南昌大學(xué)本科生膜分離實(shí)驗(yàn)方案

1、膜分離實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠煌し蛛x工藝的原理、設(shè)備及流程。掌握RO、NF的適用范圍和對(duì)象。二、實(shí)驗(yàn)原理1.反滲透（RO）反滲透膜的孔徑在0.1-1nm之間。反滲透技術(shù)是利用高壓液體的高壓作用，克服滲透膜 的滲透壓，使溶液中水分子逆方向滲透過滲透膜到達(dá)離子濃度較低的一端，從而達(dá)到去除溶 液中大部分離子的目的。為了防止被截留下來的其他離子越積越多而堵塞RO膜，往往采用動(dòng)態(tài)的方法來進(jìn)行反 滲透，即在進(jìn)行反滲透的同時(shí)，利用一股液體流連續(xù)沖刷膜表面的截留物，以保持反滲透膜 表面始終具有良好的通透性。因此，反滲透設(shè)備的出水有兩股，一股為透過液（淡水）, 股為截留液（濃水）。實(shí)驗(yàn)采用NaCl、MgSO4溶

2、液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用在線電導(dǎo)儀測(cè)定進(jìn)水、“淡水”和“濃水”的電導(dǎo)率變化，表示反滲透膜的處理效果。圖1反滲透（RO）示意圖2.納濾（NF）納濾膜的孔徑范圍介于反滲透膜和超濾膜之間。納濾技術(shù)是從反滲透中派生出來的一種 膜分離技術(shù)，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支。一般認(rèn)為，納濾膜存在納米級(jí)的細(xì)孔， 可以截留95%的最小分子約為1nm的物質(zhì)。納濾膜的特點(diǎn)在于：較低的滲透壓和較高的膜通透性，因此，可以節(jié)能；通過納濾膜的 滲透作用，可以去除多價(jià)的離子，保留部分低價(jià)的對(duì)人體有益的礦物離子。為了防止被截留下來的其他離子越積越多而堵塞NF膜，同樣采用動(dòng)態(tài)的方法來進(jìn)行納 濾，即在進(jìn)行納濾的同時(shí)，利用一股液體流連續(xù)沖

3、刷膜表面的截留物，以保持納濾膜表面始 終具有良好的通透性。因此，納濾設(shè)備的出水也有兩股，一股為透過液（淡水），一股為截 留液（濃水）。實(shí)驗(yàn)采用NaCl、MgSO4溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用在線電導(dǎo)儀測(cè)定進(jìn)水、“淡水”和“濃水”的 電導(dǎo)率變化，表示納濾膜的處理效果。同時(shí)將納濾和反滲透對(duì)一價(jià)和二價(jià)離子的截留效果進(jìn) 行比較，可以知道納濾膜出水中保留了比反滲透出水中更多的有益礦物離子。下面是兩種膜材料的技術(shù)參數(shù)，供參考:名稱型號(hào)規(guī)格產(chǎn)地反滲透膜（RO）LP-40408.1m2/10.2T/天 濃水流量：占總流量 的 20-50%美國(guó)陶氏公司納濾膜（NF）ESNA1-40407.9m2/7.9T/天濃水流量：占總

4、流量的 20-50%美國(guó)海德能公司三、實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)備整套膜分離裝置的四個(gè)單元共同安裝在一個(gè)支架上，由微濾單元和反滲透單元組成設(shè)備 的1/2,超濾單元和納濾單元組成設(shè)備另外的1/2。271.出水箱2,進(jìn)水箱 3、4、6、9、13、15、21.調(diào)節(jié)閥5,增壓泵 7、10、16、22,壓力表 8.粗濾柱 11.微濾膜柱12、19、23.流量計(jì)14.反滲透高壓泵17、20、24,在線電導(dǎo)儀18.反滲透膜柱25.微濾出水26.反滲透淡水27.反滲透濃水圖2微濾和反滲透單元工藝流程圖1.出水箱 2.進(jìn)水箱 3、4、6、9、12、16、18、24,調(diào)節(jié)閥 5,增壓泵 7、10、13、19、25.壓力表 8.

5、粗濾柱 11.超濾膜柱14、15、22、26.流量計(jì)17.納濾高壓泵 20、23、27.在線電導(dǎo)儀21.納濾膜柱28.超濾濃水29.超濾淡水30.納濾濃水31.納濾淡水圖3超濾和納濾單元工藝流程圖四、實(shí)驗(yàn)方法熟悉設(shè)備根據(jù)上述的工藝流程圖結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，仔細(xì)了解設(shè)備的管路連接、流通方向、取 水樣的位置、各個(gè)閥門的控制功能、各個(gè)壓力表所指示的位置、電氣控制箱中各控制開關(guān)所 控制的對(duì)象、各顯示儀表所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)用水的準(zhǔn)備（1）去離子水的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)鹽液采用去離子水配制，去離子水由反滲透膜自制。進(jìn)行反滲透產(chǎn)水之前，必須將 水箱中（進(jìn)水箱、出水箱）的水放光，洗干凈。打開進(jìn)水箱、出水箱之間的連通閥門

6、，向水 箱中放滿自來水，調(diào)節(jié)膜進(jìn)口壓力0.7MPa左右，收集反滲透產(chǎn)品水。（2）反滲透實(shí)驗(yàn)用水的準(zhǔn)備500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去離子水配制。（3）納濾實(shí)驗(yàn)用水的準(zhǔn)備與反滲透一樣，500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去離子水 配制。實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）反滲透實(shí)驗(yàn)反滲透實(shí)驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)反滲透膜對(duì)離子的截留效果，可從在線電導(dǎo)儀上得到數(shù)據(jù)來了 解離子的截留情況。反滲透膜的淡水電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于濃水的電導(dǎo)率，濃水的電導(dǎo)率略大于進(jìn)水 的電導(dǎo)率。由于電導(dǎo)率近似正比于離子濃度，因此反滲透膜對(duì)離子的截留率計(jì)算可近似于：離子的截留率=進(jìn)

7、水電導(dǎo)率-淡水電導(dǎo)率進(jìn)水電導(dǎo)率100%由于進(jìn)行反滲透實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)水箱、出水箱之間是連通的，加之本實(shí)驗(yàn)設(shè)備的單位時(shí)間處 理量較大，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)的進(jìn)水量可以開得大一些。具體步驟如下：打開增壓泵的進(jìn)水閥4、出水閥6 （不要全開），高壓泵的進(jìn)水閥13、出水閥15 （不 要全開）以及反滲透濃水閥21（不要全開）。注意：這時(shí)的閥門9 一定要關(guān)閉。在電器箱上，首先打開反滲透增壓泵的電源，等反滲透濃水有水流出并完全排完空氣 （從濃水流量計(jì)觀察，水中無氣泡）后，開啟反滲透高壓泵的電源。這時(shí)，緩慢調(diào)節(jié)高壓泵的出水閥15和反滲透濃水閥21，使反滲透進(jìn)水壓力在0.8MPa （最高不得超過1.0MPa），濃 水流量在600

8、L/h左右，最后通過調(diào)節(jié)增壓泵出水閥6，使增壓泵的出水壓力在0.08MPa左 右。因?yàn)殚y門15和21的調(diào)節(jié)不易掌握、隨意調(diào)動(dòng)會(huì)引起總進(jìn)膜流量和壓力的變動(dòng)，所以在 上述兩閥門調(diào)節(jié)好的情況下，一般不再調(diào)節(jié)，這樣才能穩(wěn)定反滲透膜的進(jìn)水條件便于實(shí)驗(yàn)。正常運(yùn)行10min后，可直接讀出反滲透產(chǎn)水和濃水的流量、反滲透進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水 的電導(dǎo)值，它們的一組數(shù)據(jù)即可評(píng)價(jià)反滲透膜的除鹽性能。注意！因?yàn)檫@一系列可做微濾和反滲透兩種實(shí)驗(yàn)，首先要明確你要做哪種實(shí)驗(yàn)，然后 開啟相對(duì)應(yīng)支路上的閥門，關(guān)閉另一支路上的閥門，兩只閥門只能有一只處于開啟狀態(tài)。（2）納濾實(shí)驗(yàn)納濾實(shí)驗(yàn)的目的是檢測(cè)納濾膜對(duì)離子的截留作用，因此，可從在線

9、電導(dǎo)儀上得到的數(shù) 據(jù)來了解離子的截留情況。納濾膜的淡水電導(dǎo)率應(yīng)遠(yuǎn)低于進(jìn)水的電導(dǎo)率，濃水的電導(dǎo)率略大 小進(jìn)水的電導(dǎo)率。納濾膜對(duì)離子的截留率計(jì)算與上述反滲透實(shí)驗(yàn)的截留率計(jì)算一樣。通過NaCl和MgSO4兩種不同價(jià)態(tài)離子溶液的過濾實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)定反滲透和納濾兩種膜 對(duì)一價(jià)和二價(jià)離子的不同截留特性。由于進(jìn)行納濾實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)水箱、出水箱之間是連通的，加之本實(shí)驗(yàn)設(shè)備的單位時(shí)間處理 量較大，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)的進(jìn)水量可以開得大一些。具體步驟如下：打開增壓泵的進(jìn)水閥4、出水閥6 （不要全開），高壓泵的進(jìn)水閥16、出水閥18 （不 要全開）以及納濾濃水閥24 （不要全開）。注意：這時(shí)的閥門9 一定要關(guān)閉。在電器箱上，首先打

10、開納濾增壓泵的電源，等納濾濃水有水流出并完全排完空氣（從 濃水流量計(jì)觀察，水中無氣泡）后，開啟納濾高壓泵的電源。這時(shí)，緩慢調(diào)節(jié)高壓泵的出水 閥18和納濾濃水閥24，使納濾進(jìn)水壓力在0.8MPa （最高不得超過1.0MPa），濃水流量在 600L/h左右（納濾總流量盡量與反滲透實(shí)驗(yàn)總流量一致），最后通過調(diào)節(jié)增壓泵出水閥6， 使增壓泵的出水壓力在0.08MPa左右。因?yàn)殚y門18和24的調(diào)節(jié)不易掌握、隨意調(diào)動(dòng)會(huì)引起總進(jìn)膜流量和壓力的變動(dòng)，所以在上述兩閥門調(diào)節(jié)好的情況下，一般不再調(diào)節(jié)，這樣才能 穩(wěn)定納濾膜的進(jìn)水條件便于實(shí)驗(yàn)。正常運(yùn)行10min后，可直接讀出納濾產(chǎn)水和濃水的流量、納濾進(jìn)水、產(chǎn)水和濃水的電

11、 導(dǎo)值，它們的一組數(shù)據(jù)即可評(píng)價(jià)納濾膜的除鹽性能。注意！因?yàn)檫@一系列可做超濾和納濾兩種實(shí)驗(yàn)，首先要明確你要做哪種實(shí)驗(yàn)，然后開 啟相對(duì)應(yīng)支路上的閥門，關(guān)閉另一支路上的閥門，兩只閥門只能有一只處于開啟狀態(tài)。（3）膜清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)反滲透膜和納濾膜進(jìn)行清洗。反滲透膜的清洗方法為：先排空鹽液，向水箱中不斷加入自來水，同時(shí)將濃水移出水箱， 產(chǎn)水另外收集，循環(huán)清洗一段時(shí)間至原水電導(dǎo)下降至200p s.cm-1以下時(shí)，停止加入自來水， 并加入已收集的去離子水，同樣操作循環(huán)清洗至原水電導(dǎo)至10M s.cm-1左右，清洗過程遵循 低壓大流量的原則。若一段時(shí)間不使用反滲透膜，應(yīng)做好水封以防止其發(fā)霉長(zhǎng)菌。納濾膜的

12、清洗方法為：先排空鹽液，向水箱中不斷加入去離子水，同時(shí)將濃水移出水箱， 循環(huán)清洗至原水電導(dǎo)至10p s.cm-1左右，清洗過程遵循低壓大流量的原則。若一段時(shí)間不使 用納濾膜，應(yīng)做好水封以防止其發(fā)霉長(zhǎng)菌。五、數(shù)據(jù)記錄與處理記錄每組實(shí)驗(yàn)下的水溫、膜進(jìn)出口壓力、產(chǎn)水和濃水的流量，進(jìn)水、產(chǎn)水、濃水的電導(dǎo) 值，并計(jì)算淡水產(chǎn)率以及膜對(duì)鹽的截留率。跨膜壓差=進(jìn)口壓力+出口壓力2淡水流量進(jìn)水流量100%進(jìn)水流量=淡水流量+濃水流量項(xiàng)目溫度/C跨膜壓差 /MPa原水電 導(dǎo)/|J s.cm-1淡水電 導(dǎo)/|J s.cm-1原水 流量 /L.h-1淡水 流量 /L.h-1截留率/%淡水產(chǎn)率/%反滲透實(shí) 驗(yàn)NaCl溶液 （500mg/L）MgSO4溶液 （1000mg/L）微濾實(shí)驗(yàn)NaCl溶液 （500mg/L）MgSO4溶液