反滲透納濾精品課件

1、反滲透納濾第1頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二 膜分離技術膜分離：在20世紀初出現(xiàn)，20世紀60年代后迅速崛起的一門分離新技術，是根據(jù)生物膜對物質選擇性通透的原理所設計的一種對包含不同組分的混合樣品進行分離的方法。分離中使用的膜是根據(jù)需要設計合成的高分子聚合物，分離的混合樣品可以是液體或氣體。膜分離技術由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征。主要的膜分離技術：包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、透析（DA）、電滲析（ED）、電脫鹽（EDI）、滲透汽化（PV）、膜萃?。∕E）、膜蒸餾（M

2、D）、液膜技術（LM）和氣體分離（GS）等下面主要介紹反滲透和納濾技術第2頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二一、反滲透反滲透又稱逆滲透，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和自然滲透的方向相反，故稱反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓，就可以使大于滲透壓的反滲透達到分離、提取、純化和濃縮的目的。反滲透的原理第3頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二反滲透過程應用 反滲透是最精密的膜法液體分離技術，它能阻擋所有溶解性鹽及分子量大于 100 的有機物，但允許水分子透過。醋酸纖維素反滲透膜脫鹽率一般可大于 95%，反滲透復合膜脫鹽率一般大于

3、98%。 反滲透技術廣泛用于海水及苦咸水淡化，鍋爐給水、工業(yè)純水及電子級超純水制備，飲用純凈水生產，廢水處理及特種分離等過程，在離子交換前使用反滲透可大幅度地降低操作費用和廢水排放量。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二反滲透膜分離技術具有以下特點：1.在常溫不發(fā)生相變化的條件下，可以對溶質和水進行分離，適用于對熱敏感物質的分離、濃縮，并且與有相變化的分離方法相比，能耗較低；2.雜質去除范圍廣，不僅可以去除溶解的無機鹽類，而且還可以去除各類有機物雜質；3.脫鹽率高；4.由于只是利用壓力作為膜分離的推動力，因此分離裝置簡單，易操作、控制和維護；第5頁，共24頁，2022年，

4、5月20日，4點5分，星期二反滲透的脫鹽機理 反滲透主要應用于脫除水中的鹽分，其脫鹽機理到目前還沒有一個公認的統(tǒng)一解釋，目前存在兩種主要理論：優(yōu)先吸附毛細孔流模型和溶解擴散模型。 優(yōu)先吸附毛細孔流理論認為水分子在膜表面形成純水層，而膜上存在非常細小的孔，純水可以通過這些孔透過膜；而溶解擴散理論認為水分子可以通過膜中的分子節(jié)點擴散到另一側。 這兩個理論都認為水分子在固液界面上被優(yōu)先吸附并通過，相反鹽類和其他的物質被截留。水與膜表面之間有弱的化學結合力，使得水能夠在膜的結構中擴散。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二反滲透膜材質： 醋酸纖維膜（CA膜） 芳香聚酰胺膜（PA膜）

5、 復合膜 無機膜第7頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二醋酸纖維素類膜的優(yōu)點是制作比較容易，價廉，耐游離氯，膜表面光潔，不易結垢或污染等；缺點是應用PH范圍窄，易水解、操作壓力偏高，性能衰減較快等；芳香族聚酰胺類復合膜的優(yōu)點是脫鹽率高通量大，應用PH范圍寬，耐生物降解、操作壓力要求低等；缺點是不耐氧化，氧化后性能急劇衰減，抗結垢和污染能力差等第8頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二反滲透膜的結構第9頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二反滲透膜元件反滲透膜元件包括板框式、管式、卷式、中空纖維式；其中板框式裝置比較笨重，單位體積內膜面積較小，且

6、對膜的強度要求較高；管式傳質效果好，清洗方便，但單位體積內膜面積較小膜管連接件多，安裝較復雜；卷式單位體積內有效膜面積大，膜表面流動狀態(tài)好結構緊湊，占地面積少膜強度高，膜破壞后要更換新的膜元件，清洗不方便；中空纖維式單位體積內有效膜面積最大，工作效率最大，占地最小膜無須支撐裝置空心纖維細，水透過時阻力損失較大，膜清洗較困難，只能用水力與化學清洗中空纖維破壞后無法修補。可以分為外壓式、內壓式第10頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二二、納濾納濾：最早被稱為疏松反滲透，納濾是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，以壓力差為推動力，介于反滲透和超濾之間的截留水中粒徑為納米級顆粒物的一種

7、膜分離技術。它因能截留物質的大小約為 1 納米（0.001 微米）而得名，它截留有機物的分子量大約為 200400 左右，截留溶解性鹽的能力為 2098%之間，對單價陰離子鹽溶液的脫除率低于高價陰離子鹽溶液，如氯化鈉及氯化鈣的脫除率為 2080%，而硫酸鎂及硫酸鈉的脫除率為 9098%。 納濾膜一般用于去除地表水的有機物和色度，脫除井水的硬度及放射性鐳，部分去除溶解性鹽，濃縮食品以及分離藥品中的有用物質等。第11頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二納濾基本原理納濾與反滲透沒有明顯的界限。納濾膜對溶解性鹽或溶質不是完美的阻擋層，這些溶質透過納濾膜的高低取決于鹽份或溶質及納濾膜的

8、種類，透過率越低，納濾膜兩側的滲透壓就越高，也就越接近反滲透過程，相反，如果透過率越高，納濾膜兩側的滲透壓就越低，滲透壓對納濾過程的影響就越小。第12頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二納濾的特點它有兩個顯著特征：一個是其截留分子量介于RO和UF之間，為2002 000，因而推測NF的表面分離層可能有1nm左右的微孔結構，即具有納米級孔徑；另一個是NF膜對無機鹽有一定的截留率，因為它的表面分離層由聚電解質所構成（大多是復合型膜），對離子有靜電相互作用。受膜與離子間Donnan效應的影響，NF膜對不同價態(tài)的離子截留能力不同。 對于陰離子，截留率為NO3-Cl-OH-SO42-C

9、O32- 對于陽離子，截留率為H+Na+Ca2+Mg2+第13頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二納濾膜材質 纖維素類 聚酰胺類 聚砜類（聚砜、聚醚砜、磺化聚砜等） 聚酯類第14頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二納濾膜元件同反滲透膜元件一樣，納濾膜元件主要有4種形式：卷式（最常見，主要用于脫鹽及超純水的制備）中空纖維式（水的軟化）板框式（處理粘度較大的料液）管式（處理含懸浮物、高粘度的料液）第15頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二納濾的應用1、水處理方面的應用：納濾膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成分、三鹵甲烷中間體（致癌物的一

10、種前驅物）、異味、色度、農藥、可溶性有機物及蒸發(fā)殘留物質，并在低壓下實現(xiàn)水的軟化及脫鹽。2、在食品加工方面的應用：乳品加工，果汁濃縮，酵母生產，低聚糖的精制和分離等3、在染料工業(yè)中的應用：膜分離技術在染料脫鹽、純化、濃縮等方面的應用發(fā)展很快，對改善商品染料品質作用顯著，并能降低能耗?？捎糜谔岣吒黝惾玖?，如酸性染料、活性染料、直接染料等的純度，制備性能更優(yōu)良的液體染料和固體染料。4、在醫(yī)藥方面的應用：抗生素的生產，維生素B12的回收 ，多肽的濃縮與分離，中成藥的生產；5、廢水處理中的應用:造紙廢水的處理，紡織工業(yè)廢水的處理，電鍍廢水的處理，化學工業(yè)廢水的處理等。第16頁，共24頁，2022年，5

11、月20日，4點5分，星期二三、反滲透和納濾的過程 根據(jù)反滲透和納濾原理可知，滲透和反滲透及納濾必須與具有允許溶劑(水分子)透過的半透膜(反滲透膜或納濾膜)聯(lián)系在一起才有意義，才會出現(xiàn)滲透現(xiàn)象和反滲透或納濾操作。 反滲透膜：允許溶劑分子透過而不允許溶質分子透過的一種功能性的半透膜稱為反滲透膜； 納濾膜：允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性的半透膜稱為納濾膜； 膜元件：將反滲透或納濾膜膜片與進水流道網格、產水流道材料、產水中心管和抗應力器等用膠粘劑等組裝在一起，能實現(xiàn)進水與產水分開的反滲透或納濾過程的最小單元稱為膜元件； 膜組件：膜元件安裝在受壓力的壓力容器外殼內構成膜組件；

12、膜裝置：由膜組件、儀表、管道、閥門、高壓泵、保安濾器、就地控制盤柜和機架組成的可獨立運行的成套單元膜設備稱為膜裝置，反滲透和納濾過程通過該膜裝置來實現(xiàn)； 膜系統(tǒng)：針對特定水源條件和產水要求設計的，由預處理、加藥裝置、增壓泵、水箱、膜裝置和電氣儀表連鎖控制的完整膜法水處理工藝過程稱為系統(tǒng)。第17頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二影響反滲透和納濾膜性能的因素產水通量和脫除率是反滲透和納濾過程中的關鍵參數(shù)，針對特定系統(tǒng)條件，水通量和脫除率是膜的本征特性，而膜系統(tǒng)的水通量和脫除率則主要受壓力、溫度、回收率、進水含鹽量等影響。第18頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期

13、二回收率： 指膜系統(tǒng)中給水轉化成為產水或透過液的百分率。膜系統(tǒng)的設計是基于預設的進水水質而定的，設置在濃水管道上的濃水閥可以調節(jié)并設定回收率?；厥章食３ＯＭ畲蠡员惬@得最大的產水量，但是應該以膜系統(tǒng)內不會因鹽類等雜質的過飽和發(fā)生沉淀為它的極限值。 脫鹽率： 通過反滲透膜從系統(tǒng)進水中除去總可溶性的雜質濃度的百分率，或通過納濾膜脫除特定組份如二價離子或有機物的百分數(shù)。 透鹽率： 脫鹽率的相反值，它是進水中溶解性的雜質成份透過膜的百分率。 滲透液： 經過膜系統(tǒng)產生的凈化產水。 流 量： 流量是指進入膜元件的進水流率，常以每小時立方米（m3/h）或每分鐘加侖表示（gpm）。濃水流量是指離開膜元件系統(tǒng)

14、的未透過膜的那部分的“進水”流量。這部分濃水含有從原水水源帶入的可溶性的組份，常以每小時立方米（m3/h）或每分鐘加侖表示（gpm）。 通 量： 以單位膜面積透過液的流率，通常以每小時每平方米升（l/m2h）或每天每平方英尺加侖表示（gfd）。 稀溶液： 凈化后的水溶液，為反滲透或納濾系統(tǒng)的產水。 濃溶液： 未透過膜的那部分溶液，如反滲透或納濾系統(tǒng)的濃縮水。第19頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二壓力的影響透過膜的水通量增加與進水壓力的增加存在直線關系，增加進水壓力也增加了脫鹽率，但是兩者間的變化關系沒有線性關系，而且達到一定程度后脫鹽率將不再增加。第20頁，共24頁，20

15、22年，5月20日，4點5分，星期二溫度的影響膜系統(tǒng)產水電導對進水溫度的變化非常敏感，隨著水溫的增加，水通量幾乎線性地增大，這主要歸功于透過膜的水分子的粘度下降、擴散能力增加。增加水溫會導致脫鹽率降低或透鹽率增加，這主要是因為鹽分透過膜的擴散速率會因溫度的提高而加快所致。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，4點5分，星期二鹽濃度的影響滲透壓是水中所含鹽分或有機物濃度和種類的函數(shù)，鹽濃度增加，滲透壓也增加，因此需要逆轉自然滲透流動方向的進水驅動壓力大小主要取決于進水中的含鹽量。如果壓力保持恒定，含鹽量越高，通量就越低，滲透壓的增加抵銷了進水推動力水通量降低，增加了透過膜的鹽通量（降低了脫鹽率）第22頁，共24頁，2022年，5月20日，