水污染课件第九章 膜分离.ppt

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1、第九章膜分离1本章主要内容渗析电渗析反渗透超滤和纳滤液膜通过本章学习，重点掌握膜分离的基本原理、电渗析器的基本构造，原理与过程，理解电渗析和反渗透过程中段、级和浓差极化的概念；2概述膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。特殊的半透膜将溶液隔开，使某种溶质或者溶剂(水)渗透出来，达到分离溶质（离子、分子或某些微粒）的目的。3膜的特性是一种流体相内或两种流体相之间一层薄的凝聚相物质，它把流体分隔成互不相通的两个部分，并能使这两个部分之间产生传质作用。具有两个界面，分别与两侧流体相接触。具有选择透过性，可以使流体相中的一种或几种物质透过，

2、而不允许其他物质透过。4膜的分类固膜——应用最多按组成材料分有机膜和无机膜（近来进展很快），两者势均力敌；按形态和结构分为多孔膜和致密膜，多孔膜（聚合物和无机材料均可）主要用于超滤、微滤和渗析过程；致密膜（仅限于聚合物材料）则主要用于反渗透、电渗析、渗透汽化和气体渗透过程。液膜——已有中试应用气膜——实验室研究阶段生物膜——细胞膜合成膜膜5各种膜材料的特点聚合物优点缺点TiO2/ZrO2化学、机械、热稳定性好价格昂贵，仅限于MF和UF，材料较贵醋酸纤维价格低，抗氯，溶剂浇注化学、机械、热稳定性差聚砜广泛的消毒性，抗pH，溶剂浇注对碳氢化合物的截留较差聚丙烯抗化学腐

3、蚀性强未经表面处理具有疏水性聚四氟乙烯具有良好的疏水性能，抗有机物污染，良好的化学稳定性，具有灭菌性疏水性强，价格贵聚酰胺良好的化学稳定性、热稳定性对氯化物较敏感6膜分离法膜分离法包括扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、纳滤、液膜分离和隔膜电解等分离技术。依据溶质或溶剂透过膜的推动力和膜种类不同，水处理中常用的膜分离法可分为以下四类：电渗析ED反渗透RO微滤MF超滤UF其他膜技术7膜分离历史膜分离历史1950年出现了商品化的电渗析用离子交换膜。1960年研制成功反渗透膜，60年代末提出液膜分离法。1970S初，我国电渗析、离子交换膜扩散渗析、反渗透、超滤技术进入了生产

4、实用阶段。1980S液膜分离技术开始进行工业化应用。反渗透膜、超滤膜、纳滤膜和微滤膜最初用于工业用水、海水、苦咸水的淡化和脱盐处理，近年来逐步应用于饮用水处理领域。现已广泛用于去除水中浊度、色度、臭味、消毒副产物前体物、微生物、溶解性有机物等，可部分或完全取代常规水处理工艺。8膜分离法的应用9膜分离法的特点膜分离法的共同优点：①无相变，能量转化率高。如现行各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。②常温下进行，特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。③装置简单，操作容易，大多不消耗化学药剂，易控制、维修，且分离效率高。作为一种新型的水处理方法，与常

5、规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。缺点：处理能力小；膜贵，易损坏。需消耗相当的能量(扩散渗析除外)；109.1扩散渗析原理扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移的过程。推动力是薄膜两侧的浓度差。使用离子交换膜的扩散渗析，利用膜的选择透过性，可以分离电解质。图9-2所示为离子交换膜(阴膜)回收废酸的原理。应用：主要用于生物医学（如血液渗析）和废酸、碱的回收，回收率可达70~90％，但不能将它们浓缩。其特点是不消耗能量。11扩散渗析示意图如图所示，从酸洗钢铁废水中回收硫酸。Fe2+H+SO42-Fe2+H+SO42-Fe

6、2+H+SO42-Fe2+H+SO42-H+OH-H+OH-H+OH-残液FeSO4原液H2SO4+FeSO4扩散液H2SO4水H2O塑料板阴膜阴膜阴膜阴膜阴膜阴膜塑料板①②③④⑤⑥⑦扩散渗析器除了没有电极以外，其它构造与电渗析器基本相同。因效率低，常被更有效的电渗析所替代。129.2电渗析9.2.1电渗析原理及过程电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。电渗析系统由一系列阴、阳膜交替置放于两电极之间组成，如图9-3所示。离子减少的隔

7、室称淡室，其出水为淡水；离子增多的隔室称浓室，其出水为浓水；与电极板接触的隔室称极室，其出水为极水。而每个室内离子的正负电荷仍是平衡的。139.2.1电渗析原理和工作过程水解电离：H2O→H++OH-NaCl→Na++Cl-阳极（氧化反应）：Cl-→Cl2↑+2e4OH-→O2↑+2H2O+4e阴极（还原反应）：2H++2e→H2↑如：海水淡化腐蚀结垢149.2.1电渗析原理和工作过程电渗析器在运行时．同时发生着多种复杂过程。反离子迁移电解质浓差扩散水的渗透、电渗和压渗水的电离其中次要过程，如：反离子迁移和电解质浓差扩散将降低除盐效果；水的渗透、电渗和压渗会降低淡

8、水产量和浓