膜分離技術(shù)(基礎(chǔ))

1、編輯ppt1基礎(chǔ)篇編輯ppt2一、膜技術(shù)的起源二、膜技術(shù)的發(fā)展三、膜的定義四、膜的分類方法（包括膜廠家介紹）五、膜的操作方式六、各種膜的用途及其應(yīng)用（內(nèi)外壓膜的優(yōu)缺點(diǎn)）七、膜技術(shù)的發(fā)展方向編輯ppt3講述膜技術(shù)的起源及其早期歷史編輯ppt4一、一、膜現(xiàn)象與研究膜現(xiàn)象與研究A A 膜現(xiàn)象的存在膜現(xiàn)象的存在： 在自然界 在人體 在各個(gè)領(lǐng)域B B 膜現(xiàn)象的研究：膜現(xiàn)象的研究：1748年，Abbe Nollet 發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，第一次揭示膜分離現(xiàn)象。1861年Schmide發(fā)現(xiàn)用柿膠膜或賽咯玢膜過濾溶液，可以截留細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體，首次提出“超過濾”的概念。1864年Tra

2、ube成功地研制出亞鐵氰化銅膜，第一個(gè)制造出人類歷史上第一片人造膜。1866年Thomas Grahamz在一篇“氣體通過膠質(zhì)隔膜的吸收和滲析分離”的研究論文中，最早提出了氣體膜分離的擴(kuò)散原理。20世紀(jì)中葉，由于物理化學(xué)、聚合物化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生理學(xué)的深入發(fā)展，新型膜材料和制膜技術(shù)的不斷開拓，各種膜分離技術(shù)才相繼出現(xiàn)和發(fā)展。上世紀(jì)60年代，大規(guī)模生產(chǎn)高通量、無缺陷的膜和緊湊高面積/體積比膜分離器上取得突破，開發(fā)了中脫鹽反滲透過程，七八十年代又將進(jìn)展轉(zhuǎn)移到其它膜過程取得成功。編輯ppt5目前各種膜過程的發(fā)展?fàn)顩r和銷售趨勢(shì)圖編輯ppt63、我國(guó)膜技術(shù)的發(fā)展A、我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是從1958年

3、研究離子交換膜開始的。60年代進(jìn)入開創(chuàng)階段。B、1965年著手反滲透的探索，1967年開始的全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)，大大促進(jìn)了我國(guó)膜科技的發(fā)展。70年代進(jìn)入開發(fā)階段。這時(shí)期，微濾、電滲析、反滲透和超濾等各種膜和組器件都相繼研究開發(fā)出來，C、80年代跨入了推廣應(yīng)用階段。80年代又是氣體分離和其他新膜開發(fā)階段。D、90年代后進(jìn)入高速發(fā)展及自主創(chuàng)新期。2001年立升公司PVC合金中空纖維超濾膜的研制成功是其中最具代表的事件之一。膜分離過程已成為解決當(dāng)代能源、資源和環(huán)境污染問題的重要高新技術(shù)及可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的基礎(chǔ)。編輯ppt7商業(yè)吸引力成本上可競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)上先進(jìn)無吸引力高表面水處理氣體處理水脫鹽人工胰空氣分離血

4、漿分離人工腎人工肝移植隔離中廢水處理食品工業(yè)生物工程化工控制藥物釋放超純水去內(nèi)毒素氯堿電解燃料電池隔膜人工皮膚低電池隔膜親合膜生物反應(yīng)器傳感器注：成熟過程；開發(fā)中過程；待開發(fā)過程各種膜過程的市場(chǎng)評(píng)估編輯ppt8編輯ppt9二、膜的定義二、膜的定義A A 歐洲膜協(xié)會(huì)歐洲膜協(xié)會(huì)19961996年定義：年定義： 1、膜是一種中介相，它把兩相分隔開來，并/或?qū)λ噜弮上嗟膫髻|(zhì)充當(dāng)主動(dòng)或被動(dòng)的障礙。 2、如果在一個(gè)流體相或兩個(gè)流體相之間，有一具有選擇透過性、化學(xué)構(gòu)成和相態(tài)穩(wěn)定的連續(xù)相物質(zhì)，那么這一連續(xù)相物質(zhì)就是膜。編輯ppt10B B 分離膜的定義：分離膜的定義： 兩相之間具有選擇性和滲透性的中間相，在

5、驅(qū)動(dòng)力如壓力差、濃度差、溫度差、電位差及其它能位差的推動(dòng)下，促進(jìn)或限制兩相之間的特定物質(zhì)的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體或液體的分離，這一中間相稱為膜。編輯ppt11 膜氣相 / 膜 / 氣相液相 / 膜 / 液相氣相 / 膜 / 液相 液相 / 膜 / 混合性溶液 液相 / 膜 / 非混合性溶液編輯ppt12三、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：三、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)： 膜分離過程是一個(gè)高效、環(huán)保的分離過程，它是多學(xué)科交叉的高新技術(shù)，它在物理、化學(xué)和生物性質(zhì)上可呈現(xiàn)出各種各樣的特性，具有較多的優(yōu)勢(shì)。 與傳統(tǒng)的分離技術(shù)如蒸餾、吸附、吸收、萃取、深冷分離等相比，膜分離技術(shù)具有以下特點(diǎn)。 高效的分離過程 低能耗 接近室溫的

6、工作溫度 品質(zhì)穩(wěn)定性好 連續(xù)化操作 靈活性強(qiáng) 純物理過程 環(huán)保 編輯ppt13四四、膜的分類、膜的分類A A 按材料分：按材料分： 有機(jī)膜（高分子聚合膜）， 無機(jī)膜（陶瓷膜、金屬不銹鋼膜、碳膜、玻璃膜）。編輯ppt14浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)：編輯ppt15A、無機(jī)膜：陶瓷膜、金屬膜、玻璃膜和碳膜陶瓷膜品牌：a、membraloxmembraflox b、aafloworelisatechschumacher c、久吾t(yī)amiPCI金屬膜品牌：AccuSep凱發(fā)玻璃膜與碳膜：PCI陶瓷膜的主要用途：生物制藥、油水分離并舉例金屬膜的主要用途：生物制藥、化工等陶瓷膜管元件 陶瓷膜的斷面結(jié)構(gòu) 一種陶瓷膜組件的裝

7、配圖 金屬膜編輯ppt16B B 按功能分：按功能分： 分離膜， 反應(yīng)膜。編輯ppt17C C 按分離過程分：按分離過程分： 微濾（MF） 超濾（UF） 納濾（NF） 反滲透（RO） 電滲析（ED） 氣體滲透（GP） 滲透汽化（PV）EDI原理圖編輯ppt18D D 按膜孔徑大小分：按膜孔徑大小分：微濾膜（0.0510m） 超濾膜 (0.050.002m) 納濾膜（0.0010.005m） 反滲透膜。（0.0001 0.001m）編輯ppt19編輯ppt20各種膜過程操作參數(shù)對(duì)比：編輯ppt21E E、按膜分離結(jié)構(gòu)分：對(duì)稱膜與不對(duì)稱膜、按膜分離結(jié)構(gòu)分：對(duì)稱膜與不對(duì)稱膜不對(duì)稱膜：不對(duì)稱膜：指膜的

8、化學(xué)結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)隨膜的部位而異，即各向異性膜。用高分子溶液鑄膜時(shí)，膜是由很薄的致密皮層和比皮層厚得多的由海綿狀或指狀微孔層構(gòu)成的支撐底層共同形成具有分離功能的高分子膜，在膜的厚度方向上呈現(xiàn)出不對(duì)稱性。用于反滲透和超濾的就是這種不對(duì)稱膜。在多孔支撐膜上涂布其他聚合物溶液，或用界面縮聚，或用等離子體聚合等方法在多孔膜表面形成均勻致密的薄膜，所構(gòu)成的復(fù)合膜也是非對(duì)稱膜。對(duì)稱膜：對(duì)稱膜：亦稱各向同性膜，膜的各部分具有相同的特性，其孔結(jié)構(gòu)不隨深度而變化的膜。膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率相似。（如電滲析中的離子交換膜、氣體分離膜和微孔膜）編輯ppt22F F、按膜元件

9、結(jié)構(gòu)分、按膜元件結(jié)構(gòu)分：纏繞式膜、平板式膜、管式膜、中空纖維膜、卷式膜編輯ppt23纏繞式膜（包括熔噴或燒結(jié)膜）：主要是用于超濾、納濾或反滲透膜的前置保安過濾，過濾精度一般是0.2微米以上。編輯ppt24平板膜：最原始的一種膜結(jié)構(gòu)，由于占地面積大，能耗高，逐步被市場(chǎng)所淘汰，主要用大顆粒物質(zhì)的分離。一般采用死端過濾方式，如注射液的灌裝，SDI測(cè)定儀用膜或?yàn)V袋等。SDI也稱為淤泥密度指數(shù)（fouling index），是表征反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)的重要指標(biāo)。是在規(guī)定時(shí)間內(nèi),孔徑為0.45m測(cè)試膜片被溶在被測(cè)試給水中的淤泥、膠體、黏土、硅膠體、鐵的氧化物、腐植質(zhì)等污染物堵塞的比率和污染程度。SDI=1-

10、T0/T1*100/T氧化還原電位ORP是表征水體中氧化性物質(zhì)和還原性物質(zhì)多少的一種參數(shù)。當(dāng)氧化還原電位呈正值時(shí)表示水體中含氧化性物質(zhì)，當(dāng)氧化還原電位呈負(fù)值時(shí)表示水體中含還原性物質(zhì)。編輯ppt25管式膜：包括無機(jī)管式膜、有機(jī)管式膜及有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜；主要用于解決高濃度、高粘度、高含固量以及高溫、高腐蝕性液體的分離過濾。管式膜組件的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制濃差極化，大范圍地調(diào)節(jié)料液的流速，膜生成污垢后容易清洗。其缺點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用都高，單位體積內(nèi)膜的比表面積較低。編輯ppt26中空纖維膜：由于裝填密度大，經(jīng)濟(jì)性好目前是微濾、超濾甚至反滲透元件的主要結(jié)構(gòu)形式。中空纖維膜又分為外壓膜和內(nèi)壓膜。中空纖維

11、超濾膜組件具有裝填密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。編輯ppt27立升內(nèi)壓膜 立升外壓膜編輯ppt28外壓膜與內(nèi)壓膜優(yōu)缺點(diǎn)比較：序號(hào)內(nèi)壓膜外壓膜1預(yù)處理100300微米預(yù)處理5001000微米2單面積膜通量高單面積膜通量低3斷絲后產(chǎn)水污染慢斷絲后產(chǎn)水污染快4進(jìn)料側(cè)光滑進(jìn)料側(cè)有死角5膜絲不易粘黏膜絲易粘黏6易清洗清洗相對(duì)難7反洗效果好反洗效果相對(duì)差8一般不氣擦洗可氣擦洗編輯ppt29Norit主要有XIGATM和AquaFlexTM兩個(gè)系列膜，膜絲材料為聚醚砜和聚乙烯吡咯酮共混材料外筒材料PVC。XIGA是諾芮物子公司X-FLOW生產(chǎn)的臥式內(nèi)壓式8寸10nm中空纖維膜，采用全流過濾操作方式；一般

12、操作TMP0.30.8bar；可在一個(gè)壓力容器內(nèi)串聯(lián)安裝四支元件；通量在60135L/m2.h，電耗在0.10.2KWh/m3；清洗PH：113；產(chǎn)水率8092%。要求進(jìn)水SS低于50ppm。每個(gè)組件長(zhǎng)1.5米，膜絲內(nèi)徑0.5或1.5mm，元件膜面積40m2。編輯ppt30AquaFlexTM AquaFlexTM 低濁度低濁度 超濾膜（立式）這種膜平均孔徑為1025nm，膜絲內(nèi)徑0.8或1.5mm，內(nèi)壓式；S225為35平方米，SXL225為40平方米，操作方式為全流/錯(cuò)流；進(jìn)料液中固體懸浮含量可達(dá)200ppm；不內(nèi)安裝于膜殼內(nèi)，是單獨(dú)立式安裝；AquaFlexTM AquaFlexTM 高

13、濁度 使用COMPACT管式組件，膜內(nèi)徑：5或8毫米；編輯ppt31卷式膜：可以理解為變形的平板膜，由于裝填密度高，容易標(biāo)準(zhǔn)化，因此成為現(xiàn)在膜元件的發(fā)展方向，主要用于納濾、反滲透及少部分的超濾如GE和KOCH的超濾膜。編輯ppt32編輯ppt33 國(guó)內(nèi)超濾膜品牌分析：國(guó)內(nèi)超濾膜品牌分析： 國(guó)內(nèi)中空纖維式（內(nèi)壓式）超濾膜市場(chǎng)的產(chǎn)品主要被美國(guó)科氏（PS）、荷蘭諾芮特（PES）、海德能（PES）、德國(guó)Inge（PES）、荷蘭INT（PES）、深圳立升（PVC）、得力滿/Aquasource（CA），大連歐科（PES）等品牌所主導(dǎo)。 國(guó)內(nèi)中空纖維式（外壓式）超濾膜市場(chǎng)主要被日本旭化成（PVDF）、西門

14、子/USFilter（PE/PD/PVDF）、日本東麗（PVDF）、歐美環(huán)境OMEXL/陶氏化學(xué)（PVDF）、深圳立升（PVC，PVDF）、天津膜天膜（PVDF）等品牌所主導(dǎo)。 卷式超濾膜市場(chǎng)的絕大分額主要被日東電工、美國(guó)科氏、GE所主導(dǎo)。 浸沒式超濾膜產(chǎn)品而言，國(guó)際以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要被加拿大澤能、日本三菱麗陽(yáng)、西門子、美國(guó)科氏、日本久保田、日本東麗等品牌所主導(dǎo)。 目前的市場(chǎng)格局是，以科氏為代表的幾個(gè)國(guó)外知名品牌占據(jù)了國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)，而中低端市場(chǎng)被國(guó)內(nèi)眾多超濾廠家所瓜分，其中的代表企業(yè)有歐美環(huán)境、天津膜天膜，海南立升、大連歐科、匯通源泉等企業(yè)。編輯ppt34設(shè)備類型主要工藝參數(shù)備 注澄清池1.83

15、2.07m/h去除濁度物質(zhì)，懸浮物和膠體多介質(zhì)過濾器地表水58m/h地下水710m/h精制石英沙和無煙煤；合理級(jí)配和填充高度；要求過濾精度優(yōu)于10mm軟化器1525m/h需高質(zhì)量再生劑，脫除硬度物質(zhì)活性炭過濾器1015m/h精制粒狀果殼活性炭，脫除有機(jī)物和游離氯超濾預(yù)處理工藝：編輯ppt35各種膜組件優(yōu)缺點(diǎn)比較：編輯ppt36反滲透原理圖：編輯ppt37反滲透發(fā)展史： 1748年 Nollet發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象。 1920年代Vant Hoff 和J.W.Gills 建立了稀溶液的完整理論。 1953年 美國(guó)的C.E.Reid發(fā)現(xiàn)醋酸纖維素類具有良好的半透性。 1960年 美國(guó)首次制成醋酸纖維素反滲

16、透膜（98.6%脫鹽率，10.1MPa下259L/d.m2，膜厚100微米）。 1970年 杜邦公司發(fā)明了芳香族聚酰胺中空纖維反滲透器。 1980年 全芳香族聚酰胺復(fù)合膜及其卷式元件問世。 1990年 中壓、低壓、及超低壓高脫鹽聚酰胺復(fù)合膜進(jìn)入市場(chǎng)，從而為反滲透技術(shù)的發(fā)展開辟了廣闊前景。 1998年 低污染膜研發(fā)成功，進(jìn)一步擴(kuò)大了反滲透的應(yīng)用范圍。編輯ppt38編輯ppt39編輯ppt40時(shí)代沃頓膜元件選擇原則:編輯ppt41時(shí)代沃頓RO膜元件的設(shè)計(jì)導(dǎo)則：編輯ppt42膜元件串聯(lián)數(shù)與系統(tǒng)回收率關(guān)系：前后兩段比值一般在4：33：1之間，一般在3：22：1之間常見，以2：1最多。編輯ppt43幾種

17、膜材質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：編輯ppt44五、膜的操作運(yùn)行方式： 錯(cuò)流過濾與全流過濾（死端過濾） 反沖洗與不反沖比較 化學(xué)清洗編輯ppt45Common filtration依靠濾餅層內(nèi)顆粒的架橋作用等機(jī)理操作方式：死端deadend,又稱垂直流crossflow filtration 依靠過濾介質(zhì)的孔隙篩分作用。操作方式：錯(cuò)流又稱切線流編輯ppt46膜滲透流率污染層厚度時(shí) 間料液透過液圖2-11 無流動(dòng)操作（并流過濾、靜態(tài)過濾、死端過濾）示意圖膜滲透流率污染層厚度時(shí) 間圖2-12 錯(cuò)流操作（動(dòng)態(tài)過濾、）示意圖料液濃縮液透過液編輯ppt47膜通量無反沖時(shí) 間料液濃縮液透過液 隨著過濾的進(jìn)行，膜的通量會(huì)

18、有所下降，其原因可能為孔堵塞、吸附、濃差極化或凝膠層的形成。此時(shí)，若能增強(qiáng)被截留組分離開膜向溶液本體的反向擴(kuò)散，必將使膜的通量得到提高。通常認(rèn)為所需的反向擴(kuò)散是建立在以下兩個(gè)基礎(chǔ)之上的首先是擴(kuò)散效應(yīng)，它由膜上被截留組分濃度的升高而引起，其次是液體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，它起因于膜上速度梯度而造成的剪應(yīng)力。這兩種效應(yīng)都起作用，但影響程度有所不同，而且與粒子或分子的大小密切相關(guān)。當(dāng)微粒尺寸大于0.1um時(shí)，微濾過程主要受液體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)支配，滲透通量將隨著粒子或分子尺寸的增加而增大。 有反沖平均通量平均通量起始通量終點(diǎn)通量超濾運(yùn)行通量與時(shí)間關(guān)系曲線圖編輯ppt48過濾液過濾液原料液濃縮液原料液原料液編輯ppt49化學(xué)清洗周期: 3 7天清洗時(shí)間: 2 h清洗劑: 酸性or