礦業(yè)環(huán)境工程十

1、膜膜 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理 膜可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的和氣態(tài)的。膜可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的和氣態(tài)的。 膜可以是均相的或非均相的，對稱的或非對稱的。膜可以是均相的或非均相的，對稱的或非對稱的。 膜可以是帶電的或中性的，而帶電膜又可以是帶正膜可以是帶電的或中性的，而帶電膜又可以是帶正電或帶負電的，或二者兼而有之。電或帶負電的，或二者兼而有之。 膜可以是具有滲透性的，也可以是具有半滲透性的，膜可以是具有滲透性的，也可以是具有半滲透性的，但不能是完全不透過性的。但不能是完全不透過性的。 膜可以存在于兩流體之間，也可以附著于支撐體或膜可以存在于兩流體之間，也可以附著于支撐體或載體的微孔

2、隙上，膜厚度應比表面積小得多。載體的微孔隙上，膜厚度應比表面積小得多。 膜是將兩相分開的一薄層物質(zhì)。膜是將兩相分開的一薄層物質(zhì)。1、基本認識、基本認識膜分離法膜分離法 分離溶質(zhì)時一般叫滲析；分離溶劑時一般叫滲透。分離溶質(zhì)時一般叫滲析；分離溶劑時一般叫滲透。 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理 膜分離法可用于液相和氣相。膜分離法可用于液相和氣相。 對液相分離，可以用于水溶液體系、非水溶液體對液相分離，可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。 以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當膜兩側(cè)存在某、以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當膜兩側(cè)存

3、在某、種推動力（如壓力差、濃度差、電位差等）時，原料種推動力（如壓力差、濃度差、電位差等）時，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，達到分離、提純、富集或分側(cè)組分選擇性地透過膜，達到分離、提純、富集或分級目的的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。級目的的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。1、基本認識、基本認識膜分離法分類膜分離法分類 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理根據(jù)推動力的不同，膜分離主要有下列幾種：根據(jù)推動力的不同，膜分離主要有下列幾種： 濃度差：擴散滲析濃度差：擴散滲析 電位差：電滲析電位差：電滲析 壓力差：反滲透壓力差：反滲透 納濾納濾 超濾超濾 微濾微濾1、基本認識、基本認識 膜分離技術(shù)的特點膜分離技術(shù)的特點第八節(jié)第八節(jié)

4、 膜法處理膜法處理 （1）能耗較低。能耗較低。 膜分離過程不發(fā)生相變。膜分離過程不發(fā)生相變。 （2）在常溫下進行。在常溫下進行。因而特別適于對熱敏感的物質(zhì)，如對果汁、酶、藥品因而特別適于對熱敏感的物質(zhì)，如對果汁、酶、藥品 等的分離、分級、濃縮與富集過程。等的分離、分級、濃縮與富集過程。 （3）應用對象廣泛。應用對象廣泛。不僅適用于有機物和無機物，從病毒、細菌到微粒的廣不僅適用于有機物和無機物，從病毒、細菌到微粒的廣 泛分離，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如溶泛分離，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如溶 液中大分子與無機鹽的分離，一些共沸物或近沸點物系液中大分子與無機鹽的分離，一些共沸

5、物或近沸點物系 的分離等，而后者常規(guī)的蒸餾常常是無能為力的。的分離等，而后者常規(guī)的蒸餾常常是無能為力的。 （4）分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修，分離效率高。分離裝置簡單，操作容易且易控制，便于維修，分離效率高。 作為一種新型的水處理方法與常規(guī)水處理方法相比，具有占地面積小，處作為一種新型的水處理方法與常規(guī)水處理方法相比，具有占地面積小，處 理效率高等特點。理效率高等特點。1、基本認識、基本認識2 2、滲析、滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲析法原理滲析法原理濃差擴散濃差擴散2 2、滲析、滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲析方程滲析方程2 2、滲析、滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理

6、膜法處理滲析的應用滲析的應用 （1）人工腎）人工腎2 2、滲析、滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲析的應用滲析的應用（2）廢酸液的處理與回收）廢酸液的處理與回收 上海硅鋼片廠與中科院上海有機所及上海冶金設(shè)計院合作，首次成功地采上海硅鋼片廠與中科院上海有機所及上海冶金設(shè)計院合作，首次成功地采用了這種工藝，其具體工藝參數(shù)如下：用了這種工藝，其具體工藝參數(shù)如下： 廢酸成分廢酸成分 擴散液擴散液(滲析液滲析液)成分成分 H2S04 200220gL H2S04 140160gL FeSO4 180200gL FeSO4 不大于不大于10gL H2SO4回收率：回收率：7895，一般不小于，一般不小

7、于85 透酸速率透酸速率 ：不小于：不小于70gm2h 廢酸處理負荷廢酸處理負荷q0 ：不小于不小于0.44Lm2. h 2 2、滲析、滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲析的應用滲析的應用（2）廢酸液的處理與回收）廢酸液的處理與回收 分離后的分離后的FeSOFeSO4 4可以作為水處理混凝劑使用，也可以用隔膜電解法回可以作為水處理混凝劑使用，也可以用隔膜電解法回收鐵粉。收鐵粉。 該法的主要特點是在廢酸處理與回收中不消耗能源，而且回收的酸該法的主要特點是在廢酸處理與回收中不消耗能源，而且回收的酸還可以再返回酸洗工藝中使用，質(zhì)量符合生產(chǎn)要求，工藝簡單，操作方還可以再返回酸洗工藝中使用，質(zhì)量符合

8、生產(chǎn)要求，工藝簡單，操作方便，使用壽命長。便，使用壽命長。 我國使用最廣泛的滲析膜最初是強堿性陰離子交換膜我國使用最廣泛的滲析膜最初是強堿性陰離子交換膜S-203，現(xiàn)為現(xiàn)為聚偏氟乙烯均相膜聚偏氟乙烯均相膜F201，其使用壽命達其使用壽命達4年以上。由浙江寧波鎮(zhèn)海環(huán)保設(shè)年以上。由浙江寧波鎮(zhèn)海環(huán)保設(shè)備廠生產(chǎn)的各種規(guī)格擴散滲析器，已供應市場。日本產(chǎn)酸滲析膜有德山備廠生產(chǎn)的各種規(guī)格擴散滲析器，已供應市場。日本產(chǎn)酸滲析膜有德山曹達的曹達的DFM膜和旭硝子的膜和旭硝子的DMV膜。膜。3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電滲析法原理電滲析法原理 在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用陰、

9、陽離子交換膜在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，對溶液中的陰、陽離子的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。從而實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。 3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電滲析法原理電滲析法原理 電滲析過程是電滲析過程是電解和滲析擴散過程電解和滲析擴散過程的組合。的組合。 核心：離子交換核心：離子交換膜的選擇透過性膜的選擇透過性3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電滲析法原理電滲析法原理 3 3、電滲析、電滲析 第八

10、節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電滲析法原理電滲析法原理 離子交換膜的選擇透過機理：離子交換膜的選擇透過機理： 雙電層理論雙電層理論 唐南膜平衡理論唐南膜平衡理論3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電滲析法原理電滲析法原理 陰極：還原反應：陰極：還原反應：2H 2e H2 陰極室溶液呈堿性，陰極室溶液呈堿性，結(jié)垢結(jié)垢 陽極：氧化反應：陽極：氧化反應：4OH O22H2O 4e 或或 2Cl-Cl2+2e 陽極室溶液呈酸性，陽極室溶液呈酸性，腐蝕腐蝕 特點：特點：只能將電解質(zhì)從溶液中分離出去。不能去除有機物等。只能將電解質(zhì)從溶液中分離出去。不能去除有機物等。3 3、電滲析、電滲析 第

11、八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理離子交換膜離子交換膜 按其結(jié)構(gòu)分為：按其結(jié)構(gòu)分為：異相膜、均相膜。 異相膜：異相膜：離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網(wǎng)上。 均相膜：均相膜：離子交換樹脂的母體材料制成連續(xù)的膜狀物，作為底 膜，然后在上面嵌接上活性基團。按離子選擇性分：按離子選擇性分： 陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：RSO3H，在水中電離，在水中電離 后，呈負電性后，呈負電性 陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：RCH2 N（CH3）3OH，電離，電離 后，呈正電性后，呈正電性 3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié)

12、膜法處理膜法處理電流效率與極限電流密度電流效率與極限電流密度電流效率電流效率 實際去除的鹽量實際去除的鹽量m1/理論去除量理論去除量m2 100% m1q(C1-C2) t MB /1000 q：一個淡室的出水量：一個淡室的出水量, L/s C1、C2：進、出水含鹽量：進、出水含鹽量, mmol/L t：通電時間：通電時間, s MB：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 依據(jù)法拉第定律：依據(jù)法拉第定律：m2=I t MB/F F：法拉第常數(shù)：法拉第常數(shù) I：電流強度，：電流強度，A3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電流效率與極限電流密度電流效率與極限電流密度極限電流密度極限電流

13、密度 如果電流密度過大如果電流密度過大發(fā)生濃差極化現(xiàn)象發(fā)生濃差極化現(xiàn)象 電流傳導靠電流傳導靠Na+ 和和Cl- 電流總量電流總量Cl-電量電量+Na+電量電量 Cl-電遷移數(shù)（總電量中所占比例）電遷移數(shù)（總電量中所占比例）0.5 Na+電遷移數(shù)（總電量中所占比例）電遷移數(shù)（總電量中所占比例）0.5 但在陰膜中，由于鈉離子不能通過，氯離子的遷移數(shù)為但在陰膜中，由于鈉離子不能通過，氯離子的遷移數(shù)為1，為此補充，為此補充此差需要動用邊界層中的氯離子，致使邊界層與主流層之間存在濃度差。此差需要動用邊界層中的氯離子，致使邊界層與主流層之間存在濃度差。 當電流密度當電流密度i過大時，過大時，C趨于趨于0，

14、水分子開始電離，參加遷移，此時發(fā)，水分子開始電離，參加遷移，此時發(fā)生濃差極化現(xiàn)象生濃差極化現(xiàn)象極限電流密度極限電流密度3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理電流效率與極限電流密度電流效率與極限電流密度極限電流密度極限電流密度極限電流密度的確定：電壓極限電流密度的確定：電壓-電流法電流法極化與結(jié)垢：極化與結(jié)垢： 極化現(xiàn)象主要發(fā)生在陽膜的淡室一側(cè)，沉淀主要發(fā)生在陰膜濃室一側(cè)。 防止措施：1）極限電流法，在極限電流的7090下運行；2）倒換電極；3）定期酸洗3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理應用應用（1）除鹽）除鹽 電滲析水處理技術(shù)，一般作為制取除鹽水或作為制備純

15、水及高純水的前處理電滲析水處理技術(shù)，一般作為制取除鹽水或作為制備純水及高純水的前處理(或稱預處理或稱預處理)較為經(jīng)濟。較為經(jīng)濟。直接制取純水和高純水不經(jīng)濟的，但用填充床電滲析，則可直接制取高純水。直接制取純水和高純水不經(jīng)濟的，但用填充床電滲析，則可直接制取高純水。 電滲析目前用于水處理的除鹽范圍在各國不盡相同：電滲析目前用于水處理的除鹽范圍在各國不盡相同： 美國美國 原水含鹽量在原水含鹽量在2005000mg/L； 日本日本 原水含鹽量在原水含鹽量在50010000 mg/L，10008000 mg/L最經(jīng)濟；最經(jīng)濟； 前蘇聯(lián)前蘇聯(lián) 原水含鹽量在原水含鹽量在30008000 mg/L 最合適；

16、最合適； 我國我國 另外，原水在進入電滲析之前，還要進行過濾，以除去水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)，除鐵、錳及另外，原水在進入電滲析之前，還要進行過濾，以除去水中的懸浮物和膠體雜質(zhì)，除鐵、錳及有機物等，以保證電滲析水處理過程能穩(wěn)定運行。有機物等，以保證電滲析水處理過程能穩(wěn)定運行。3 3、電滲析、電滲析 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理例：例： 堿法及硫酸鹽法造紙黑液堿法及硫酸鹽法造紙黑液 電滲析法治理技術(shù)電滲析法治理技術(shù)（我國東北某廠）（我國東北某廠） 在電滲析器中黑液的處理可達到三個目的： 從陰極室得到了純凈的火堿，從陰極室得到了純凈的火堿， 在陽極室在陽極室OH放電產(chǎn)生放電產(chǎn)生O2和和H，能氧化降低

17、能氧化降低COD，又能降低又能降低pH值。值。 經(jīng)電滲析回收堿以后的黑液：無機物回收為有用的經(jīng)電滲析回收堿以后的黑液：無機物回收為有用的NaOH， 有機物同時被氧化成代有有機物同時被氧化成代有C00H的化合物，的化合物， pH從從14以上降到以上降到6左右，左右， Na2Si03脫水變成脫水變成SiO2沉淀到槽底。沉淀到槽底。 此時，將黑液的有機物用絮凝劑進行絮凝，提取木質(zhì)素有機肥料(腐質(zhì)酸含量50以上)，數(shù)量可達到lt 肥/1t 紙。 黑液中的木素有機物，還可提取木鈣水泥減水劑。 經(jīng)上述處理的廢水，為微黃色透明，而COD、pH、懸浮物均已達到國家排放標準。應用應用（2）廢水處理）廢水處理4

18、4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲透壓和反滲透原理滲透壓和反滲透原理4 4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理 在濃液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自在濃液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑然滲透方向，把濃溶液中的溶劑( (水水) )壓到半透膜的另一壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這種和自然界正常滲透過程相反的滲透，邊稀溶液中，這種和自然界正常滲透過程相反的滲透，稱為反滲透。稱為反滲透。滲透壓和反滲透原理滲透壓和反滲透原理4 4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理滲透壓滲透壓： 當用一張半透膜將純水和鹽水分開，純水會透

19、過半透膜向鹽水擴散，使鹽水側(cè)溶液水面升高，直到動態(tài)平衡。滲透的推動力就是滲透壓，這是正滲透。 任何溶液都存在滲透壓 ，只是一般沒表現(xiàn)出來。 = i R T C i：范特霍爾系數(shù) C：溶液的濃度 當在鹽水側(cè)施加壓力P，反滲透。一般壓力在幾十公斤一般壓力在幾十公斤。滲透壓和反滲透原理滲透壓和反滲透原理4 4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理反滲透膜反滲透膜性能指標 脫鹽率（C0C）/C0100，一般高達90以上。 透水率（L/m2.d） 膜種類： 醋酸纖維素膜（CA） 芳香族聚酰胺膜 結(jié)構(gòu)： 表皮層、過渡層、多孔支撐層4 4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理反滲透膜反滲透膜反滲透機理： 尚不十分清楚。 選擇性吸附毛細管流機理選擇性吸附毛細管流機理：由于膜表面的親水性，優(yōu)先吸附水分子而排斥鹽分子，因此在膜表皮層形成兩個水分子（1nm）的純水層，施加壓力，純水層的分子不斷通過毛細管流過反滲透膜?？刂票砥拥目讖椒浅Ｖ匾?，影響脫鹽效果和透水性，一般為純水層厚度的一倍時，稱為膜的臨界孔徑，可達到理想的脫鹽和透水效果。4 4、反滲透、反滲透 第八節(jié)第八節(jié) 膜法處理膜法處理應應 用用4 4、反滲透、反