業(yè)給水處理109（3）濟(jì)南市南郊熱電廠(chǎng)化水處理 除鹽水處理能力為160m3/h，電阻率5Mcm，硬度=0mg/L，SiO220g/L。 原水原水池原水泵換熱器管道混合器多介質(zhì)過(guò)