微滤、超滤、反渗透、离子交换.doc

1、 微滤技术A、 原理介绍微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐抱子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。 基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜而被去除。 决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。 微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.175 m，膜厚120150m。 微滤膜若从1907年Bechhold制得系列化多孔火棉胶膜问世算起，至今有近百年历史。而微孔膜的广泛应用是从二战之后开始的，最初只有CN膜，随着聚合物材料的开发，成膜机理的研究和制膜技术的进步。 我国MF研究始于70年代初，开始以CACN膜片为主，于80年代相继开发成功CA、CACTA、PS、PAN、PVDF、尼龙等膜片，并进而开发出褶筒式滤芯；开发了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE 膜；也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜，多通道无机微孔膜也实现产业化 。并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。B、 技术优势 砂虑只能去除很小的胶体颗粒，使出水浊度达到1度左右，但水中仍含有数十万个粒径为15m的颗粒，这是砂虑所不能去除的，微滤则可以去除这些颗粒。避免将上道工序产生的微粒带到下道工序去，起到了保证系统安全的作用。2、 超滤技术A. 超滤原理超滤起源于1748年，Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度远远超过滤纸，于是他提出超滤一语，1896年，Martin制出了第一张人工超滤膜，其20世纪60年代，分子量级概念的提出，是现代超滤的开始，70年代和80年代是高速发展期，90年代以后开始趋于成熟。我国对该项技术研究较晚，70年代尚处于研究期限，80年代末，才进入工业化生产和应用阶段。超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在201000A之间。中空纤维超滤器（膜）具有单位溶器内充填密度高，占地面积小等优点。 在超滤过程中，水深液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的深剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。 超滤系统流程图而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x100001x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。 近30 年来，超滤技术的发展极为迅速，不但在特殊溶液的分离方面有独到的作用，而且在工业给水方面也用得越来越多。例如在海水淡化、纯水及高纯水的制备中，超滤可作为预处理设备，确保反渗透等后续设备的长期安全稳定运行。在食品饮料、矿泉水生产中，超滤也发挥了重要作用。因为超滤仅去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质，而保留了对人体健康有益的矿物质。超滤膜为多孔性不对称结构。过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.030.6 MPa，筛分孔径从0.0050.1m，截留分子量为1000 500,000 道尔顿左右。B. 技术优势超滤作为重要的预处理技术，能显著降低来水的浊度、水的污染指数SDI值。超滤膜具有水通量大，能较好去除水中的微生物、细菌等的良好性能，分离过程不发生相变化，耗能少，）分离过程可以在常温下进行，适合一些热敏性物质如果汁、生物制剂及某些药品等的浓缩或者提纯，分离过程仅以低压为推动力，设备及工艺流程简单，易于操作、管理及维修，应用范围广，凡溶质分子量为1000500,000 道尔顿或者溶质尺寸大小0.0050.1m 左右，都可以利用超滤技术。3、 反渗透技术A. 反渗透原理反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到盐水。 反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。 压力浓溶液稀溶液浓溶液稀溶液渗透反渗透水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧以平衡溶液的离子强度，在平衡点，浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧间的渗透压差施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向。因而定义为反渗透反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，目前其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。 反渗透原理图B. 技术优势反渗透主要分离溶液中的离子，在分离过程中没有加热和相变，具有脱盐率高、去除范围广、耗能小、设备体积小、操作简单、适应性强、应用范围广泛等优点。反渗透和纳滤过程单独、或与离子交换法、或其它分离过程相结合，可以降低再生剂的费用和废水排放量，也可以用来制备高纯水，在电厂当与热法结合时，可以提高设备的利用率和水的利用率。4、 离子交换技术i. 离子交换原理离子交换是指水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH离子进行交换，从而达到脱盐的目的。阳、阴混柱的不同组合可使水质达到更高的要求。是目前成熟的常规制取纯水、超纯水的装置。离子交换器分为阳离子交换器（软化器）、阴离子交换器、混合离子交换器等。 离子交换设备实现水质的全自动连续检测，超标自动报警，再生过程全自动完成，零备件采用高强度工程塑料，耐腐蚀，增强了设备的可靠性能，耐用性。离子交换设备按处理类型分以下几种类型：A、 阳离子固定床交换器阳离子固定床交换器是用来降低或基本消除原水阳离子的装置。在此，采用阳离子交换树脂(RH)来进行软化处理，用阳离子交换树脂中可交换的阳离子(如H+)，把水中所含的阳离子交换出来，该过程的离子反应式如下：Na+RNa=RNa+H+ 由上可见，水中的Na+等阳离子被RH型树脂中的H+置换出来以后，就存留在树脂中，使离子交换树脂由RH型变成RNa型树脂。在离子交换过程中，当水流过树脂层后的出水阳离子超过某一规定值，水质已不符合水质的标准要求时，则交换器中的离子交换树脂将视为失效，不再起离子交换作用，这时，为恢复离子交换树脂的交换能力，通常采用强酸溶液(3%-5%)对离子交换树脂进行再生，又称还原。也就是用强酸溶液的氢离子将树脂中吸附的钠离子置换出来， 其离子反应式:RNa+H+= Na+RH阳离子固定床交换器运行及再生工艺程序B、 阴离子固定床交换器阴离子固定床交换器是用来降低或基本消除原水阴离子的装置。在此，采用阴离子交换树脂(ROH)来进行软化处理，用阴离子交换树脂中可交换的阴离子(如OH-)，把水中所含的钙、镁离子交换出来，该过程的离子反应式如下：Cl-+ROH=RCl+OH- 由上可见，水中的Cl-等阳离子被ROH型树脂中的OH-置换出来以后，就存留在树脂中，使离子交换树脂由ROH型变成RCl型树脂。在离子交换过程中，当水流过树脂层后的出水阳离子超过某一规定值，水质已不符合水质的标准要求时，则交换器中的离子交换树脂将视为失效，不再起离子交换作用，这时，为恢复离子交换树脂的交换能力，通常采用强碱溶液(3%-5%)对离子交换树脂进行再生，又称还原。也就是用强碱溶液的氢氧根氢离子将树脂中吸附的氯离子置换出来， 其离子反应式:RCl+OH-= Cl-+ROH其运行原理图同阳离子固定床交换器运行原理图。C、 混合床离子交换器阳、阴离