第4章 水質工程(6)-微濾與超濾

第4章水質工程(6)—微濾與超濾第4章水質工程——膜法微濾與超濾電滲析反滲透其他膜技術第4章水質工程(6)—微濾與超濾微濾與超濾

1.1微孔過濾原理與裝置微濾與超濾都是在壓差推動力作用下的篩孔分離過程。一般用來分離分子量大于500的溶質、膠體、懸浮物和高分子物質。超濾、微濾與反滲透膜及過程特性比較

過程膜特性過程特征結構孔隙率/%孔徑/mm孔密度/cm-2截流分子量操作壓力/MPapH反滲透不對稱100200淡水2.8海水5.64~11超濾不對稱≈6020~1001011103~1060.3~1.051.5~13微濾對稱73~84102~105107~109很高0.2第4章水質工程(6)—微濾與超濾1、微濾的原理與裝置1）原理2）裝置（1）無流動操作（2）錯流操作第4章水質工程(6)—微濾與超濾1.2微孔過濾膜結構：微濾膜多數為對稱結構，厚度10~150um不等，其中最常見的是曲孔型，類似于內有相連空隙的網狀海綿；另一種是毛細管型，膜孔呈圓筒狀垂直貫通膜面，該類膜孔隙率<5%，但厚度僅為曲孔型1/15。也有不對稱的微孔膜，膜孔呈截頭圓錐體狀貫通膜面，過濾時原水在孔徑小的膜面流過。微濾膜材料：CN-CA、PAN、CA-CTA、PSA、尼龍等，商品約十幾種，400多個規(guī)格。1.3超過濾的特點超濾膜與微濾膜同是多孔膜，雖然前者孔徑較小，后者較大，但前者的工作周期比后者長得多。原因：微濾是一種靜態(tài)過濾，隨過濾時間延長，膜面上截流沉積不溶物，引起水流阻力增大，透水速率下降，直至微孔全被堵塞；超濾過程是一種動態(tài)過程，在超濾進行時，由泵提供推動力，在膜表面產生兩個分力：一個是垂直于膜面的法向分力，使水分子透過膜面，另一個是于膜面平行的切向力，把膜面截流物沖掉。因此，在超濾膜表面不易產生濃差極化和結垢，透水速率衰減較慢，運行周期相對較長。

1.4超過濾裝置超濾裝置有板框式，管式，卷式和中空纖維式。第4章水質工程(6)—微濾與超濾1.5超過濾膜及作用機理超濾過程的一般表達式：

注：1）對于高濃度大分子溶質，由于濃差極化現象的產生，上述關系不復存在。

2）對于高濃度大分子溶質，濃差極化后：1.6超過濾過程的影響因素1.膜材料2.運行條件第4章水質工程(6)—微濾與超濾電滲析2.1原理和工作過程C——陽膜A——陰膜陽極：Cl-→Cl2↑+2e陰極：2H++2e→H2↑

（氧化反應）：H2O→H++OH-（還原反應）：4OH-→O2↑+2H2O+4e第4章水質工程(6)—微濾與超濾2.2電滲析裝置

1.構造膜堆：一對陰陽膜和一對濃淡水隔板交替排列，組成最基本的脫鹽單元，稱為膜對。一對電極之間若干膜對組成膜堆。極區(qū)：電極、極框、電極托板、橡膠墊板。緊固裝置：壓桿、螺桿緊固。配套設備：整流器、水泵、轉子流量計等。

2．組裝：級：一對電極之間段：同向水流之間并聯膜。此段強調隔板構造有回路：流程長，脫鹽效率高，流量小但要求高無回路：流程短，流速低，水流分布均勻，要求隔網攪動作用強，使用于流量大場合第4章水質工程(6)—微濾與超濾2.3離子交換膜P+或P-越大，則選擇透過性越好。

2.膜電阻：Ω·cm2=電阻率×膜厚度膜電阻越小，則所需電壓越小，膜電阻在0.1mol/l的NaCl（250C）溶液中測得。第4章水質工程(6)—微濾與超濾2.4電滲析的工藝參數

1．電流效率：一個淡室m1=q（C1-C2）MBvt/1000（g）時間為t內，應析出的鹽量2.極限電流密度：第4章水質工程(6)—微濾與超濾

如：增大i↑，則C′↓，當C′=0，則會產生電解出H+透過，此時電流密度稱為極限電流密度ilim。V——水流速度N——與水流紊亂有關，效果好n越接近于1，n=0.3～0.9K——與隔板形式及厚度等因素有關。ilim=KCVnK——水力特性系數：①.與膜性能②.隔板形式與厚③.隔網形式、水的離子組成、水溫

測量法：電壓——電流法第4章水質工程(6)—微濾與超濾反滲透3.1反滲透的原理

1.滲透現象與滲透壓（原理如圖14-3所示）

u=u0+RTlnxu——咸水中水的化學位

C——溶液的物質的量的濃度mol/m3i——系數海水i=1.8第4章水質工程(6)—微濾與超濾2.反滲透在咸水一側加壓P，切P＞π，從而u＞u0，實現反滲透單位體積理論耗能量（最小耗能量）實際上，所需壓力比理論值大的多。①反滲透進行過程中，海水濃度不斷提高。②為達到一定規(guī)模的生產能力。3．反滲透膜及其透過機理：選擇性吸著——毛細管流機理見圖14-5。兩個分子厚1nm第4章水質工程(6)—微濾與超濾3.2反滲透裝置第4章水質工程(6)—微濾與超濾3.3反滲透的工藝流程與參數

1．工藝流程

2．反滲透裝置主要參數

1）水與溶質的通量：第4章水質工程(6)—微濾與超濾膜進水側平均含鹽量濃度：2）淡化水的含鹽量Cf②求得Cf值代回求得新的Cf值。第4章水質工程(6)—微濾與超濾3.4反滲透膜的分類及制造方法反滲透膜的分類以成膜材料分主要有纖維素脂類膜和非纖維素脂類膜兩大類。反滲透膜的制造方法：1）CA膜：由乙?；繛?9.8%或置換度2.46的醋酸纖維素作骨架制成2）芳香族聚酰胺膜：美國杜邦公司的“B-9”和“B-10”中空纖維件。CA膜聚酰胺復合膜1．不可避免地會發(fā)生水解，脫鹽率會下降化學穩(wěn)定性好，不會發(fā)生水解，脫鹽率基本不變2．脫鹽率95%，逐年遞減脫鹽率高，>98%3．易受微生物侵襲生物穩(wěn)定性好，不受微生物侵襲4．只能在pH值4~7范圍內運行可在pH值3~11范圍內運行5．在運行中膜會被壓緊，因而產水量會不斷下降膜不會被壓緊，因而產水量不變6．膜透水速度較小，要求工作壓力高，耗電量也較高膜透水速度高，故工作壓力低，耗電量也較低7．膜使用壽命一般為3年一般使用5年以上性能基本不變8．價格較便宜抗氯性較差，價格較高第4章水質工程(6)—微濾與超濾3.5反滲透膜的污染及清洗

1．反滲透膜的污染

1）引起膜污染的原因

2）污染的一般特征污染原因一般特征鹽透過率組件的壓損產水量金屬氧化物增加速度快≥2倍增加速度快≥2倍急速降低20%~25%鈣沉淀物增加10%~25%增加10%~25%稍微減少<10%膠體物質緩慢增加≥2倍緩慢增加≥2倍緩慢減少≥50%混合膠體增加速度快2~4倍緩慢增加≥2倍緩慢減少≥50%細菌增加速度快≥2倍增加速度快≥2倍減少≥50%第4章水質工程(6)—微濾與超濾2．清洗

2）清洗遵循的法則——10%法則

3）清洗工藝第4章水質工程(6)—微濾與超濾其他膜技術

在水處理中常用的膜技術還有鈉濾和液膜分離4.1鈉濾

1．鈉濾、超濾和微濾都是籍膜孔的“篩除”/“篩除”作用直接去除/截留水中的物質，故皆可稱為膜濾。

2．鈉濾“篩除”的包括了構成水溶液性質的溶解離子。鈉濾的滲透水，不止溶解離子的濃度有變化，堿度、硬度、pH、TDS這些重要的水質參數的數值也要改變。

3．鈉濾同時還能截流DBP前體以及NOM等低分子量的有機物。第4章水質工程(6)—微濾與超濾4.2液膜