水的除盐与咸水淡化下学习教案

1、会计学1水的除盐与咸水水的除盐与咸水(xin shu)淡化下淡化下第一页，共50页。 离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为阳膜与阴膜、按其膜体结构，可区分为异相膜、均相，主要分为阳膜与阴膜、按其膜体结构，可区分为异相膜、均相膜、半均相膜膜、半均相膜3种。异相膜的优点是机械强度种。异相膜的优点是机械强度(qingd)好、价格好、价格低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水性大。均相膜则相反。低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水性大。均相膜则相反。 异相模通常是具有交换基团的聚合电解质异相模通常是具有交换基团的聚合电解质(树脂树脂)

2、与成膜材料与成膜材料(粘合剂粘合剂)粘合生成薄膜，井加粘合生成薄膜，井加入衬网而制成。入衬网而制成。 这种膜中的聚合电解质并不是连续的，它这种膜中的聚合电解质并不是连续的，它的化学性能不均匀，如下图所示，在没合电解的化学性能不均匀，如下图所示，在没合电解质之间为成膜材料所充满，故叫异相膜，质之间为成膜材料所充满，故叫异相膜， 膜中膜中离子的迁移或靠聚合电解质颗粒之间的接触，离子的迁移或靠聚合电解质颗粒之间的接触，或借颗粒之间存在或借颗粒之间存在(cnzi)的溶液，成当两者同的溶液，成当两者同时存在时存在(cnzi)时发生。时发生。第2页/共50页第二页，共50页。 均相膜指整张膜完全是按离子交

3、换树脂的制造工艺制成的，是将树脂的均相膜指整张膜完全是按离子交换树脂的制造工艺制成的，是将树脂的母体连接起来，成为连续的膜状物，在这种膜中聚合母体连接起来，成为连续的膜状物，在这种膜中聚合(jh)电解质和成膜材电解质和成膜材料之间发生了化学结合而成为共聚体。料之间发生了化学结合而成为共聚体。 如下图所示。由于这种膜的化学性能是均匀的，膜的各部分具有相同特如下图所示。由于这种膜的化学性能是均匀的，膜的各部分具有相同特性，是单相的，故叫均相膜。性，是单相的，故叫均相膜。 半均相膜的聚合电解质与成膜材料混合得十分均匀，它的化半均相膜的聚合电解质与成膜材料混合得十分均匀，它的化学性能的均匀性可以学性能

4、的均匀性可以(ky)大为提高，但两者之间没有化学结合。大为提高，但两者之间没有化学结合。第3页/共50页第三页，共50页。第4页/共50页第四页，共50页。第5页/共50页第五页，共50页。(2)膜电阻膜电阻(dinz)：膜电阻：膜电阻(dinz)与电渗析所需要的电压有密切的关系。与电渗析所需要的电压有密切的关系。电阻电阻(dinz)越小，所需电压越低。膜电阻越小，所需电压越低。膜电阻(dinz)一般用膜的电阻一般用膜的电阻(dinz)率乘以膜的厚度表示，单位为率乘以膜的厚度表示，单位为cm 2。第6页/共50页第六页，共50页。第7页/共50页第七页，共50页。)(21)(21221212C

5、CCCCCCxxCClCl即，当膜一侧NaZ浓度非常大时，X趋近于0，此时(c sh)膜另一侧的Cl-几乎不能透过膜来。第8页/共50页第八页，共50页。Cl-(xu nz)透过性相应降低。阴离子交换膜原理相同。第9页/共50页第九页，共50页。第10页/共50页第十页，共50页。 为降低电极反应为降低电极反应(fnyng)在总能量消耗中所占的比例，工业生产中在总能量消耗中所占的比例，工业生产中组成多膜电渗析槽，称为电渗析器。组成多膜电渗析槽，称为电渗析器。 在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力以及受到的

6、阻力以及(yj)进行电极反应。运行时，进水分别地不断流经浓室进行电极反应。运行时，进水分别地不断流经浓室、淡室以及、淡室以及(yj)极室。极室。 淡室出水即为淡化水，浓室出水即为浓盐水，被室出水不断排除电淡室出水即为淡化水，浓室出水即为浓盐水，被室出水不断排除电极过程的反应物质，以保证电渗析的正常进行。极过程的反应物质，以保证电渗析的正常进行。第11页/共50页第十一页，共50页。第12页/共50页第十二页，共50页。第13页/共50页第十三页，共50页。第14页/共50页第十四页，共50页。第15页/共50页第十五页，共50页。第16页/共50页第十六页，共50页。第17页/共50页第十七页

7、，共50页。第18页/共50页第十八页，共50页。第19页/共50页第十九页，共50页。第20页/共50页第二十页，共50页。极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。 (1)降低电流放率降低电流放率 由于极化时、导致水分子大量解离，在电由于极化时、导致水分子大量解离，在电场作用下，水的解离造成场作用下，水的解离造成H和和OH离子的迁移，可见其部离子的迁移，可见其部分电能消耗在水的解离和与脱盐无关分电能消耗在水的解离和与脱盐无关(wgun)的的H和和OH离子迁移上，使电流放率下降。离子迁移上，使电流放率下降。 (2)降低除盐率和产率降低除盐率和产率 极

8、化会在浓水室阴膜表面上产生沉淀极化会在浓水室阴膜表面上产生沉淀，形成水垢，对运行带来不良的影响。，形成水垢，对运行带来不良的影响。 (3)淡水淡水pH值下降。值下降。第21页/共50页第二十一页，共50页。第22页/共50页第二十二页，共50页。 电渗析法水处理除盐工艺系统可以分两种：一种是电渗析器本体的工艺电渗析法水处理除盐工艺系统可以分两种：一种是电渗析器本体的工艺系统；另一种是电渗折器和其他水处理设备的组合系统；另一种是电渗折器和其他水处理设备的组合(zh)系统。系统。 (一一)电渗析器木体的工艺系统电渗析器木体的工艺系统 选则经济合理的电渗析工艺系统选则经济合理的电渗析工艺系统(即除盐

9、方式即除盐方式)，是设计电渗析除盐水处理，是设计电渗析除盐水处理工艺的一个重要部分。一般应根据原水水质、用水水量、用水水质要求等，工艺的一个重要部分。一般应根据原水水质、用水水量、用水水质要求等，通过技术经济比较后确定。常用的除盐方式有直流式、循环式和部分循环式通过技术经济比较后确定。常用的除盐方式有直流式、循环式和部分循环式三种，如下图所示。三种，如下图所示。第23页/共50页第二十三页，共50页。第24页/共50页第二十四页，共50页。第25页/共50页第二十五页，共50页。 (1)频繁倒极电渗析工艺：配有自动化控制，每小时倒换电极频繁倒极电渗析工艺：配有自动化控制，每小时倒换电极2-3次

10、，对于次，对于消除和防止结垢有良好效果。消除和防止结垢有良好效果。 (2)提高电渗析器的水利用率：采用浓水循环并加入少量盐酸的方法，使提高电渗析器的水利用率：采用浓水循环并加入少量盐酸的方法，使水利用率提高到水利用率提高到7090。 (3)高温电渗析：将进水加热到高温电渗析：将进水加热到7075，电渗析工效大为提高，电耗显，电渗析工效大为提高，电耗显著下降，但要求膜能耐高温、耐化学侵蚀、强度好。著下降，但要求膜能耐高温、耐化学侵蚀、强度好。 (4)不解体清洗的电渗析：研制出有效的化学清洗液，用以清除膜面附着不解体清洗的电渗析：研制出有效的化学清洗液，用以清除膜面附着物物(软垢软垢)，可使装置在

11、，可使装置在23年内不必拆开清洗。年内不必拆开清洗。 (5)鼓泡式电渗析：借助于放入气泡的搅动作用来提高传质效果，并能清鼓泡式电渗析：借助于放入气泡的搅动作用来提高传质效果，并能清除膜面污染，该装置不设置隔网，预处理亦可简化除膜面污染，该装置不设置隔网，预处理亦可简化(jinhu)，由于借空气，由于借空气的提升力，即可注入水，给水泵亦可省去。的提升力，即可注入水，给水泵亦可省去。 (6)与其它脱盐技术相组合的除盐工艺研究：如与离子交换联合组成适应与其它脱盐技术相组合的除盐工艺研究：如与离子交换联合组成适应范围更广的电渗析离子交换除盐系统。范围更广的电渗析离子交换除盐系统。第26页/共50页第二

12、十六页，共50页。 用只能让水分子透过用只能让水分子透过(tu u)，而不允许溶质透过，而不允许溶质透过(tu u)的半透的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过(tu u)。结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，此即所谓。结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，此即所谓渗透过渗透过(tu u)程，如右图所示。程，如右图所示。第27页/共50页第二十七页，共50页。第28页/共50页第二十八页，共50页。第29页/共50页第二十九页，共50页。第30页/共50页第三十页，共50页。1.8*105M3

13、/moln实际耗能量比理论值大的多。第31页/共50页第三十一页，共50页。 反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半透膜。用于水的淡反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半透膜。用于水的淡化除盐的膜按物理化除盐的膜按物理(wl)形态可分为：对称膜、不对称膜和复合膜。对称膜又形态可分为：对称膜、不对称膜和复合膜。对称膜又称均质模；复合膜通常是用两种不同的膜材料，分别制成表面活性层和多孔称均质模；复合膜通常是用两种不同的膜材料，分别制成表面活性层和多孔支撑层；不对称膜指膜的断面为不对称结构，主要有醋酸纤维素膜和芳香族支撑层；不对称膜指膜的断面为不对称结构，主要有醋酸纤维素膜和芳香族聚

14、酰胺膜两大类。聚酰胺膜两大类。 醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜(CA膜膜)的断面可分成表皮层、过渡层和支撑层三部分。表的断面可分成表皮层、过渡层和支撑层三部分。表皮层结构致密，孔径皮层结构致密，孔径0.8lnm，厚约，厚约0.25um，起脱盐的关键作用。表皮层下，起脱盐的关键作用。表皮层下面为孔径约面为孔径约20nm的过渡层，其下为结构疏松、孔径为的过渡层，其下为结构疏松、孔径为100400nm的多孔支撑的多孔支撑层，膜总厚度约层，膜总厚度约100um，含水量占，含水量占60左右。左右。 第32页/共50页第三十二页，共50页。第33页/共50页第三十三页，共50页。 选择性吸着毛细管流机理是以吉布

15、斯吸附式为依据，认为选择性吸着毛细管流机理是以吉布斯吸附式为依据，认为膜表面由于亲水性原因，能选择吸附水分子而排斥盐分，因面在膜表面由于亲水性原因，能选择吸附水分子而排斥盐分，因面在固液界面上形成厚度为两个固液界面上形成厚度为两个(lin )水分子水分子(1nm)的纯水层。在的纯水层。在施加压力作用下，纯水层中的水分于便不断通过毛细管流过反渗施加压力作用下，纯水层中的水分于便不断通过毛细管流过反渗透膜透膜(见上图见上图)。膜表皮层具有大小不同的极细孔隙，当其中的孔。膜表皮层具有大小不同的极细孔隙，当其中的孔隙为纯水层厚度的一倍隙为纯水层厚度的一倍(2nm)时，称为膜的临界孔径，可达到理想时，称

16、为膜的临界孔径，可达到理想的脱盐效果。的脱盐效果。 当孔隙大于临界孔径，透水性增大，但盐分容易从孔隙中透当孔隙大于临界孔径，透水性增大，但盐分容易从孔隙中透过，导致脱盐率下降。反之若孔隙小于临界孔径，脱盐率增大过，导致脱盐率下降。反之若孔隙小于临界孔径，脱盐率增大，而透水性则下降。，而透水性则下降。第34页/共50页第三十四页，共50页。4，反渗透淡化装置、工艺流程，反渗透淡化装置、工艺流程(n y li chn)与布置系统：与布置系统：装置：装置： 卷式、中空纤维式膜组件卷式、中空纤维式膜组件(元件元件)由于膜的充填密度大、单位由于膜的充填密度大、单位(dnwi)体积膜组件的处理量大，常用于

17、大水量的脱盐处理；而对体积膜组件的处理量大，常用于大水量的脱盐处理；而对含悬浮物、粘度较高的溶液，则主要采用管式及板式膜组件。含悬浮物、粘度较高的溶液，则主要采用管式及板式膜组件。 目前反渗透装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式目前反渗透装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式4种类型。种类型。 工业上应用最多的是卷式和中空纤维式膜组件，它占据了绝大多工业上应用最多的是卷式和中空纤维式膜组件，它占据了绝大多数天然水的脱盐和海水淡化市场。其中卷式膜组件是在天然水脱盐数天然水的脱盐和海水淡化市场。其中卷式膜组件是在天然水脱盐中使用最广泛的反渗透组件。中使用最广泛的反渗透组件。第35页/共50页第三十五

18、页，共50页。 卷式装置卷式装置(zhungzh)如右图所示，如右图所示，把导流隔网、膜和多孔支撑材料依次把导流隔网、膜和多孔支撑材料依次迭合，用粘合剂沿三边把两层膜粘结迭合，用粘合剂沿三边把两层膜粘结密封，另一开放边与中间淡水集水管密封，另一开放边与中间淡水集水管联接，再卷绕一起。联接，再卷绕一起。 含盐水由一端流入导流隔网，从另含盐水由一端流入导流隔网，从另一端流出，透过膜的淡化水沿多孔支一端流出，透过膜的淡化水沿多孔支撑材料流动，由中间集水管引出。撑材料流动，由中间集水管引出。 中空纤维式装置是把一束中空纤维式装置是把一束(y sh)外径外径50100 m、壁厚、壁厚1225m的中的中空

19、纤维弯成空纤维弯成U形，装于耐压管内，纤维开口端固定在环氧树脂管板中，并露形，装于耐压管内，纤维开口端固定在环氧树脂管板中，并露出管板。透过纤维管壁的淡化水沿空心通道从开口端引出。该装置特点是出管板。透过纤维管壁的淡化水沿空心通道从开口端引出。该装置特点是，膜的装填密度最大而且不需外加支撑材料。，膜的装填密度最大而且不需外加支撑材料。第36页/共50页第三十六页，共50页。第37页/共50页第三十七页，共50页。 反渗透法工艺流程由预处理、膜分离以及后处理反渗透法工艺流程由预处理、膜分离以及后处理3部分组成。部分组成。 预处理要求进水水质达到规定指标，并且应加酸预处理要求进水水质达到规定指标，

20、并且应加酸调节进水调节进水pH值到值到5.56.2，以防止某些溶解固体沉，以防止某些溶解固体沉积膜面而影响产水量。积膜面而影响产水量。 根据生产用水的使用要求，后处理方法有根据生产用水的使用要求，后处理方法有pH调整调整(tiozhng)、杀菌、终端混床、微孔过滤或超滤等、杀菌、终端混床、微孔过滤或超滤等工序。工序。第38页/共50页第三十八页，共50页。第39页/共50页第三十九页，共50页。第40页/共50页第四十页，共50页。第41页/共50页第四十一页，共50页。第42页/共50页第四十二页，共50页。第43页/共50页第四十三页，共50页。越滤分离的特性有：越滤分离的特性有： (1)分离过程不发生相变化、耗能量少；分离过程不发生相变化、耗能量少； (2)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制剂及某些药品等的浓缩或者提纯(tchn)； (3)分离过程仅以低比压泵提供的压力作为推动力。设备及工艺流程分离过程仅以低比压泵提供的压力作为推动力。设备及工艺流程简单、易于操作、管理及维修；简单、易于操作、管理及维修； 4)适用范围广，凡溶质分子量为适用范围广，凡溶质分子量为50050000道尔顿或者溶质尺寸大小道尔顿或者溶质尺寸大小为为50100