85UFNF电渗析

-1-超滤与反渗透类似，依靠压力和膜进行工作制膜材料：醋酸纤维素或聚砜酰胺等，省去热处理工序，成膜孔径较大，能够在较小的压力下工作，有较大的通水量。与反渗透的区别：用途：分离分子量500-500000的物质，直径为0.005-10μm的大分子和胶体8.2超滤法超滤过程的本质：是一种筛滤过程，膜表面的空隙大小是主要的控制因素，溶质能否被膜孔截留取决于溶质粒子的大小、形状、柔韧性以及操作条件等，而与膜的化学性质关系不大。-2-压力大分子供水水盐超滤过程超滤膜压力（要大于渗透压力）大分子供水水反渗透反渗透膜盐超滤与反渗透的区别示意-3-超滤的截留机理：主要是物质在膜表面及微孔内的吸附、在孔内的停留（阻塞）、膜表面的机械截留（筛分）、架桥截留和膜内部网络截留。机械截留吸附截留架桥截留膜表面截留膜内部网络截留-4-超滤在水处理的应用1．给水去除细菌、胶体等物质。家庭用膜式净水器与反渗透联合制备纯水2．废水回收分离有用物：涂料、羊毛脂、染料、纸浆等废水深度处理膜－生物反应器-5-超滤过滤装置-6-超滤处理流程示意图-7-8.3纳滤技术（nanofiltration，NF）纳滤膜是上世纪80年代在反渗透复合膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支，早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前，纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为独立的分离技术。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。-8-纳滤膜主要用于截留粒径在0.1～1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)以上。-9------------------------------纳滤膜及其技术的应用领域-10-8.4微孔过滤微孔过滤与超滤从原理上说没有本质的差别，微滤只能截留更大分子的膜分离过程。以压力为推动力的膜分离过程。微滤超滤纳滤反渗透微粒大分子小分子二价离子一价离子水微滤、超滤、纳滤、反渗透对物质的截留-11-小结：膜滤分类及基本特征根据推动力的不同，膜分离有下列几种：浓度差：扩散渗析电位差：电渗析压力差：反渗透(RO,reverseosmosis)：MW100,0.2-0.3nm,2-3A0纳滤(NF,nanofiltration)：MW:100-1000,0.5-5nm超滤(UF,ultrafiltration)：MW:1000—百万,5nm-0.2m微滤(MF,microfiltration)：0.2-1m(1A0=10-8cm,1m=10-4cm,1nm=10-7cm)-12-电渗析是利用离子交换膜和直流电场的作用，从水溶液分离出电解质组分的一种电化学分离过程。典型应用：血液透析；膜渗析液溶剂渗出液原液溶质溶剂ABx1x2溶剂＋扩散物质8.5电渗析(Electrodialysis)用于海水淡化、纯水制备和废水处理；在分析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐-13-海水淡化----电渗析原理+-极水盐水淡水-14-1、电渗析的基本原理原理：阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。阴膜只让阴离子穿过；阳膜只让阳离子穿过电极两侧会发生氧化还原反应阴极还原反应2H++2e→H2↑阴极室溶液呈碱性结垢阳极氧化反应4OH-→O2+2H2O+4e阳极室溶液呈酸性腐蚀-15-电渗析分离原理图+—+++++—————浓淡浓淡浓淡阳阴阳阴阳阴阳浓水淡水＋—原水极水极室极室阳极阴极电渗析过程主要过程对电渗析有利，次要过程均会影响电渗析的除盐或浓缩效率，增加电耗。设计中，应选择理想的离子交换膜和最佳的操作条件，设法消除或改善这些不利影响。-17-极化与极限电流浓度电渗析过程中，膜内反离子的迁移数大于溶液中的迁移数，从而造成淡水室中在膜与溶液的界面处形成离子亏空现象，当操作电流密度增大到一定程度时，主体溶液内的离子不能迅速补充到膜的界面上，从而迫使水分子电离产生H+和OH—来负载电流，这就是电渗析的极化现象。电流密度是指单位面积膜通过的电流，使水分子产生离解反应时的操作电流密度称为极限电流密度。电渗析的极化现象对电渗析的运行有很大影响：（1）极化时一部分电能消耗在水的电离上，使电流效率下降；（2）极化时，在浓水侧的阴膜界面上形成沉淀会堵塞水流通道。（3）由于沉淀和结垢的影响，膜性能发生变化，机械强度下降，膜电阻增大，缩短了膜的使用寿命。为了避免极化和结垢，目前采用的措施包括：（1）控制工作电流密度在极限电流密度下运行；（2）定时倒换电极；（3）定期酸洗。-18--19-2.电渗析器装置与组装主要部件离子交换膜：组装前膜预处理，操作溶液浸泡24-48小时，停运时充满溶液隔板：膜的支撑体，保持膜间距，水流通道；浓、淡室隔开电极：要求耐腐蚀、导电性能好夹紧装置：把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体-20-电渗析器组装几个术语：膜对：由1张阳膜、1张淡水隔板，1张阴膜、1张浓水隔板按一定顺序组成的电渗析器膜堆的最小脱盐单元膜堆：若干模对的集合体级：电渗析器中一对电极之间所包含的膜堆称为一级，一台电渗析器的电极对数就是这台电渗析器的级数段：电渗析器中淡水水流方向相同的膜堆称为一段台：用锁紧装置将电渗析器各部件锁紧成一整体称为一台电渗析器系列：将多台电渗析器串联起来成为一脱盐整体称为一系列-21-一对正、负电极之间的膜堆称为一级具有同一水流方向的并联膜堆称为一段-22-组装形式：可按级段组装成各种方式增加级数可降低电渗析的总电压，增加段数可以增加脱盐流程长度，提高脱盐率一般每段内的膜对数为150-200对，每台电渗析器的总膜对数不超过400-500对附属设备整流器、水质检测、水量计量、升压升泵、预处理装置、进出水管路、酸洗设施等-23-海水淡化流程：海水→海水泵→无阀滤池→海水池→水泵→纤维布过滤器→第一组电渗析器→中间水池→第二组电渗析器→成品水池→脱硼装置→饮用水。电渗析—离子交换组合工艺制取纯水电渗析法处理电镀含镍废水、酸洗废水回收硫酸和铁、芒硝回收硫酸和碱。3、电渗析在水处理中的应用-24-海水淡化流程-25-纯水制备流程示意图电渗析反渗透-26-半光亮镀镍电渗析光亮镀镍电渗析回收槽回收槽离子交换水洗槽水洗槽电渗析法回收含镍污水的工艺流程补充水补充水镀镍废水回收镍：含镍废水经电渗析处理后，浓水中的镍浓度增高，可以返回镀镍重复利用；淡水镍浓度减少，可以返回水洗槽用在清洗水的补充水。以硫酸钠溶液作为电极液，进行循环，加入硫酸钠是为了减轻铅电极的腐蚀，经电渗析处理后，浓液浓度可以使NiSO4·7H2O达到100g/L左右，除镍率达到90%以上。-27-小结：膜滤分类及基本特征方法推动力传递机理透过物及大小截留物膜类型微滤MF压力差0.01-0.2MPa筛分水、溶剂、溶解物悬浮物、颗粒物、纤维和细菌对称和不对称的多孔膜超滤UF压力差0.1-0.5MPa筛分水、溶剂、离子和小分子0.0004-10μm胶体、大分子不溶解的有机物非对称的多孔膜纳滤NF压力差0.5-2.5MPa筛分+溶解/扩散水和溶剂溶质、二价盐、糖和染料致密非对称膜或复合膜反渗透RO压力差1-10Mpa溶剂的扩散水、溶剂0.0004-0.06μm溶质、盐（SS、大分子、离子）致密非对称膜或复合膜电渗析ED电位差离子交换电离离子0.0004-0.1μm非解离和大分子物质离子交换膜渗析D浓度差溶质扩散低分子物质、离子0.0004-0.15μm溶剂，分子量1000非对称膜，离子交换膜-28-膜科学的将来路径膜科学树形示意图膜分离技术的展望与趋势