水的膜分離技術

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1、 第 一 節(jié) 概 論 第 二 節(jié) 電 滲 析 第 三 節(jié) 反 滲 透 第 四 節(jié) 超 濾 在 直 流 電 場 的 作 用 下 ， 利 用 離 子 交 換 膜 的選 擇 透 過 性 ， 把 電 解 質 從 水 中 分 離 出 來 的過 程 。 1.原 理 C 陽 膜 A 陰 膜 陽 極 ： Cl- Cl2 +2e 陰 極 ： 2H+2e H2（ 氧 化 反 應 ） ： 4OH- O2 +2H2O+4e （ 還 原 反 應 ） ：呈酸性極室呈堿性極室 濃 水 淡 水AAAA cccc O 2Cl 2 正 極負 極 2 圖 14 1 電 滲 析 原 理 圖 圖 9-1電 滲 析 工 作 原 理 圖

2、Cl- Na+ 2.工 作 過 程 海 水 淡 化 電 滲 析 法 示 意 圖 1、 離 子 交 換 膜 的 分 類 2、 離 子 交 換 膜 性 能 3、 離 子 交 換 膜 選 擇 透 過 性 機 理 離 子 交 換 膜 電 滲 析 器 %1001P ttt過 率陽 膜 對 陽 離 子 的 選 擇 透 ttt1P -過 率陰 膜 對 陰 離 子 的 選 擇 透 （ 1） 雙 電 層 理 論 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 。 電 極 之 間 若 干 膜 對 組 成 膜 堆

3、 。 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 。 (1)離 子 交 換 膜 （ 組 裝 前 對 膜 的 處 理 ） 首 先 將 膜 放 在 操 作 溶 液 中 浸 泡 24 48小 時 ，使 之 與 膜 外 溶 液 平 衡 ， 然 后 剪 裁 打 孔 。 膜 的 尺寸 大 小 比 隔 板 周 邊 小 1 mm， 應 比 隔 板 水 孔 大 1 mm。 電 滲 析 停 運 時 ， 應 在 電 滲 析 器 中 充 滿 溶 液 ，以 防 膜

4、發(fā) 霉 變 質 ， 或 膜 因 干 燥 收 縮 變 形 甚 至 破裂 。 n電 能 消 耗 分 析n電 流 密 度 控 制 1. 濃 差 極 化 2. 極 限 電 流 密 度n流 速 與 壓 力 確 定 1、 電 能 消 耗 分 析 dQVIW 310 (kWh/m 3) smjmd IRIRIREEV tt FDcilim cvKi lim dvK KttFDdK 水 力 特 性 系 數 電 滲 析 器 都 有 自 身 的 額 定 流 量 ， 流 量 過 大 進 水壓 力 過 高 ， 設 備 容 易 產 生 漏 水 和 變 形 。 流 量 過 小 時 ，達 不 到 正 常 流 速 ， 水 流

5、 不 均 勻 ， 容 易 極 化 結 垢 ， 都會 影 響 電 滲 析 器 的 正 常 運 行 。 目 前 一 般 水 流 速 度 控 制 在 5 25 cm/s， 進 水 壓力 一 般 不 超 過 O.3 MPa。 (1)電 流 效 率 通 過 一 張 隔 板 的 電 流 ， 就 是 隔 板 上 平均 電 流 密 度 與 隔 板 有 效 面 積 的 乘 積 ， 將 通 過 一 張 隔板 的 電 流 除 以 法 拉 第 常 數 F就 得 到 水 流 經 過 一 張 隔板 時 每 秒 的 理 論 脫 鹽 量 。 %100 理 論 脫 鹽 量實 際 脫 鹽 量電 流 效 率 Ai QFcc FLB

6、i Qcc ii 00 i ccQFA i 0 i ccFvdL i 0 25 /10 cmkgaLvp b (5)電 流 、 電 壓 及 電 耗 電 滲 析 工 作 電 流 為 有 效 膜 面 積 與平 均 電 流 密 度 的 乘 積 ， 即 AiI (1)處 理 堿 法 造 紙 廢 液 ， 從 濃 液 中 回 收 堿 ， 從 淡 液 中回 收 木 質 素 ；(2)從 芒 硝 廢 液 中 制 取 硫 酸 和 氫 氧 化 鈉 ；(3)從 酸 洗 廢 液 中 制 取 硫 酸 和 沉 積 重 金 屬 離 子 ；(4)放 射 性 廢 水 中 分 離 放 射 性 元 素 ， 其 濃 縮 液 掩 埋 ；

7、(5)處 理 電 鍍 廢 水 和 廢 液 ， 含 Cu2+、 Ni2+、 Zn2+、 Cr6+等金 屬 離 子 的 廢 水 都 適 宜 用 電 滲 析 處 理 。 陽 極 反 應 式 ： 2OH2HO2H2 4224 SOHSO2H 2e2HO2OH 2 陰 極 反 應 式 ： Fe2eFe2 2H2e2H 反 滲 透 原 理 反 滲 透 膜 及 其 傳 質 機 理 反 滲 透 裝 置 反 滲 透 工 藝 流 程 及 操 作 控 制 反 滲 透 法 在 廢 水 處 理 中 的 應 用 舉 例 反 滲 透 法 是 以 壓 力 為 驅 動 力 的 膜 法 分 離 技 術 。滲 透 和 反 滲 透

8、是 一 類 具 有 不 帶 電 荷 的 親 水 性 基 團 的 膜 ， 是 實 現反 滲 透 分 離 的 關 鍵 。1 醋 酸 纖 維 素 膜 (簡 稱 CA膜 )的 結 構 及 性 能 圖 14-5 毛 細 管 流 機 理 2nm時 ， 臨 界 孔 徑2t 親 水 性tt 毛 細 管 流 機 理膜 膜 (1) 該 理 論 認 為 ， 水 透 過 膜 是 由 于 水 分 子 和 膜的 活 化 點 形 成 氫 鍵 及 斷 開 氫 鍵 之 故 。 毛 細 管 流 理 論 三 、反滲透裝置 板 框 式 把 滲 透 膜 貼 在 多 孔 透 水 板 單 側 或 兩 側 ，再 緊 貼 在 不 銹 鋼 或

9、環(huán) 氧 玻 璃 鋼 承 壓 板 的兩 側 ， 構 成 一 個 滲 透 元 件管 式 把 滲 透 膜 裝 在 耐 壓 微 孔 承 壓 管 的 內 側 或外 側 ， 制 成 管 狀 膜 的 元 件螺 旋卷 式 在 兩 層 反 滲 透 膜 中 間 夾 一 層 多 孔 的 柔 性格 網 ， 再 在 下 面 鋪 一 層 供 廢 水 通 過 的 多孔 透 水 格 網 ， 然 后 將 它 們 的 一 端 粘 貼 在多 孔 集 水 管 上 ， 繞 管 卷 成 螺 旋 卷 筒 ， 并將 另 一 端 密 封 ， 就 成 為 一 個 反 滲 透 元 件中 空纖 維 式 在 兩 層 反 滲 透 膜 的 原 料 空 心

10、 紡 絲 而 成 中空 纖 維 管 1、 板 框 式 反 滲 透 裝 置 在 多 孔 透 水 板 的 單 側 或 兩 側 貼 上 反 滲透 膜 ， 即 構 成 板 式 反 滲 透 元 件 。 再 將 元 件 緊 粘 在 用 不 銹 鋼 或 環(huán) 氧 玻 璃鋼 制 作 的 承 壓 板 兩 側 。 然 后 將 幾 塊 或 幾 十 塊 元 件 成 層 疊 合 ，用 長 螺 栓 固 定 ， 裝 入 密 封 耐 壓 容 器 中 ， 制成 板 式 反 滲 透 器 。 2、 管 式 裝 置 3、 螺 旋 卷 式 裝 置 中 空 纖 維 膜 是 一 種 細 如 頭 發(fā) 的 空 心 管 ， 由 制 膜液 空 心

11、紡 絲 而 成 。 纖 維 外 經 為 50 100 m， 內 徑 為25 42 m。 將 數 十 萬 根 中 空 纖 維 膜 捆 成 膜 束 ， 彎成 U字 形 裝 入 耐 壓 圓 筒 容 器 中 ， 并 將 纖 維 膜 開 口 端固 定 在 環(huán) 氧 樹 脂 管 板 上 ， 即 可 組 成 反 滲 透 器 。 反 滲 透 系 統 由 其 預 處 理 及 反 滲 透 裝 置 和 后 處 理 三 部 分 組 成 。核 心 是 反 滲 透 裝 置 ， 預 處 理 是 反 滲 透 裝 置 能 否 長 期 穩(wěn) 定 運 行 的前 提 ， 后 處 理 用 以 滿 足 不 同 處 理 對 象 的 最 終 產

12、 水 水 質 指 標 。 ppccff cQcQcQ cf ccffm QQ cQcQc mmp Rcc 1 按 上 面 的 公 式 用 試 算 法 可 以 簡 便 地 求 出 凈 化 水 質 。 由 于 cp很 小 ， 故 先 假 定 cp 0， 則 有 式 中 Y 為 水 的 回 收 率 ， Y Qp Qf。 由 此 得 在 已 知 Q、 c f、 Rm及 取 定 Y值 的 條 件 下 ， 將 按 公 式 算 得 的 cp初 步 值 代 入 公 式 ， 求 得 cp的 新 值 。 重 復 計 算 幾 次 就 可 獲 得較 精 確 的 cp值 。 ccff cQcQ YcQQcQQ cQc

13、ffc fcf ffm 22/1 22 mfP RYcc 122 pKF Ws cccPF Pfyy 3 濃 差 極 化 在 反 滲 透 過 程 中 ， 由 于 水 不 斷 地 透 過 膜 ， 引 起 膜 表 面 附 近 的 溶 液 濃 度 升 高 ， 從 而 在 膜 的 高 壓 一 側 溶 液 中 ， 從 膜 表 面 到 主 體 溶 液 之 間 形 成 一 個 濃 度 梯 度 ， 引 起 溶 質 從 濃 的 部 分 向 淡 的 部 分 擴 散 ， 這 一 現 象 即 為 濃 差 極 化 。 4.膜 的 污 染 與 清 洗 化 學 法 海 綿 球 清 洗逆 流 清 洗水 氣 混 合 清 洗水

14、力 清 洗物 理 法清 洗 工 藝 依 靠 壓 力 推 動 力 和 半 透 膜 實 現 分 離 。 在 本 質 上 是 一 種 篩 濾 過 程 ， 膜 表 面 的 孔 隙大 小 是 主 要 的 控 制 因 素 ， 溶 質 能 否 被 膜 孔 截 留取 決 于 溶 質 粒 子 的 大 小 、 形 狀 、 柔 韌 性 以 及 操作 條 件 等 ， 而 與 膜 的 化 學 性 質 關 系 不 大 。 作用 溶 質 在 膜 表 面 和 微 孔 孔 壁 上 發(fā) 生 吸 附溶 質 的 粒 徑 大 小 與 膜 孔 徑 相 仿 ， 溶 質嵌 在 孔 中 ， 引 起 堵 塞溶 質 的 粒 徑 大 于 膜 孔 徑

15、 ， 溶 質 在 膜 表面 被 機 械 截 留 ， 實 現 篩 分 超 濾 的 過 程 是 動 態(tài) 過 程 ， 即 在 超 濾 膜 的 表 面 既受 到 垂 直 于 膜 面 的 壓 力 ， 使 水 分 子 得 以 透 過 膜 面 并與 被 截 留 物 質 分 離 ， 同 時 又 產 生 一 個 與 膜 表 面 平 行的 切 向 力 ， 以 將 截 留 在 膜 表 面 的 物 質 沖 開 。 二 、 超 濾 膜 大 多 數 超 濾 膜 都 是 聚 合 物 或 共 聚 物 的 合 成 膜 ， 主要 有 醋 酸 纖 維 超 濾 膜 、 聚 諷 類 超 濾 膜 和 聚 硯 酰 胺 超濾 膜 。 此 外 ， 聚 丙 烯 脂 也 是 一 種 很 好 的 超 濾 膜 材 料 。 三 、 超 濾 設 備 超 濾 膜 組 件 的 結 構 形 式 基 本 上 類 似 于 反 滲 透膜 組 件 ， 也 可 以 制 成 板 框 式 、 螺 旋 卷 式 、 管 式 、中 空 纖 維 式 等 超 濾 膜 組 件 ， 并 且 通 常 是 由 生 產 廠家 將 這 些 組 件 組 裝 成 配 套 設 備 供 應 市 場 。