水处理课件贺第1章膜分离法

1、n第一节：电渗析第一节：电渗析n第二节：反渗透第二节：反渗透n其它膜分离法其它膜分离法 膜分离法膜分离法 利用利用特殊的薄膜特殊的薄膜对液体中的某些成分进行对液体中的某些成分进行选择性透过选择性透过。n渗透：渗透：溶剂溶剂透过膜的过程透过膜的过程n渗析：渗析：溶质溶质透过膜的过程透过膜的过程膜分离技术特点膜分离技术特点n分离过程不发生相变，能量转化的效率高。分离过程不发生相变，能量转化的效率高。n分离常温下进行分离常温下进行p特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。分离、分级和浓缩。 n装置简单，操作容易，易控制、维修，分离效装

2、置简单，操作容易，易控制、维修，分离效率高。率高。n占地面积小、适用范围广、处理效率高。占地面积小、适用范围广、处理效率高。 几种主要膜分离法的特点几种主要膜分离法的特点 在在直流电场直流电场的作用下，利用的作用下，利用阴、阳离子交换阴、阳离子交换膜膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程液中的溶质与水分离的一种物理化学过程u 阳膜阳膜只允许只允许阳离子阳离子通过通过u 阴膜阴膜只允许只允许阴离子阴离子通过通过 阳离子交换膜（阳膜）阳离子交换膜（阳膜）n膜体中带有带膜体中带有带负负电荷电荷的阳离子交换基团的阳离子交换基团p常

3、见基团：常见基团：磺酸基磺酸基( (SOSO3 3H)H)磷酸基磷酸基( (POPO3 3H H2 2) )膦酸基膦酸基( (OPOOPO3 3H)H)羧酸基羧酸基( (COOH)COOH)酚基酚基( (C C6 6H H4 4OHOH） n选择性透过阳离子选择性透过阳离子而而不让阴离子透过不让阴离子透过阴离子交换膜（阴膜）阴离子交换膜（阴膜）n膜体中含有带膜体中含有带正正电荷的碱电荷的碱性活性基团性活性基团p碱性活性基团碱性活性基团季胺基季胺基 N(CHN(CH3 3) )2 2OHOH伯胺基伯胺基( (NHNH2 2) )仲胺基仲胺基( (NHR)NHR)叔胺基叔胺基( (NRNR2 2)

4、 )n选择性透过阴离子选择性透过阴离子而不让而不让阳离子透过。阳离子透过。淡淡水水室室浓浓水水室室电渗析原理和过程电渗析原理和过程n电渗析电渗析主要过程主要过程：p离解离解：废水中的电解：废水中的电解质在直流电场的作用质在直流电场的作用下产生阴、阳离子；下产生阴、阳离子；p离子迁移离子迁移p极室内发生极室内发生电极反应电极反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应电渗析的其它电渗析的其它n 反离子的迁移反离子的迁移：少量阴离子透过阳膜，阳离子透过：少量阴离子透过阳膜，阳离子透过阴膜阴膜n 电解质浓差扩散电解质浓差扩散：由于膜两侧溶液浓度不同，在浓：由于膜两侧溶液浓度不同，在浓

5、度差作用下，电解质由浓室向淡室扩散度差作用下，电解质由浓室向淡室扩散n 水的渗透水的渗透：由于浓、淡水室存在浓度差，在水的渗：由于浓、淡水室存在浓度差，在水的渗透压作用下，水由淡水室向浓水室渗透透压作用下，水由淡水室向浓水室渗透n 水的电渗透水的电渗透：溶液中离子实际上都是以水合离子形：溶液中离子实际上都是以水合离子形式存在，在其电迁移过程中必然携带一定数量的水式存在，在其电迁移过程中必然携带一定数量的水分子迁移分子迁移n 水的压渗水的压渗：当浓室和淡室存在着压力差时，溶液由：当浓室和淡室存在着压力差时，溶液由压力高的一侧向压力低的一侧渗漏压力高的一侧向压力低的一侧渗漏n 水的电离水的电离：膜

6、淡水侧发生电离，生成：膜淡水侧发生电离，生成H H+ +和和OHOH- -离子离子电渗析器的基本结构电渗析器的基本结构n离子交换膜离子交换膜n隔板隔板n电极电极n夹紧装置夹紧装置电渗析法在废水处理中的应用电渗析法在废水处理中的应用n 海水淡化制取饮用水和工业用水；海水浓缩制取食盐海水淡化制取饮用水和工业用水；海水浓缩制取食盐n 与其他单元技术组合制取高纯水。与其他单元技术组合制取高纯水。n 在废水处理中：在废水处理中：p从废水中分离污染物离子从废水中分离污染物离子p利用复合膜中的极化反应和极室中的电极反应以产生利用复合膜中的极化反应和极室中的电极反应以产生H H+ +和和OHOH- -离子，从

7、废水中制取酸和碱。离子，从废水中制取酸和碱。p典型实例：典型实例：处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋处理电镀废水和废液处理电镀废水和废液渗透渗透Reverse Osmosis, ROciRT：渗透压，Pa； c: 溶质浓度，mol/m3; R：理想气体常数，8.314J/mol Ki: 范特霍夫系数，

8、表示溶质的离解状态，其值1。当溶质完全离解时，i等于阴、阳离子总数，对非电解质则i=1。e.g. e.g. 温度为温度为2525时，时，0.5mol/L0.5mol/L的的NaClNaCl溶液的渗透压溶液的渗透压: : Pa5108 .2450025273314. 82）（渗透压渗透压反渗透反渗透n在溶液一侧在溶液一侧施加大于渗透压的压力施加大于渗透压的压力p p，则溶，则溶液中的水就会透过液中的水就会透过半透膜半透膜，流向淡水一侧，流向淡水一侧，使溶液浓度增加，这种作用称为反渗透。使溶液浓度增加，这种作用称为反渗透。 反渗透膜反渗透膜n具有不带电荷的亲水性基团的膜具有不带电荷的亲水性基团的膜

9、n性能：性能：p选择性好，单位膜面积上透水量大选择性好，单位膜面积上透水量大p机械强度好机械强度好p热和化学的稳定性好热和化学的稳定性好p结构均匀一致结构均匀一致n常见反渗透膜：常见反渗透膜：p醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜p芳香族聚酰胺膜。芳香族聚酰胺膜。醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜(CA膜膜)n乳白或淡黄色含水凝胶乳白或淡黄色含水凝胶n厚度：厚度：100 250mn由致密表皮层和多孔支撑层组成。由致密表皮层和多孔支撑层组成。醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜(CA膜膜)CA膜特性膜特性n 膜的方向性膜的方向性p不对称膜不对称膜p在进行反渗透时，必须保持表皮层与待处理的废水接触在进行反渗透时，必须保持表皮层与待

10、处理的废水接触n 选择透过性选择透过性：pCACA膜对无机电解质和有机构具有选择透过性膜对无机电解质和有机构具有选择透过性p离子价越高，或同价离子水合半径越大，则脱除效果越好：离子价越高，或同价离子水合半径越大，则脱除效果越好：BaBa2+2+ LiLi+ +NaNa+ +K K+ +；柠檬酸根酒石酸根；柠檬酸根酒石酸根SOSO4 42-2-CHCH3 3COOCOO- -ClCl- -BrBr- -NONO3 3- -I I- -SCNSCN- -。 n 压密效率压密效率p压力作用下，外观厚度一般减少压力作用下，外观厚度一般减少1/41/41/21/2，对溶质的脱除，对溶质的脱除率也相应降低

11、率也相应降低n 膜的水解作用和生物分解作用膜的水解作用和生物分解作用p易于水解，水解速率与易于水解，水解速率与PHPH值、水温有关。值、水温有关。 n 氢键理论氢键理论p水透过膜是由于水分子和膜的活化点水透过膜是由于水分子和膜的活化点形成氢键形成氢键及及断开氢键断开氢键p高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点缔合，原活化高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点缔合，原活化点上的结合水解离出来，解离出来的水分子继续和下一个活点上的结合水解离出来，解离出来的水分子继续和下一个活化点缔合，又解离出下一个结合水化点缔合，又解离出下一个结合水p通过一连串的氢键形成通过一连串的氢键形成- -断开过程，依

12、次从一个活化点转移断开过程，依次从一个活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进入多孔层。到下一个活化点，直至离开表皮层，进入多孔层。p膜的多孔层含大量的毛细管水，水分子便能畅通流出膜外。膜的多孔层含大量的毛细管水，水分子便能畅通流出膜外。n 优先吸附优先吸附pCACA膜有膜有选择吸附水分子选择吸附水分子而而排斥溶质分子排斥溶质分子的化学特性的化学特性p当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分子，在界面上形当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分子，在界面上形成一层不含溶质的纯水分于层成一层不含溶质的纯水分于层p在外压作用下，界面水层在膜孔内产生毛细管流，连续地透在外压作用下，界面水层在膜孔内产

13、生毛细管流，连续地透过膜，溶质则被膜截留下来。过膜，溶质则被膜截留下来。整个装置由若干多孔透水整个装置由若干多孔透水板组成，多孔板的单侧或双板组成，多孔板的单侧或双侧贴有反渗透膜。侧贴有反渗透膜。结构牢固，能承受高压，结构牢固，能承受高压，占地面积不大；占地面积不大；液流状态差，易造成浓差液流状态差，易造成浓差极化，制造费用高。极化，制造费用高。反渗透装置反渗透装置n主要有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维式主要有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维式 把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将一定数量的把膜和支撑物均制成管状，两者装在一起，再将一定数量的管，以一定方式联成一体而组成。管，以一定方式

14、联成一体而组成。 水力条件好，适当调节水流状态可防止浓差极化和膜污染，水力条件好，适当调节水流状态可防止浓差极化和膜污染，能够处理含悬浮固体的溶液。能够处理含悬浮固体的溶液。单位体积中膜面积小，制造和安装费用较高。单位体积中膜面积小，制造和安装费用较高。 管式反渗透装置管式反渗透装置螺旋卷式装置螺旋卷式装置n膜堆密度大，结构紧凑膜堆密度大，结构紧凑n密封较困难，易堵塞，清洗不易密封较困难，易堵塞，清洗不易中空纤维膜是一种细如头发的空心管外径50100m，内径2542m，膜维密度极大不需要膜支撑材料，浓差极化可忽略装置制作工艺技术较复杂，易堵塞，清洗不便，因而对进水预处理要求高。 反渗透工艺流程

15、反渗透工艺流程n预处理预处理p物理法物理法: :沉淀、过滤、吸附、热处理沉淀、过滤、吸附、热处理p化学法化学法: :如氧化、还原、如氧化、还原、pHpH调节调节p光化学法。光化学法。n膜分离膜分离n作为一种分离、浓缩和提纯方法，常见流程有作为一种分离、浓缩和提纯方法，常见流程有一级、一级多段、多级、循环等形式一级、一级多段、多级、循环等形式反渗透工艺流程反渗透工艺流程两级反渗透工艺两级反渗透工艺反渗透法的应用反渗透法的应用n海水和苦咸水的脱盐海水和苦咸水的脱盐n锅炉给水和纯水制备锅炉给水和纯水制备n废水处理与再生废水处理与再生n有用物质的分离和浓缩等有用物质的分离和浓缩等纯净水生产工艺纯净水生

16、产工艺RO在镀镍废水处理中的应用在镀镍废水处理中的应用中空纤维反渗透器处理电镀废水中空纤维反渗透器处理电镀废水其它废水处理其它废水处理n照相洗印废水的处理：照相洗印废水的处理： p底片冲洗水中含硫代硫酸钠约底片冲洗水中含硫代硫酸钠约5g/L5g/L，经反渗透处理，经反渗透处理，处理水中仅含处理水中仅含24mg/L24mg/L，浓缩液中达，浓缩液中达33.2g/L33.2g/Lp采用采用CACA膜，操作压力为膜，操作压力为2.8MPa2.8MPa，水回收率为，水回收率为9090，总盐去除率为总盐去除率为9494。 n造纸废水的处理：造纸废水的处理：p去除去除BOD70BOD708080，COD8

17、5COD859090，色度，色度96969898，Ca 96Ca 969797，水回用率，水回用率8080。第三节：其它膜分离法第三节：其它膜分离法n 超滤超滤p应用孔径为应用孔径为10-200的超过滤膜的超过滤膜p过滤含有大分子或微细离子的溶液过滤含有大分子或微细离子的溶液n 微滤微滤p应用孔径为应用孔径为0.02-10m的多孔膜的多孔膜n 气体膜分离气体膜分离p利用气体组分在膜内溶解和扩散性能利用气体组分在膜内溶解和扩散性能 (即渗透速率即渗透速率)的不同的不同来实现分离来实现分离n 渗透汽化渗透汽化(渗透蒸发渗透蒸发)p利用膜对液体混合物中组分的溶解和扩散性能的不同来实利用膜对液体混合物中组分的溶解和扩散性能的不同来实现其分离现其分离过程过程孔径孔径推动力推动力传递机制传递机制微滤微滤0.0210m压力差压力差105P