水處理課件賀第1章膜分離法

1、n第一節(jié)：電滲析第一節(jié)：電滲析n第二節(jié)：反滲透第二節(jié)：反滲透n其它膜分離法其它膜分離法 膜分離法膜分離法 利用利用特殊的薄膜特殊的薄膜對(duì)液體中的某些成分進(jìn)行對(duì)液體中的某些成分進(jìn)行選擇性透過選擇性透過。n滲透：滲透：溶劑溶劑透過膜的過程透過膜的過程n滲析：滲析：溶質(zhì)溶質(zhì)透過膜的過程透過膜的過程膜分離技術(shù)特點(diǎn)膜分離技術(shù)特點(diǎn)n分離過程不發(fā)生相變，能量轉(zhuǎn)化的效率高。分離過程不發(fā)生相變，能量轉(zhuǎn)化的效率高。n分離常溫下進(jìn)行分離常溫下進(jìn)行p特別適于對(duì)熱敏性物料，如對(duì)果汁、酶、藥物等的特別適于對(duì)熱敏性物料，如對(duì)果汁、酶、藥物等的分離、分級(jí)和濃縮。分離、分級(jí)和濃縮。 n裝置簡(jiǎn)單，操作容易，易控制、維修，分離效裝

2、置簡(jiǎn)單，操作容易，易控制、維修，分離效率高。率高。n占地面積小、適用范圍廣、處理效率高。占地面積小、適用范圍廣、處理效率高。 幾種主要膜分離法的特點(diǎn)幾種主要膜分離法的特點(diǎn) 在在直流電場(chǎng)直流電場(chǎng)的作用下，利用的作用下，利用陰、陽離子交換陰、陽離子交換膜膜對(duì)溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶對(duì)溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程u 陽膜陽膜只允許只允許陽離子陽離子通過通過u 陰膜陰膜只允許只允許陰離子陰離子通過通過 陽離子交換膜（陽膜）陽離子交換膜（陽膜）n膜體中帶有帶膜體中帶有帶負(fù)負(fù)電荷電荷的陽離子交換基團(tuán)的陽離子交換基團(tuán)p常

3、見基團(tuán)：常見基團(tuán)：磺酸基磺酸基( (SOSO3 3H)H)磷酸基磷酸基( (POPO3 3H H2 2) )膦酸基膦酸基( (OPOOPO3 3H)H)羧酸基羧酸基( (COOH)COOH)酚基酚基( (C C6 6H H4 4OHOH） n選擇性透過陽離子選擇性透過陽離子而而不讓陰離子透過不讓陰離子透過陰離子交換膜（陰膜）陰離子交換膜（陰膜）n膜體中含有帶膜體中含有帶正正電荷的堿電荷的堿性活性基團(tuán)性活性基團(tuán)p堿性活性基團(tuán)堿性活性基團(tuán)季胺基季胺基 N(CHN(CH3 3) )2 2OHOH伯胺基伯胺基( (NHNH2 2) )仲胺基仲胺基( (NHR)NHR)叔胺基叔胺基( (NRNR2 2)

4、 )n選擇性透過陰離子選擇性透過陰離子而不讓而不讓陽離子透過。陽離子透過。淡淡水水室室濃濃水水室室電滲析原理和過程電滲析原理和過程n電滲析電滲析主要過程主要過程：p離解離解：廢水中的電解：廢水中的電解質(zhì)在直流電場(chǎng)的作用質(zhì)在直流電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生陰、陽離子；下產(chǎn)生陰、陽離子；p離子遷移離子遷移p極室內(nèi)發(fā)生極室內(nèi)發(fā)生電極反應(yīng)電極反應(yīng)陽極：氧化反應(yīng)陽極：氧化反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)電滲析的其它電滲析的其它n 反離子的遷移反離子的遷移：少量陰離子透過陽膜，陽離子透過：少量陰離子透過陽膜，陽離子透過陰膜陰膜n 電解質(zhì)濃差擴(kuò)散電解質(zhì)濃差擴(kuò)散：由于膜兩側(cè)溶液濃度不同，在濃：由于膜兩側(cè)溶液濃度不同，在濃

5、度差作用下，電解質(zhì)由濃室向淡室擴(kuò)散度差作用下，電解質(zhì)由濃室向淡室擴(kuò)散n 水的滲透水的滲透：由于濃、淡水室存在濃度差，在水的滲：由于濃、淡水室存在濃度差，在水的滲透壓作用下，水由淡水室向濃水室滲透透壓作用下，水由淡水室向濃水室滲透n 水的電滲透水的電滲透：溶液中離子實(shí)際上都是以水合離子形：溶液中離子實(shí)際上都是以水合離子形式存在，在其電遷移過程中必然攜帶一定數(shù)量的水式存在，在其電遷移過程中必然攜帶一定數(shù)量的水分子遷移分子遷移n 水的壓滲水的壓滲：當(dāng)濃室和淡室存在著壓力差時(shí)，溶液由：當(dāng)濃室和淡室存在著壓力差時(shí)，溶液由壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)滲漏壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)滲漏n 水的電離水的電離：膜

6、淡水側(cè)發(fā)生電離，生成：膜淡水側(cè)發(fā)生電離，生成H H+ +和和OHOH- -離子離子電滲析器的基本結(jié)構(gòu)電滲析器的基本結(jié)構(gòu)n離子交換膜離子交換膜n隔板隔板n電極電極n夾緊裝置夾緊裝置電滲析法在廢水處理中的應(yīng)用電滲析法在廢水處理中的應(yīng)用n 海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水；海水濃縮制取食鹽海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水；海水濃縮制取食鹽n 與其他單元技術(shù)組合制取高純水。與其他單元技術(shù)組合制取高純水。n 在廢水處理中：在廢水處理中：p從廢水中分離污染物離子從廢水中分離污染物離子p利用復(fù)合膜中的極化反應(yīng)和極室中的電極反應(yīng)以產(chǎn)生利用復(fù)合膜中的極化反應(yīng)和極室中的電極反應(yīng)以產(chǎn)生H H+ +和和OHOH- -離子，從

7、廢水中制取酸和堿。離子，從廢水中制取酸和堿。p典型實(shí)例：典型實(shí)例：處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉從酸洗廢液中制取硫酸和沉積重金屬離子從酸洗廢液中制取硫酸和沉積重金屬離子從放射性廢水中分離放射性元素，然后將其濃縮液掩埋從放射性廢水中分離放射性元素，然后將其濃縮液掩埋處理電鍍廢水和廢液處理電鍍廢水和廢液滲透滲透Reverse Osmosis, ROciRT：滲透壓，Pa； c: 溶質(zhì)濃度，mol/m3; R：理想氣體常數(shù)，8.314J/mol Ki: 范特霍夫系數(shù)，

8、表示溶質(zhì)的離解狀態(tài)，其值1。當(dāng)溶質(zhì)完全離解時(shí)，i等于陰、陽離子總數(shù)，對(duì)非電解質(zhì)則i=1。e.g. e.g. 溫度為溫度為2525時(shí)，時(shí)，0.5mol/L0.5mol/L的的NaClNaCl溶液的滲透壓溶液的滲透壓: : Pa5108 .2450025273314. 82）（滲透壓滲透壓反滲透反滲透n在溶液一側(cè)在溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力施加大于滲透壓的壓力p p，則溶，則溶液中的水就會(huì)透過液中的水就會(huì)透過半透膜半透膜，流向淡水一側(cè)，流向淡水一側(cè)，使溶液濃度增加，這種作用稱為反滲透。使溶液濃度增加，這種作用稱為反滲透。 反滲透膜反滲透膜n具有不帶電荷的親水性基團(tuán)的膜具有不帶電荷的親水性基團(tuán)的膜

9、n性能：性能：p選擇性好，單位膜面積上透水量大選擇性好，單位膜面積上透水量大p機(jī)械強(qiáng)度好機(jī)械強(qiáng)度好p熱和化學(xué)的穩(wěn)定性好熱和化學(xué)的穩(wěn)定性好p結(jié)構(gòu)均勻一致結(jié)構(gòu)均勻一致n常見反滲透膜：常見反滲透膜：p醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜p芳香族聚酰胺膜。芳香族聚酰胺膜。醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜(CA膜膜)n乳白或淡黃色含水凝膠乳白或淡黃色含水凝膠n厚度：厚度：100 250mn由致密表皮層和多孔支撐層組成。由致密表皮層和多孔支撐層組成。醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜(CA膜膜)CA膜特性膜特性n 膜的方向性膜的方向性p不對(duì)稱膜不對(duì)稱膜p在進(jìn)行反滲透時(shí)，必須保持表皮層與待處理的廢水接觸在進(jìn)行反滲透時(shí)，必須保持表皮層與待

10、處理的廢水接觸n 選擇透過性選擇透過性：pCACA膜對(duì)無機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)構(gòu)具有選擇透過性膜對(duì)無機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)構(gòu)具有選擇透過性p離子價(jià)越高，或同價(jià)離子水合半徑越大，則脫除效果越好：離子價(jià)越高，或同價(jià)離子水合半徑越大，則脫除效果越好：BaBa2+2+ LiLi+ +NaNa+ +K K+ +；檸檬酸根酒石酸根；檸檬酸根酒石酸根SOSO4 42-2-CHCH3 3COOCOO- -ClCl- -BrBr- -NONO3 3- -I I- -SCNSCN- -。 n 壓密效率壓密效率p壓力作用下，外觀厚度一般減少壓力作用下，外觀厚度一般減少1/41/41/21/2，對(duì)溶質(zhì)的脫除，對(duì)溶質(zhì)的脫除率也相應(yīng)降低

11、率也相應(yīng)降低n 膜的水解作用和生物分解作用膜的水解作用和生物分解作用p易于水解，水解速率與易于水解，水解速率與PHPH值、水溫有關(guān)。值、水溫有關(guān)。 n 氫鍵理論氫鍵理論p水透過膜是由于水分子和膜的活化點(diǎn)水透過膜是由于水分子和膜的活化點(diǎn)形成氫鍵形成氫鍵及及斷開氫鍵斷開氫鍵p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，解離出來的水分子繼續(xù)和下一個(gè)活點(diǎn)上的結(jié)合水解離出來，解離出來的水分子繼續(xù)和下一個(gè)活化點(diǎn)締合，又解離出下一個(gè)結(jié)合水化點(diǎn)締合，又解離出下一個(gè)結(jié)合水p通過一連串的氫鍵形成通過一連串的氫鍵形成- -斷開過程，依

12、次從一個(gè)活化點(diǎn)轉(zhuǎn)移斷開過程，依次從一個(gè)活化點(diǎn)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)活化點(diǎn)，直至離開表皮層，進(jìn)入多孔層。到下一個(gè)活化點(diǎn)，直至離開表皮層，進(jìn)入多孔層。p膜的多孔層含大量的毛細(xì)管水，水分子便能暢通流出膜外。膜的多孔層含大量的毛細(xì)管水，水分子便能暢通流出膜外。n 優(yōu)先吸附優(yōu)先吸附pCACA膜有膜有選擇吸附水分子選擇吸附水分子而而排斥溶質(zhì)分子排斥溶質(zhì)分子的化學(xué)特性的化學(xué)特性p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)的純水分于層成一層不含溶質(zhì)的純水分于層p在外壓作用下，界面水層在膜孔內(nèi)產(chǎn)生毛細(xì)管流，連續(xù)地透在外壓作用下，界面水層在膜孔內(nèi)產(chǎn)

13、生毛細(xì)管流，連續(xù)地透過膜，溶質(zhì)則被膜截留下來。過膜，溶質(zhì)則被膜截留下來。整個(gè)裝置由若干多孔透水整個(gè)裝置由若干多孔透水板組成，多孔板的單側(cè)或雙板組成，多孔板的單側(cè)或雙側(cè)貼有反滲透膜。側(cè)貼有反滲透膜。結(jié)構(gòu)牢固，能承受高壓，結(jié)構(gòu)牢固，能承受高壓，占地面積不大；占地面積不大；液流狀態(tài)差，易造成濃差液流狀態(tài)差，易造成濃差極化，制造費(fèi)用高。極化，制造費(fèi)用高。反滲透裝置反滲透裝置n主要有板框式、管式、螺旋卷式、中空纖維式主要有板框式、管式、螺旋卷式、中空纖維式 把膜和支撐物均制成管狀，兩者裝在一起，再將一定數(shù)量的把膜和支撐物均制成管狀，兩者裝在一起，再將一定數(shù)量的管，以一定方式聯(lián)成一體而組成。管，以一定方式

14、聯(lián)成一體而組成。 水力條件好，適當(dāng)調(diào)節(jié)水流狀態(tài)可防止?jié)獠顦O化和膜污染，水力條件好，適當(dāng)調(diào)節(jié)水流狀態(tài)可防止?jié)獠顦O化和膜污染，能夠處理含懸浮固體的溶液。能夠處理含懸浮固體的溶液。單位體積中膜面積小，制造和安裝費(fèi)用較高。單位體積中膜面積小，制造和安裝費(fèi)用較高。 管式反滲透裝置管式反滲透裝置螺旋卷式裝置螺旋卷式裝置n膜堆密度大，結(jié)構(gòu)緊湊膜堆密度大，結(jié)構(gòu)緊湊n密封較困難，易堵塞，清洗不易密封較困難，易堵塞，清洗不易中空纖維膜是一種細(xì)如頭發(fā)的空心管外徑50100m，內(nèi)徑2542m，膜維密度極大不需要膜支撐材料，濃差極化可忽略裝置制作工藝技術(shù)較復(fù)雜，易堵塞，清洗不便，因而對(duì)進(jìn)水預(yù)處理要求高。 反滲透工藝流程

15、反滲透工藝流程n預(yù)處理預(yù)處理p物理法物理法: :沉淀、過濾、吸附、熱處理沉淀、過濾、吸附、熱處理p化學(xué)法化學(xué)法: :如氧化、還原、如氧化、還原、pHpH調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)p光化學(xué)法。光化學(xué)法。n膜分離膜分離n作為一種分離、濃縮和提純方法，常見流程有作為一種分離、濃縮和提純方法，常見流程有一級(jí)、一級(jí)多段、多級(jí)、循環(huán)等形式一級(jí)、一級(jí)多段、多級(jí)、循環(huán)等形式反滲透工藝流程反滲透工藝流程兩級(jí)反滲透工藝兩級(jí)反滲透工藝反滲透法的應(yīng)用反滲透法的應(yīng)用n海水和苦咸水的脫鹽海水和苦咸水的脫鹽n鍋爐給水和純水制備鍋爐給水和純水制備n廢水處理與再生廢水處理與再生n有用物質(zhì)的分離和濃縮等有用物質(zhì)的分離和濃縮等純凈水生產(chǎn)工藝純凈水生

16、產(chǎn)工藝RO在鍍鎳廢水處理中的應(yīng)用在鍍鎳廢水處理中的應(yīng)用中空纖維反滲透器處理電鍍廢水中空纖維反滲透器處理電鍍廢水其它廢水處理其它廢水處理n照相洗印廢水的處理：照相洗印廢水的處理： p底片沖洗水中含硫代硫酸鈉約底片沖洗水中含硫代硫酸鈉約5g/L5g/L，經(jīng)反滲透處理，經(jīng)反滲透處理，處理水中僅含處理水中僅含24mg/L24mg/L，濃縮液中達(dá)，濃縮液中達(dá)33.2g/L33.2g/Lp采用采用CACA膜，操作壓力為膜，操作壓力為2.8MPa2.8MPa，水回收率為，水回收率為9090，總鹽去除率為總鹽去除率為9494。 n造紙廢水的處理：造紙廢水的處理：p去除去除BOD70BOD708080，COD8

17、5COD859090，色度，色度96969898，Ca 96Ca 969797，水回用率，水回用率8080。第三節(jié)：其它膜分離法第三節(jié)：其它膜分離法n 超濾超濾p應(yīng)用孔徑為應(yīng)用孔徑為10-200的超過濾膜的超過濾膜p過濾含有大分子或微細(xì)離子的溶液過濾含有大分子或微細(xì)離子的溶液n 微濾微濾p應(yīng)用孔徑為應(yīng)用孔徑為0.02-10m的多孔膜的多孔膜n 氣體膜分離氣體膜分離p利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能 (即滲透速率即滲透速率)的不同的不同來實(shí)現(xiàn)分離來實(shí)現(xiàn)分離n 滲透汽化滲透汽化(滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā))p利用膜對(duì)液體混合物中組分的溶解和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)利用膜對(duì)液體混合物中組分的溶解和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)現(xiàn)其分離現(xiàn)其分離過程過程孔徑孔徑推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)制傳遞機(jī)制微濾微濾0.0210m壓力差壓力差105P