膜分離過程課件

第七章膜分離過程膜的應(yīng)用膜海水淡化工業(yè)廢水處理城市廢水資源化天然氣生物質(zhì)利用能源水資源傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境除塵CO2控制制藥食品化工與石化電子冶金燃料電池潔凈燃燒膜料液水小分子大分子滲透液定義：

具有選擇性分離的功能薄膜材料。

“21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色”“誰掌握了膜技術(shù)，誰就掌握了21世紀(jì)的未來”膜的簡介膜的發(fā)展歷史我國1958年開始研究離子交換膜和電滲析，1966年開始研究RO、UF、MF、液膜、氣體分離等膜分離過程應(yīng)用與開發(fā)研究。80年代后期又陸續(xù)開展了滲透汽化、膜萃取、膜蒸餾和膜反應(yīng)等新膜過程的研究，并著手進(jìn)行膜技術(shù)的推廣應(yīng)用工作。國內(nèi)主要的膜研究和推廣單位：1）氣體分離：大連化學(xué)物理研究所（天邦膜公司）2）液體分離：杭州水處理技術(shù)中心（西斗門公司）天津紡織工學(xué)院（膜天公司）3）無機(jī)膜：南京工業(yè)大學(xué)（久吾高科）中國科技大學(xué)膜的發(fā)展歷史膜的簡介特征：具有選擇性分離的功能薄膜材料，以及以其為核心的裝置、過程、工藝的集成與應(yīng)用濃縮液進(jìn)料液滲透液膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜多孔膜與致密膜：前者微濾膜、超濾膜、納濾膜，后者反滲透膜、滲透蒸發(fā)常見膜分離方法按分離粒子大小分類：透析（Dialysis，DS）微濾（Microfiltration，MF）超濾（Ultrafiltration，UF）納濾（Nanofiltration，NF）反滲透（Reverseosmosis，RO）電滲析（Electrodialysis，ED）滲透氣化（Pervaporation，PV）截留分子量：微濾0.02～10μm透析3000Dalton～幾萬Dalton超濾50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50萬Dalton納濾200～1000Dalton或1nm反滲透200Dalton膜元件

膜元件膜分離的形式——錯流過濾

終端過濾

污染嚴(yán)重錯流過濾污染輕膜過程的一些術(shù)語通量衰減系數(shù)m：由于過程的濃差極化、膜的壓密、膜污染等的影響，使得通量隨時間的變化膜過程的一些術(shù)語膜過程的一些術(shù)語推動力：

1）對多孔膜而言，在對流流動的情況下，傳質(zhì)推動力是膜兩側(cè)的壓力差。膜壓降：P1-P2，是由于流體流動引起的。2）對致密膜而言，推動力為膜兩側(cè)的化學(xué)勢之差。P1P2P3P＝（P1＋P2）/2－P3膜過程的一些術(shù)語濃差極化：在膜分離過程中，一部分溶質(zhì)被截留，在膜表面及靠近膜表面區(qū)域的濃度越來越高，造成從膜表面到本體溶液之間產(chǎn)生濃度梯度，這一現(xiàn)象稱為“濃差極化”。

123CfCm

Cp濃差膜層滲透側(cè)極化層極化層膜的用途濃縮：目的產(chǎn)物以低濃度形式存在，因此需要除去溶劑；（截留物為產(chǎn)物）純化：除去雜質(zhì)；分離：將混合物分成兩種或多種目的產(chǎn)物；反應(yīng)促進(jìn)：把化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)的產(chǎn)物連續(xù)取出，能提高反應(yīng)速率或提高產(chǎn)品質(zhì)量。膜的應(yīng)用膜技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用膜法海水淡化國家或地區(qū)沙特中國長海中國長島中國滄化設(shè)備能力m3/d568001000100018000原水含鹽量mg/L43700350003400013000能耗kwh/m3754.52.75產(chǎn)水成本RMB/m34.886.695.131.83反滲透淡化廠的能耗及產(chǎn)水成本幾種分離方法能耗比較膜法海水淡化嵊泗1000噸/日反滲透海水淡化裝置典型膜應(yīng)用過程－反滲透一般而言，無機(jī)鹽溶液的滲透壓很高，含1g/l氯化鈉的天然水，滲透壓為0.07MPa，含35g/l氯化鈉的海水，滲透壓為2.5MPa。反滲透是以壓力差為推動力的分離操作，其功能是截留離子物質(zhì)而僅透過溶劑。反滲透將料液分成兩部分：透過膜的是含溶質(zhì)很少的溶劑，稱為滲透液；未透過膜的液體，溶質(zhì)濃度增高，稱為濃縮液。典型膜應(yīng)用過程－反滲透原理

半透膜純水鹽水純水鹽水純水鹽水hPA、滲透B、滲透平衡C、反滲透滲透、平衡滲透、反滲透示意圖典型膜應(yīng)用過程－反滲透滲透與反滲透的區(qū)別：滲透是水通過半透膜，從低溶質(zhì)濃度一側(cè)到高溶質(zhì)濃度一側(cè)，直到兩側(cè)的水的化學(xué)位達(dá)到平衡。而反滲透是在推動力作用下，溶劑（水）從高溶質(zhì)濃度一側(cè)到低溶質(zhì)濃度一側(cè)，克服的是滲透壓。滲透壓的計算：理想水溶液滲透壓＝RTCsi典型膜應(yīng)用過程－反滲透分離機(jī)理數(shù)學(xué)模型S.Sourirajan提出了優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流動模型來解釋反滲透過程；溶解－擴(kuò)散模型：把膜看成均質(zhì)，都可通過，傳遞過程分為3步，根據(jù)溶劑和溶質(zhì)在膜中的溶解度不同而分離滲透通量公式Jw=Kw（⊿p－⊿

）Js=Ks（Cs－Cs’）脫鹽率例題膜組件

反滲透過程的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用性，取決于各種廉價的反滲透膜組件。組件必須滿足：1）機(jī)械強(qiáng)度：必須承受高壓，及周期性的減壓與膜清洗；2）水力性能好：組件設(shè)計必須使膜的污染和濃差極化最??；3）經(jīng)濟(jì)性：組件壽命必須長；4）制造費(fèi)用低，易于替換。典型膜應(yīng)用過程－反滲透典型膜應(yīng)用過程－反滲透反滲透膜分離性能六條規(guī)律：1、離子電荷越大，脫除越容易2、對于堿金屬的鹵化物3、不能脫除的鹽類4、低分子量非電解質(zhì)不易脫除5、有機(jī)物脫除順序6、分子量大于130的易脫除7、溫度升高滲透通量增大反滲透工藝1、一級一段連續(xù)式2、一級一段循環(huán)式3、一級多段連續(xù)式4、一級多段循環(huán)式5、多級式反滲透應(yīng)用反滲透工業(yè)應(yīng)用包括：海水和苦咸水脫鹽制飲用水；制備醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)中所需的超純水；用于處理重金屬廢水用于濃縮過程，不會破壞生物活性，不會改變風(fēng)味、香味。包括：食品工業(yè)中果汁、糖、咖啡的濃縮；電鍍和印染工業(yè)中廢水的濃縮；奶品工業(yè)中牛奶的濃縮。典型膜應(yīng)用過程－反滲透脫鹽裝置的共同單元：供給水吸入系統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)反滲透膜產(chǎn)品水后處理動力回收系統(tǒng)水源供水泵預(yù)處理系統(tǒng)高壓泵反滲透膜單元后處理系統(tǒng)分配汽提、消毒能量回收系統(tǒng)濃液排放典型脫鹽系統(tǒng)單元可降低能耗25～40％沖擊式水輪泵反轉(zhuǎn)泵典型膜應(yīng)用過程－反滲透海水氯氣FeClSO4陽離子聚電介質(zhì)攪拌槽絮凝槽重力過濾器活性炭過濾器氯氣0.5m筒式過濾器阻垢劑加酸（H2SO4）去膜組件海水淡化預(yù)處理系統(tǒng)0.5m筒式過濾器去膜組件深進(jìn)水加酸阻垢劑軟化水處理中的預(yù)處理典型膜應(yīng)用過程－反滲透反滲透過程已成功使用30多年，據(jù)統(tǒng)計，在全世界所有淡化過程生產(chǎn)11.5×106m3/d的飲用水中，反滲透占