第二章反滲透與正滲透

基本概念微濾、超濾、納濾與反滲透都是以壓力差（也稱跨膜壓差）為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，當(dāng)膜兩側(cè)施加一定的壓差時(shí)，可使一部分溶劑及小于膜孔徑的組分透過膜，而微粒、大分子、鹽等被膜截留下來，從而達(dá)到分離的目的。主要區(qū)別：被分離物粒子或分子的大小和所采用的膜的結(jié)構(gòu)和性能。微濾>0.1um納濾截留相對分子質(zhì)量150-1000無機(jī)鹽（NaCl等）懸浮固體大分子有機(jī)物，蛋白質(zhì)，多肽小分子有機(jī)物、染料和重金屬離子等反滲透-氯化鈉截留率>99%1目前一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)1正滲透與反滲透滲透、反滲透與正滲透讓溶劑通過而不讓溶質(zhì)通過的膜，稱為理想半透膜。(a)C1=C2,p1=p2

π1=π2，μ1=μ2

(b)C1>C2,p1=p2

π1>π2,μ1<μ2

(c)C1>C2,p1>p2π1>π2,μ1=μ2,Δp=Δπ

(d)C1>C2,p1>p2π1>π2,μ1>μ2,Δp>Δπ2目前二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)滲透壓與最大溶質(zhì)重量分?jǐn)?shù)的關(guān)系13.8MPa

6.9MPa

3.5MPa

0.69MPa溶質(zhì)重量分率溶質(zhì)分子量3目前三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)幾種化合物在水溶液中的濃度與滲透壓的關(guān)系

各化合物在水中的濃度，%(w/w)滲透壓

MPa35282114701、2、3、4、5、6、7、8氯化鋰、氯化鈉、乙醇、乙二醇、硫酸鎂、硫酸鋅、果糖、蔗糖

4目前四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)各種滲透壓計(jì)算方程式中，B為常數(shù),Xs為溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)；C為溶質(zhì)的摩爾濃度5目前五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)各種溶質(zhì)-水體系的反滲透B值6目前六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)世界上較大的反滲透海水淡化廠：

（3）設(shè)在美國科羅拉多河岸，淡水產(chǎn)量38km3/d，1980年建成。

（1）水源來自紅海，設(shè)在沙特阿拉伯的吉達(dá)市，淡水產(chǎn)量56.8km3/d，1989年開工以來運(yùn)轉(zhuǎn)良好。由日本三菱重工和東洋紡織承建。

（2）設(shè)在日本鹿島，淡水產(chǎn)量32kt/d。反滲透7目前七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)醋酸纖維素膜芳香族聚酰胺膜制作較容易，價(jià)廉，耐游離氯，膜表面光潔，不易結(jié)垢和污染脫鹽率高，通量大，pH范圍寬，耐生物降解，操作壓力要求低pH范圍窄，易水解，操作壓力要求偏高，性能衰減較快不耐氧化，氧化后性能急劇衰減，抗結(jié)垢和污染能力差反滲透膜基本概念8目前八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透膜的分類膜片（平板狀）中空纖維狀板式反滲透膜組件卷式反滲透膜組件管狀管式反滲透膜組件中空纖維式膜組件膜外形9目前九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)10目前十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)基本原理反滲透：是借助于半透膜對溶液中溶質(zhì)的截留作用，在高于溶液滲透壓的壓差推動(dòng)力下，使溶劑滲透通過半透膜而實(shí)現(xiàn)對液體混合物進(jìn)行分離的膜過程。溶液中化學(xué)位11目前十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透基本機(jī)理及模型（1）優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理1950年，Sourirajan在Gibbs吸附方程基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理，為反滲透膜的研制和制作過程的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，而后又按此機(jī)理發(fā)展為定量表達(dá)式，及表面力-孔流動(dòng)模型。溶質(zhì)通量滲透系數(shù)12目前十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理示意圖溶劑：H2O溶質(zhì)：NaCl膜表面選擇吸附水優(yōu)先吸附水滲透通過膜孔脫鹽13目前十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透過程的滲透系數(shù)若膜已確定，則在一定的壓力下，與料液的濃度和流速無關(guān)，隨溫度升高而增加；當(dāng)膜的平均孔徑很小時(shí)，在很寬的壓力范圍內(nèi)，幾乎是個(gè)常量，當(dāng)膜的孔徑較大時(shí)，則隨壓力增加而趨于降低。14目前十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)滲透系數(shù)的物理意義

是三個(gè)具有重要意義的物理量的組合，在反滲透設(shè)計(jì)中，不必知道其中每個(gè)數(shù)值，只需知道其總值即可。

15目前十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)

的值可通過選擇適當(dāng)?shù)膮⒖既苜|(zhì)來預(yù)測。如：氯化鈉是醋酸纖維膜的參考溶質(zhì)；甘油、葡萄糖可作為芳香聚酰胺膜的參考溶質(zhì)。16目前十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)（2）Kedem-Katchalsky不可逆熱力學(xué)模型。方程中有表示膜傳遞性能的三個(gè)系數(shù)，其中溶質(zhì)滲透系數(shù)與反射系數(shù)由溶質(zhì)的性質(zhì)決定的。（3）溶解-擴(kuò)散系數(shù)在假定膜是無缺陷的理想膜基礎(chǔ)上，提出溶解-擴(kuò)散機(jī)理來描述反滲透過程。該機(jī)理假定溶劑和溶質(zhì)首先都溶解在均質(zhì)無孔膜的表皮層中，然后各組分在非耦合形式的化學(xué)位梯度作用下，從膜上有側(cè)向膜下游側(cè)擴(kuò)散，再從下游側(cè)解析17目前十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透過程的回收率式中，VP

、Vf分別為透過液和原料液的濃度。18目前十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)原料液濃度、回收率和截留率的關(guān)系

當(dāng)反滲透過程中溶質(zhì)是所需要的組分時(shí)，如果膜不能完全截留溶質(zhì)，有部分溶質(zhì)被損失掉。CR：截留液的濃度Cp：流出液的濃度19目前十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透過程的溶質(zhì)損失率與回收率、截留率的關(guān)系

反滲透膜的溶質(zhì)截留率大多在0.9～0.95之間；回收率不高；為提高料液的利用，必須采用多段或多級工藝過程。20目前二十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透膜對于無機(jī)粒子的分離率

反滲透膜對于無機(jī)粒子的分離率，隨粒子價(jià)數(shù)的增高而增高。價(jià)數(shù)相同時(shí)，分離率隨著離子半徑而變化。一般規(guī)律為：多原子單價(jià)陰離子：極性有機(jī)物異構(gòu)體分子量大的分離性能好同一族系21目前二十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透工藝流程一級一段循環(huán)式反滲透流程一級一段連續(xù)式反滲透流程22目前二十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)一級三段連續(xù)式二級一段循環(huán)式23目前二十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求達(dá)到所需的產(chǎn)水率；達(dá)到最高的脫鹽率；提高水的回收率；減輕膜元件的污染和結(jié)垢，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；減少膜元件和壓力容器的數(shù)量，降低造價(jià)；降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力，節(jié)約能量。24目前二十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)膜元件的種類（Filmtec/Dow公司膜元件）膜元件種類：

海水高脫鹽SW30HR

海水SW30

苦鹽水BW30

自來水TW30膜元件的直徑與長度標(biāo)準(zhǔn)直徑(in)：2.5、4.0、8.0等

標(biāo)準(zhǔn)長度(in)：40、80等新產(chǎn)品:采用有效表面積替代直徑與長度表示法。25目前二十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)膜元件選擇基本原則按脫鹽率

＞92％TW30;＞98％BW30;

＞99％SW30、SW30HR按進(jìn)水含量TDS

＜1000mg/LXLE

＜2000mg/LTW/BWLE

＜10000mg/LBW30

＜10000-15000mg/LSW30

＜10000-50000mg/LSW30HR26目前二十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)按進(jìn)水水源

一般水源

地表水，滿足高脫鹽率：BW30-365

地下水，滿足高脫鹽率：BW30-400TDS＜2000，滿足高通量：BW30LE-440高污染水源預(yù)處理采用傳統(tǒng)過濾器：BW30-365FR

預(yù)處理采用超濾、微濾：BW30-365FR27目前二十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)按進(jìn)水所需壓力

＜10.5atm:BW30LE,XLE-440(超低壓膜）＜21.0atm:BW30(自來水可選TB30）按產(chǎn)品水流量

＜0.2m3/h:2.5in

＜3.0m3/h:4in

＞3.0m3/h:8in28目前二十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)特殊工業(yè)應(yīng)用膜元件的選擇普通的膜元件與壓力容器間存在死水區(qū)，因此部分用途的膜元件必須特別考慮：食品與飲料工業(yè)，宜采用HSRO類元件：

為無外殼的元件結(jié)構(gòu)，能經(jīng)受85℃的熱水消毒，滿足FDA衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體工業(yè)，宜采用半導(dǎo)體級膜元件29目前二十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)平均水通量及允許每年水通量衰減百分?jǐn)?shù)SDI為給水的污泥密度系數(shù)，與反滲透膜上的污染物質(zhì)的數(shù)量之間的相互關(guān)系相當(dāng)吻合。30目前三十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)年鹽透過率增加百分?jǐn)?shù)31目前三十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)膜元件的最大給水流量與最小濃水流量32目前三十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透海水淡化降低成本的關(guān)鍵反滲透膜及其組件<30％能量回收裝置15－20％高壓泵15％其它附屬設(shè)備20－35％33目前三十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透在廢水處理中的應(yīng)用1、反滲透技術(shù)在尾礦廢水處理中的應(yīng)用北京桑德環(huán)境工程有限公司國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)尾礦湖中的尾礦滲濾液因含有大量的有害金屬離子，對當(dāng)?shù)氐叵滤斐珊艽笪廴?，因此對該尾礦滲濾液進(jìn)行處理很有現(xiàn)實(shí)意義，目前該企業(yè)擬將尾礦滲濾液處理后回用于電廠循環(huán)冷卻水。該廢水的主要特征為硬度比較大、含鹽量比較高，且含有一定的懸浮物。根據(jù)該廢水的特點(diǎn)，確定了其主體處理工藝采用反滲透技術(shù)。目前三十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)目前三十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)反滲透設(shè)備采用2根8英寸陶氏BW30-365/34i-FR抗污染反滲透膜；并設(shè)濃水回流管路。設(shè)計(jì)反滲透產(chǎn)水量為1m3·h-1，試驗(yàn)為期80d，分別考察了反滲透系統(tǒng)在50%和70%回收率條件下，反滲透及其預(yù)處理的效果、運(yùn)行參數(shù)、膜污染情況以及反滲透膜進(jìn)水流量、水溫、膜通量和回收率對脫鹽率的影響。其中前40d反滲透回收率為50%，后40d反滲透回收率為70%目前三十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)2、反滲透技術(shù)在放射性廢水處理中的應(yīng)用在核動(dòng)力裝置運(yùn)行和檢修中，回路的排污、系統(tǒng)和設(shè)備的去污、燃料元件的貯存以及其他日常工作中會產(chǎn)生大量的放射性廢水，采用安全、高效和經(jīng)濟(jì)的方法對廢水中的核素進(jìn)行分離和濃縮，使產(chǎn)生的二次廢物的體積和向環(huán)境中排放的放射性最小化是放射性廢水處理所要達(dá)到的最終目標(biāo)。目前三十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)1998年，美國WolfCreek核電廠建成了一套“超濾→反滲透”廢水處理系統(tǒng)，用于處理該廠的地排水、反應(yīng)堆排水、廢樹脂滲出水和各種雜質(zhì)排廢水等，系統(tǒng)流程見圖2。廢水先由管式超濾處理，超濾的濃縮水進(jìn)行循環(huán)，透過水進(jìn)入2級反滲透系統(tǒng)。在反滲透部分，第1級透過水進(jìn)入第2級深度過濾，第2級的濃縮水進(jìn)行循環(huán)而透過水進(jìn)到精處理床，精處理床的出水合格即可排放。而第1級濃縮水再用一段海水淡化反滲透膜進(jìn)行濃縮，濃縮水最后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓干燥裝置處理目前三十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)目前三十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)3、反滲透在重金屬廢水處理中的應(yīng)用電鍍、采礦、化工、冶金等行業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含重金屬的廢水,主要有礦山排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水,以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等工業(yè)廢水。廢水中重金屬離子的種類、含量及其存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)情況而異,差異很大。重金屬離子污染成分在環(huán)境中只能改變其形態(tài)或被轉(zhuǎn)移、稀釋、積累,但不能去除或降解,危害很大。這些廢水排放到環(huán)境中,不僅浪費(fèi)了資源還嚴(yán)重污染環(huán)境,對此國家制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),含重金屬的廢水必須進(jìn)行處理。目前四十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)用反滲透技術(shù)處理含重金屬的廢水則不需投加藥劑,能耗低,設(shè)備緊湊,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,不改變?nèi)芤旱奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì),可以回收清水和貴金屬,適用于封閉循環(huán)無排放系統(tǒng)。咸陽國際機(jī)場的地下水中Cr6+最大含量超標(biāo)514倍。西安美星精密環(huán)保設(shè)備股份有限公司采用反滲透裝置,對咸陽國際機(jī)場供水進(jìn)行凈化、淡化處理,Cr6+質(zhì)量濃度從0.27mg/L降低到<0.02mg/L,去除率達(dá)93%。反滲透能有效地去除水中的Cd2+。目前四十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾42目前四十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)概述超濾（Ultrafiltration，簡稱UF)，又稱超過濾。1861年，Schmidt公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯膠。1907年，Bechhold較為系統(tǒng)研究了超濾膜，首次采用“超濾”術(shù)語。1963年，Michaels開發(fā)了不同孔徑的CA（醋酸纖維素）超濾膜1965-1975年，UF大發(fā)展，從CA擴(kuò)大到PS（聚苯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PAN（聚丙烯腈）、PES（聚醚砜樹脂）等等。我國的超濾技術(shù)，70年代中期起步，80年代大發(fā)展，90年獲得廣泛應(yīng)用，10多個(gè)品種。43目前四十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾的基本原理開始一般認(rèn)為超濾是一種篩孔分離過程。在靜壓差為推動(dòng)力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液或透過液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們在濾剩液中濃度增大。按照這樣的分離機(jī)理，超濾膜具有選擇性表面層的主要因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學(xué)性質(zhì)對膜的分離特性影響不大。44目前四十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)許多年后，發(fā)現(xiàn)情況并非如此。除了機(jī)械篩分作用外，還有兩個(gè)因素決定膜的分離特性：其一，溶質(zhì)、溶劑和膜材質(zhì)之間的相互作用，這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作用力等，溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都會影響膜對溶質(zhì)的分離效果。其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分離特性。45目前四十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾過程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：①溶質(zhì)在過濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附；②溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起阻塞；③溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。46目前四十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾對去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱源和各種有機(jī)物有較好的效果，但它幾乎不能截留無機(jī)離子。UF的分離機(jī)理為篩孔分離過程，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素。在超濾中，大分子溶質(zhì)等之所以不能像溶劑那樣容易通過膜，主要是因?yàn)橄铝性颍海?）超濾過程中溶質(zhì)機(jī)械地被截留在過濾膜表面上(篩分)；（2）被吸附在過濾膜表面及膜孔中(基本吸附)；（3）被保留在膜孔中而被除去(阻塞)等3種方式47目前四十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物，膠體分散液，乳液。也可以用來分離低分子量溶質(zhì)，從而可達(dá)到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。其操作靜壓差一般為0.1～1MPa，被分離組分的直徑大約為0.005～0.1μm，這相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡的分辨極限，一般為分子量大于500～1000000的大分子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略。所用膜常為非對稱膜，膜孔徑為10-3~10-1μm，膜表面有效截留層厚度較小(0.1~10μm)，操作壓力一般為0.2～0.4MPa(2～4kg／cm2)，膜的透過速率為0.5～5m3／(m2·d)。48目前四十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾與反滲透的異同共同點(diǎn)：推動(dòng)力均是壓力差，在溶液的壓力下，溶劑等小分子通過薄膜，而較大的溶解物質(zhì)被阻滯在膜表面上。區(qū)別：膜不同機(jī)理不同工作壓力不同49目前四十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)①

膜不同超濾膜較疏松，透水量大，除鹽率低；一般用超濾分離大分子和膠體，能夠分離的溶質(zhì)分子至少要比溶劑的分子大10倍。反滲透膜致密，透水量低，除鹽率高，具有選擇透過能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)。50目前五十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)簡單的透過和截留示意圖123412341234膜RO反滲透UF超濾MF微濾各種滲透膜對不同物質(zhì)的截留功能示意圖1.溶劑；2.小分子；3.大分子；4.微粒51目前五十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)②機(jī)理不同超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用；在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。③工作壓力不同超過濾的工作壓力低(0.1～0.5MPa)；反滲透所需的工作壓力高(1～100MPa)。52目前五十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾膜的制備方法及特性

超濾膜材料

一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和無機(jī)膜。53目前五十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超過濾膜的結(jié)構(gòu)超濾膜可分為對稱膜和非對稱膜。對稱膜，又稱各向同性膜，指各向均質(zhì)的致密或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處的滲透速率相同。非對稱膜，又稱各向異性膜，是由一個(gè)極薄的致密皮層(決定分離效果和傳遞速率)和一個(gè)多孔支撐層(主要起支撐作用)組成。不對稱膜又分為兩類：一類為整體不對稱膜(膜的皮層和支撐層為同一種材料)；另一類為復(fù)合膜(膜的皮層和支撐層為不同種材料)。

54目前五十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾膜的制備1)各向同性膜的制備。首先將高分子膜材料用溶劑直接溶解，所得料液經(jīng)脫泡后，采取普通的流延法將其刮成薄層，并使溶劑蒸發(fā)即可得到均質(zhì)薄膜。2)各向異性膜的制備。首先將高分子膜材料、溶劑和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進(jìn)行真空脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄層，并在適當(dāng)條件下，控制蒸發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉．最后，連同玻璃板一起，將膜置于冰水中凝膠定型。55目前五十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)3）不同孔徑超濾膜的制備在控制溫度、濕度、蒸發(fā)時(shí)間、冷浸溫度等條件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑的配料比，即可制成不同孔徑的膜。56目前五十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾膜的特性超過濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；化學(xué)物理穩(wěn)定性(包括機(jī)械強(qiáng)度)。一般的要求是有較大的水通量，較高的截留率和較好的化學(xué)物理穩(wěn)定性。超過濾膜若使用恰當(dāng)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1~2年。暫時(shí)不用時(shí)，可保存在1％甲醛水溶液或者50％甘油水溶液中。57目前五十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾裝置超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種。58目前五十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)板框式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內(nèi)工作；流道間隙大小可調(diào)，原水流道不易被雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過增減膜及支撐板的數(shù)量可處理不同水量。

缺點(diǎn)：裝置較笨重；單位體積內(nèi)的有效膜面積較?。荒さ膹?qiáng)度要求較高，一般做在無紡布上，以增強(qiáng)膜的機(jī)械性能。

59目前五十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)管式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：原液流道截留面積較大，不易堵塞；膜面的清洗比較容易，可化學(xué)清洗或擦洗。

缺點(diǎn)：單位體積內(nèi)膜的充填密度較低，占地面積大；膜管的彎頭及連接件多，設(shè)備安裝費(fèi)時(shí)。

60目前六十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)卷式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：單位體積內(nèi)的有效膜面積較大，水在膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小。

缺點(diǎn)：進(jìn)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對所用的膜強(qiáng)度要求較高，使用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破損須更換新的膜元件。

61目前六十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)中空纖維式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：單位體積內(nèi)有效膜面積最大，工作效率最高，占地面積小。中空纖維無須支撐物。

缺點(diǎn)：膜的清洗較困難，只能用水力沖洗或化學(xué)清洗，不能用機(jī)械清洗，另外，中空纖維膜損壞后要更換整個(gè)組件。

62目前六十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)

超濾基本工藝流程超濾的操作模式可分為重過濾和錯(cuò)流過濾兩大類。重過濾常用于蛋白質(zhì)、酶等大分子的分離。錯(cuò)流過濾廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)63目前六十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)設(shè)備簡單、小型能耗低可克服高濃度料液滲透流率低的缺點(diǎn)能更好的去除滲透組分濃差極化和膜污染嚴(yán)重要求膜對大分子的截留率高重過濾優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)64目前六十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。這種方式效率最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此采用部分循環(huán)方式65目前六十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)錯(cuò)流過濾間歇錯(cuò)流截留液全循環(huán)截留液部分循環(huán)66目前六十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)連續(xù)錯(cuò)流單段連續(xù)操作多段連續(xù)操作67目前六十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾膜的污染與清洗1、超濾膜的污染是被分離物質(zhì)中某些成分吸附、留存在膜的表面和膜孔中造成的。溶質(zhì)在膜表面的吸附層；濃差極化引起的凝膠層；膜孔內(nèi)溶質(zhì)吸附；膜孔堵塞。68目前六十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾膜的清洗2、超濾膜污染的防治（1）改變膜結(jié)構(gòu)和組件結(jié)構(gòu)；（2）采用親水性超濾膜或負(fù)荷電膜；（3）對料液進(jìn)行預(yù)處理；（4）選擇合適操作條件。69目前六十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)（1）水清洗（2）反沖洗（3）氣洗（4）酸堿洗（5）表面活性劑（6）氧化劑（7）酶清洗70目前七十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)判斷超濾膜是否需要清洗的原則如下：（1）根據(jù)超濾裝置進(jìn)出口壓力降的變化，多數(shù)情況下，壓力降超過初始值0.05MPa時(shí)，可用等壓大流量沖洗法，如無效，再用化學(xué)清洗法；（2）根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化，當(dāng)超濾系統(tǒng)的透過水量或透水質(zhì)量下降到不可接受程度時(shí)，多采用物理化學(xué)相結(jié)合清洗法（3）定時(shí)清洗，運(yùn)行中的超濾系統(tǒng)根據(jù)膜被污染的規(guī)律，可采用周期性的定時(shí)清洗。71目前七十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)超濾應(yīng)用特點(diǎn)

分離過程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能耗低，不需加熱，不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、分離、純化分級的目的。裝置結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，附屬設(shè)備少，易于擴(kuò)容和增加組件。裝置操作簡單，啟動(dòng)快，易于維護(hù)，容易控制。72目前七十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)例：勝利油田石化總廠建成陶瓷膜超濾凝結(jié)水除油除鐵裝置陶瓷超濾膜是一種以多孔陶瓷材料為介質(zhì)制成的具有超濾分離功能的滲透膜以玻璃、二氧化硅、氧化鋁、莫來石等原料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制成的微孔膜它可承受高溫和寬范圍的pH水質(zhì)，而且其化學(xué)惰性要比聚合物膜高出幾倍，一般用于微濾和超濾73目前七十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)勝利油田石化總廠污水處理場，2008年投資219萬元，建成陶瓷膜超濾過濾器凝結(jié)水除油除鐵裝置每天近4000噸的工業(yè)廢水通過污水回用處理裝置變成了“清泉”凝結(jié)水除油率和除鐵率分別達(dá)到98%和96%以上，完全滿足于生產(chǎn)工藝的需要，可直接在循環(huán)系統(tǒng)中使用,確保了水資源高效利用。74目前七十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾75目前七十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)主要內(nèi)容（一）納濾的發(fā)展概況（二）納濾膜的分類（三）納濾膜的制備（四）納濾膜的分離性能與原理（五）納濾裝置與膜污染防治（六）納濾膜的主要應(yīng)用76目前七十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)

第一節(jié)納濾的發(fā)展概況納濾是20世紀(jì)70年代中后期開發(fā)的一種新型膜分離過程。近年來國際上膜分離技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。納濾的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代中后期用哌嗪與均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯通過界面聚合得到了NS-300膜。后來，一些猶太科學(xué)家相繼研制出了一系列化學(xué)性能異常穩(wěn)定的納米膜，當(dāng)時(shí)命名為選擇性反滲透(SelRO)。77目前七十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)20世紀(jì)80年代初期，美國FilmTec的科學(xué)家研制了一種薄層復(fù)合膜(NF-40、NF-50、NF-70)，由于其表面孔徑處于納米級，能去除尺寸約1nm的分子，因而簡稱納濾膜到了90年代，納濾膜得到飛速發(fā)展，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域相繼開發(fā)了一批分離性能獨(dú)特的納濾膜，并已實(shí)現(xiàn)商品化，如NTR-729HF，NTR-7250，NTR-7400，NF-45，NF-90，SU-600等。目前國際上已商品化的納濾膜多為復(fù)合型納濾膜。

78目前七十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)我國從20世紀(jì)90年代才開始研究納濾，在實(shí)驗(yàn)室中相繼開發(fā)了CA-CTA納濾膜、S-PES涂層納濾膜、芳香聚酰胺復(fù)合納濾膜和其他荷電材料的納濾膜；對納濾膜分離性能和機(jī)理行了實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定進(jìn)展。與國外相比，我國納濾技還處于起步階段，膜的研制、膜組件及其應(yīng)用都比較落后。2004年9月28日，全國第一張納濾膜在吉林市金賽科技有限公司研制成功，金賽科技成為到目前為止我國為數(shù)不多的納濾膜生產(chǎn)基地。79目前七十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)

納濾膜分類基于不同的出發(fā)點(diǎn)，納濾膜的分類有許多方法。(1)按膜的材料分納濾膜有醋酸纖維素及其衍生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)等。(2)按膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分納濾膜有一體化的不對稱膜和復(fù)合膜，如溶液相轉(zhuǎn)化的CA膜屬非對稱膜之列，其表皮層致密，皮下層比較疏松。通用的復(fù)合膜大多是用聚砜多孔支撐膜制成，而表層致密的芳香族聚酰胺薄層是以界面聚合法形成的。

80目前八十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)(3)按膜的傳遞機(jī)理分

膜可分為活性膜和被動(dòng)膜。活性膜是在透過膜的過程中透過組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；被動(dòng)膜是指透過膜前、后的組分沒有發(fā)生化學(xué)變化。目前所有的納濾膜都屬于被動(dòng)膜。(4)按制膜工藝分

納濾膜有溶液相轉(zhuǎn)化膜、熔融熱相變膜、復(fù)合膜和動(dòng)力形成膜等，如CA膜為溶液相轉(zhuǎn)化膜，CTA中空纖維為熔融熱相變膜。目前卷式普遍用的為芳香族聚酰胺復(fù)合膜。

81目前八十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)(5)按膜的功能和作用分

納濾膜屬滲透膜范疇，滲透壓在膜的傳遞過程中起重大作用。(6)按膜的使用和用途分

膜可分為低壓膜、超低壓膜等，納濾膜屬于超低壓膜。(7)按膜的外形分

納濾膜可制成膜片、管狀膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多為卷式，另外還有管式和中空纖式。

82目前八十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜材料已商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有有機(jī)高分子、無機(jī)高分子、有機(jī)無機(jī)分子三種。例如醋酸纖維素(CA)，磺化聚砜(SPS)，磺化聚醚砜(SPES)、聚酰胺(PA)和聚乙烯醇(PVA)等。無機(jī)材料制備的納濾膜商品化程度還不夠高，但是由于無機(jī)材料同有機(jī)高分子材料相比，具有耐高溫，耐化學(xué)溶劑等特點(diǎn)，所以，無機(jī)納濾膜的研究也越來越受到了人們的重視。83目前八十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜的制備方法目前，NF膜已經(jīng)商品化、系列化，國外主要供應(yīng)商有日本NittoDenko(日東電工)、Toray(東麗)、美國Hydranautics(海德能)、DowChem/FilmTec和Osmonics（奧斯莫尼斯）/Desal及丹麥DDS等公司。國內(nèi)為國家海洋局杭州水處理中心和中科院大連化物所等已經(jīng)研制出不同脫鹽率的NF膜。商品NF膜絕大部分為復(fù)合膜，且其表面大多帶負(fù)電。目前使用最廣泛的是芳香聚酰胺類復(fù)合膜。84目前八十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜的分離性能納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，但制作比反滲透膜更精細(xì)。日本學(xué)者大谷敏郎對納濾膜進(jìn)行了具體的定義：操作壓力≤1.50MPa，截留分子量200~1000，NaCl的截留率≤90％的膜可以認(rèn)為是納濾膜。85目前八十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾同超濾一樣，也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，納濾介于超濾與反滲透之間，它能截留透過超濾膜的一部分分子量較小的有機(jī)物，透析反滲透所能截留的無機(jī)鹽。因此，納濾的特性主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：①截留水溶液中的分子量為數(shù)百的有機(jī)分子；②受膜與離子間Donnan效應(yīng)的影響，納濾膜對不同價(jià)態(tài)的

離子截留能力不同。

透4-586目前八十六頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)對鹽的截留性能：主要依靠離子與膜之間的靜電作用。價(jià)態(tài)不同，截留程度不同。大致分離規(guī)律；1）對于陰離子，截留率按下列順序遞增；NO3-,Cl-,OH-,SO42-,CO32-2）對于陽離子，截留率遞增順序?yàn)椋篐+,Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cu2+3）一價(jià)離子滲透，多價(jià)陰離子滯留（高截留率）4）截留相對分子質(zhì)量在200~1000，適用于分子大小為1nm的溶解組分的分離。納濾分離規(guī)律87目前八十七頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜的分離原理

納濾膜處于超濾和反滲透兩者之間，且大部分為荷電膜，納濾膜的分離原理可以理解為溶解--擴(kuò)散原理以及電效應(yīng)兩方面。其傳質(zhì)機(jī)理根據(jù)分離對象的不同，主要有以下兩種類型。1．納濾膜分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型2．納濾膜分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型

88目前八十八頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾裝置與膜污染防治

NF膜組件有4種形式：卷式（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）89目前八十九頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)膜組件的使用方式90目前九十頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)1）操作壓力：

操作壓力越高，透過膜的水通量越大，但是高壓下導(dǎo)致膜的致密化會使得水通量降低。通常膜系統(tǒng)有兩種操作方式，即恒定壓力操作法和恒定通量操作法。2）操作溫度：

溫度對透過膜的水通量影響較大，根據(jù)粘度隨溫度的變化規(guī)律，推測出25℃附近水溫每升高1℃，水通量增加2.5%。但溫度過高則可能導(dǎo)致膜的致密化。3）操作流量：

膜分離系統(tǒng)需根據(jù)膜組件內(nèi)部膜與膜之間的間距確定適宜的操作流量。提高膜面流速有利于抑制膜面的濃差極度化，但同時(shí)增大了膜組件進(jìn)出口的壓力差使得膜的有效操作壓力降低。91目前九十一頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜的污染和劣化

納濾膜組件的分離性能可能會因?yàn)槟さ奈廴净蛄踊兓?，膜的污染和劣化的分類及其產(chǎn)生原因列于下圖。92目前九十二頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)膜污染防治和清洗方法一般出現(xiàn)以下三種情形前就因?qū)δそM件進(jìn)行清洗：1，鹽的透過率增大1倍或系統(tǒng)已經(jīng)無法繼續(xù)運(yùn)行；2，較短時(shí)間內(nèi)濃縮水或透過水流量的變化超過10%；3，膜組件供水側(cè)進(jìn)出口的壓力差增大1倍.93目前九十三頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜特點(diǎn)①納濾膜允許低分子鹽分通過而截留較高分子量的有機(jī)物和多價(jià)離子；②納濾膜往往和其他分離及生產(chǎn)過程相結(jié)合起到降低處理費(fèi)用、提高分離效果的作用；③納濾膜在某些方面可替代傳統(tǒng)的費(fèi)用高、工藝繁瑣的分離方法。94目前九十四頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)納濾膜的主要應(yīng)用

納濾(NF)由于其具有納米級的膜孔徑、膜上多帶電荷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而主要用于以下幾個(gè)方面：①不同分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；②有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離；③溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；④鹽與其對應(yīng)酸的分離。95目前九十五頁\總數(shù)一百零三頁\編于六點(diǎn)

1.生產(chǎn)和生活用水的凈化及軟化

納濾膜法一般可用于三鹵甲烷中間體、異味、色度、農(nóng)藥、合成劑、可溶性有機(jī)物、鈣、鎂等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)的去除，并在低壓下實(shí)現(xiàn)