膜技术在废水处理中的应用教案课件

1、膜技术在废水处理中的应用教案课件膜技术在废水处理中的应用教案课件一. 膜技术概述1.1 膜技术简介1.2 膜技术的发展1.3 膜技术在废水处理中的应用概述一. 膜技术概述1.1 膜技术简介1.1膜技术简介膜技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术，它是利用特殊制造的具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法。常用的膜技术包括电渗析、超滤、微滤、反渗透和纳滤。电渗析属于以电势梯度作为驱动力，而后四种膜法属于以压力梯度作为驱动力。1.1膜技术简介膜技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门分离压差驱动膜滤去除杂质的范围压差驱动膜滤去除杂质的范围膜技术在废水处理

2、中的应用教案课件常见的膜材料常见的膜材料1.2 膜技术的发展我国50年代开始研究电渗析；60年代开始研究反渗透；80年代以来对各种新型膜分离过程展开了研究，国内膜技术应用逐渐扩大到电力及其他行业，后期纳滤作为一种新型膜分离技术被研究开发；至90年代，膜技术应用在饮用水处理方面取得普及。1.2 膜技术的发展我国50年代开始研究电渗析；60年代开始中国膜技术发展现状中国膜技术发展现状1.3 膜技术在废水处理中的应用概述 膜分离技术是新兴的综合性技术，它涉及多种学科的内容，经过近30年的发展，膜技术已实现了工业化应用，广泛有效地用于海水与苦咸水淡化、石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻

3、工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域，形成了独立的新兴技术产业。1.3 膜技术在废水处理中的应用概述 膜分离技术是新兴的综膜技术用于废水处理的应用范围膜技术用于废水处理的应用范围二. 污水治理中的主要膜过程及其应用2.1 微滤和超滤膜技术（MF和UF）2.2 反渗透和纳滤(RO和NF)2.3 电膜分离技术2.3.1电渗析和倒极电渗析技术(ED和EDR)2.3.2 电去离子技术(EDI)2.3.3 双极膜技术(BMP)2.4 渗透汽化膜分离技术(PV)2.5 膜集成技术二. 污水治理中的主要膜过程及其应用2.1 微滤和超滤膜技术MF和UF都是在静压差的推动力作用下进行的液相分离过程，

4、从原理上说并没有什么本质上的差别，同为筛孔分离过程，微滤和超滤的工作原理如图2-1所示。通常能截留分子量在500500000分子的膜分离过程称为超滤，只能截留更大分子的膜分离过程成为微滤。2.1 微滤和超滤膜技术图2-1 超滤和微滤工作原理浓缩液原料液膜透过液基本原理：MF和UF都是在静压差的推动力作用下进行的液相分离过程，从原UF已广泛应用于各个领域。如食品工业、生物、医药制品的分离提纯、人工肾等。在环保领域，UF已广泛应用于电泳漆废水、造纸废水、染料废水等工业废水的处理。MF采用适当的预处理方法可用于下列废水废液的处理：重金属离子去除；贵金属的回收；日化废水(如洗衣房废水)处理；地下水(如

5、有害废水场、小水体、水池清洁、泉或井)的清理。应用：UF已广泛应用于各个领域。如食品工业、生物、医药制品的分离提在中水回用中，MF、UF工艺目前使用最多的是与活性污泥反应池组成膜生物反应器（MBR），以截留活性污泥和尚未被反应、降解的大分子有机物以及细菌、病毒等微生物，将其送回反应池，继续反应，以提高对污水中有机物、含氯含磷的营养物及细菌、病毒的脱除效果。其典型工艺流程为:(见图2-2)图2-2在中水回用中，MF、UF工艺目前使用最多的是与活性污泥反应池MBR膜技术概述图2-3MBR膜技术概述图2-3膜生物反应器 （MBR） 极为简洁可靠的处理技术膜生物反应器 （MBR） 极为简洁可靠的处理技

6、术MBR的突出优势MBR优势节省建设投资和运行成本，节省宝贵的土地资源。最大限度利用生物技术和膜过滤技术的优势，出水水质稳定。在极低的压差条件下滤除所有的悬浮物和病毒、微生物。十分方便与传统技术对接，升级改造现有污水处理厂。污染治理与水资源利用一体化。具备除磷、脱氮的功能且出水直接满足杂用水水质要求标准。123456MBR的突出优势MBR优势节省建设投资和运行成本，节省宝贵的MBR及超滤在中国污水回用的应用 北京燕山石化厂 Yan Shan Petrochemical, China 日平均处理量: 26,000 m3/d北京清河奥运会污水回用工程Qing he Water Reuse日平均处理

7、量: 80,000 m3/d内蒙古金桥电厂MBR污水处理回用Jin ciao Power Plant MBR日平均处理量: 30,000 m3/d MBR及超滤在中国污水回用的应用 北京燕山石化厂 日本某食品加工厂于1998年建成并运行的一套小型的废水回收处理系统，其处理规模为140T/D。其处理流程见2-4。该厂主要生产冷冻食品，其废水被收集到预先设置的转盘式生物接触器中，再送人初级曝气箱，然后送人浸没式膜生物反应器(MBR)中，MBR出水经消毒后由泵送到冷却水塔和洗涤系统，部分水再送到反渗透装置进一步处理，最后供给锅炉用水。实例：图2-4日本某食品加工厂于1998年建成并运行的一套小型的废

8、水回收处2.2 反渗透和纳滤反渗透和纳滤用于将低分子量的溶质（如无机盐、葡萄糖、蔗糖等）从溶剂中分离出来。反渗透和纳滤的分离原理是相同的，其差别在于分离溶质的大小，反渗透需要使用流体阻力大的致密性膜，因而需要较高的压力；纳滤所需的压力则介于反渗透与超滤之间，其膜孔径在纳米级范围内，有时也称纳滤膜为低压反渗透膜。基本原理：2.2 反渗透和纳滤反渗透和纳滤用于将低分子量的溶质（如无 反渗透原理（a）渗透（b）渗透平衡图2-5 渗透与反渗透现象（c）反渗透P 反渗透原理（a）渗透（b）渗透平衡图2-5 发生反渗透的条件发生反渗透的必要条件是选择性透过溶剂的膜膜两边的静压差必须大于其渗透压差在实际的反

9、渗透过程中膜两边的静压差还要克服透过膜的阻力。因此，在实际应用中需要的压力比理论值大得多。发生反渗透的条件发生反渗透的必要条件是选择性透过溶剂的膜膜两RO反渗透膜工作原理图RO反渗透膜工作原理图RO技术目前主要用于海水和苦咸水淡化，锅炉给水和纯水制备，在废水处理领域中，RO主要用于处理电镀废水、酸性矿山废水、城市污水、照相洗印废水和放射性废水等。可同时实现物料回收和水的净化回用。NF的最大应用领域是水的软化和有机物的脱除。在某些行业也颇具优势，如有机合成工业废液的处理，染料的脱盐、纯化与浓缩，酸液、碱液的处理，含有机溶剂的废液处理，石油开采和提炼过程中的油水分离和灌注水处理，放射性废水处理等。

10、应用：RO技术目前主要用于海水和苦咸水淡化，锅炉给水和纯水制备，在天津海晶集团反渗透海水淡化示范工程：实例：图2-6天津海晶集团反渗透海水淡化示范工程：实例：图2-62.3 电膜分离技术 电膜过程是指电渗析（ED）、倒极电渗析（EDR）、电去离子（EDI）、双极膜（BPM）等膜分离过程，是根据离子交换膜（IEM）的不同应用工艺，选择性地去除液体混合物中的离子而实现的。2.3 电膜分离技术 电膜过程是指电渗析（ED）、倒极电渗2.3.1 电渗析(ED)电渗析（ED）是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性（即阳膜理论上只允许阳离子通过，阴膜理论上只允许阴离子通过），使水中

11、阴、阳离子作定向迁移，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。基本原理：2.3.1 电渗析(ED)电渗析（ED）是在直流电场作用下电渗析原理图图2-7 电渗析原理图电渗析原理图图2-7 电渗析原理图电渗析器的结垢正常运行时。淡水和浓水的PH值为中性，极化时，OH-透过膜进入浓水室，这时阳膜迁移过来的Mg2+、Ca2+因受阳膜的阻挡，则在浓水室的阴膜界面上与OH-发生反应生成沉淀。阴膜阳膜阴膜浓淡浓淡OH-Ca2+Mg2+Ca2+OH-Mg2+图2-8 电渗析的结垢原理电渗析器的结垢正常运行时。淡水和浓水的PH值为中性，极化时，电渗析的极化现象在电渗析过程中，由于膜内反离子的迁移数大于溶液中的迁移

12、数，从而造成淡水隔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，主体溶液中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。电渗析的极化现象在电渗析过程中，由于膜内反离子的迁移数大于溶2.3.2 倒极电渗析（EDR）倒级电渗析器简称EDR，是利用智能电器控制系统与电动或电磁阀门实现自动倒级，主要为了消除膜面沉淀物积累，克服膜堆内部极化沉淀延长电渗析器使用寿命，减少操作人员劳动强度，以期实现智能化操作。基本原理：2.3.2 倒极电渗析（EDR）倒级电渗析器简称EDR，是ED 和EDR已广泛的用于去除水和废水以及各种溶液中的

13、荷电物质，例如：海水淡化，苦盐水脱盐，海水浓缩制盐，乳清、糖、酒、饮料等的脱盐净化，锅炉给水、冷却循环水软化，废水中高价值物质的回收与水的回用，废酸、废碱液净化与回收等。此外，采用电渗析技术可以实现城市污水的完全回用，杀灭饮用水中的细菌和大肠杆菌，脱除果汁中的部分有机酸提高果汁质量，从海藻中提取碘，从工业氢氧化钾中制取氢氧化钾，从发酵液中分离、提取柠檬酸和谷氨酸，感光乳剂处理，卤化物氧化制备其氧化物，脂肪族氧化物生成单烷基酸和醚，酸、碱制备等。应用：ED 和EDR已广泛的用于去除水和废水以及各种溶液中的荷电物齐鲁石化公司循环水排污水的电渗析脱盐工艺循环水排污水加药管道混合器絮凝沉淀水箱双层滤料

14、滤器精密滤器ED回用水池图2-9 循环水排污水的电渗析脱盐工艺流程图实例：项目浊度/NTU总硬/(mg/L)Cl-/ (mg/L)SO42-/(mg/L)总铁/(mg/L)电导率/(S/cm)排污水81080013006008005009000.20.520004000ED出水121502601001602303600.050.18001200表2-1 循环水排污水的电渗析处理水质指标齐鲁石化公司循环水排污水的电渗析脱盐工艺循环水加药管道混合器2.3.3电去离子（EDI）技术电去离子（EDI）也称连续去离子（CDI）技术，或者称填充床电渗析技术，是一种将电渗析和离子交换的优点有机结合起来的新型

15、脱盐技术。图2-10 EDI工作原理图基本原理：2.3.3电去离子（EDI）技术电去离子（EDI）也称连续去在EDI 组件中，进水中的离子发生下列三种迁移：离子与阴、阳树脂发生离子交换而结合到树脂颗粒上。离子在电场的作用下，经树脂颗粒构成的离子通道迁移到浓水室，从而完成水的脱盐过程。在一定的电流密度下，树脂、膜、水之间的界面处因产生浓差极化而迫使水分解成H和OH，从而同时再生了树脂。在EDI 组件中，进水中的离子发生下列三种迁移：离子与阴、阳EDI技术的优点1EDI不像离子交换混床一样需要用酸碱再生，具有自动再生能力，无再生污染水产生，具有环保和连续生产的优势。2EDI单元内由于填充的离子交换

16、剂不断发生交换作用与再生作用而构成的“离子通道”，增加了淡水室的电导率，减弱了电渗析的极化现象，提高了电渗析器的极限电流，从而可以生产出高纯度的产品水，产水水质稳定。3EDI膜堆的设计使其占地面积更少，设备维护和更换方便，容易实现全自动控制，降低了运行及维修费用。EDI技术的优点1EDI不像离子交换混床一样需要用酸碱再生，以EDI为核心的超纯水生产技术日趋成熟，正逐步发展成纯水技术的主流，将对传统的以离子交换树脂床为代表的化学制水技术进行革命性的改造。EDI广泛地应用于电子、电力、生物、制药、化工等诸多领域，是传统离子交换混床工艺的最佳取代技术。此外，EDI技术在低浓度重金属废水处理、化工产品

17、分离浓缩、树脂再生以及与其他水处理技术的集成等方面也显示出潜在优势。应用：以EDI为核心的超纯水生产技术日趋成熟，正逐步发展成纯水技术1971年,前苏联莫斯科放射性废物处理站以ED与EDI组成联合系统试验处理低水平放射性废液。结果表明,一定条件下料液盐质量浓度可由初始的1 0001 200 mg/L降至25mg/L以下,总可降低至原来的1/1001/50,与离子交换法相比,工艺费用大大降低。 Basta等运用EDI工艺从低浓度含Pb2+(质量浓度10 mg/L)溶液中分离Pb2+,去除率达95%以上。Semmens等采用单级EDI现场处理含Cu2+50 mg/L的电镀漂洗水,结果不仅使Cu2+

18、质量浓度浓缩至4 000 mg/L,还获得了高质量的纯水。 Yeon等对采用不同构造的EDI装置对核电厂循环冷却水进行处理,结果发现冷却水中的主要金属离子Co2+含量降低了97%以上。Spoor等对EDI处理低浓度含Ni2+溶液进行了深入研究,并进行了约3个月的中试实验。结果表明,含5 mg/LNi2+的电镀漂洗水经EDI处理后淡水中镍质量浓度可将至02 mg/L以下。实例：实例：2.3.4 双极膜（BMP）技术双极性膜，它是一种新型离子交换复合膜，它一般由阴离子交换层(P型膜)，和阳离子交换层(N型膜)及中间接口亲水层(催化层)组成。在直流电场作用下，从膜外渗透入膜问的水分子即刻分解成H+和

19、OH-，可作为H+和OH-的供应源。双极性膜，是近年来发展比较迅猛的一种新膜，他从离子膜中分开并单独成为比较活跃的研究领域。2.3.4 双极膜（BMP）技术双极性膜，它是一种新型离子交双极膜电渗析原理以三室电渗析器(见图2-11)制备酸碱为例，两极间的膜堆由一张阴膜、一张双极膜和一张阳膜依次排列而成。Na2S04或其他盐溶液进入阴膜与阳膜之间，通直流电后， Na+和S042-分别进入两侧的隔室中，与双极膜生成的H+和OH-分别生成H2S04和NaOH。实验结果表明，利用双极膜电渗析法生产的成本仅为传统电解过程的1/32/3。基本原理：双极膜电渗析原理以三室电渗析器(见图2-11)制备酸碱为例，

20、图2-11 三室电渗析器的双极膜电渗析原理双极膜图2-11 三室电渗析器的双极膜电渗析原理双极膜污染控制和资源回收:HF和混合酸的回收、硫酸的回收、废气脱硫、纸浆漂白工序中NaOH 的循环回收利用等。化工过程中的应用:分离回收各种有机酸、氨基酸、蛋白质等有高附加值的产品。其他应用：如将双极性膜反着使用，可以把氢离子和氢氧根离子反应成水的能量变为电能；在电场作用下，双极性膜还可以起到分子筛作用，用于气体分离；单独使用双极性膜可以进行电解反应。应用：污染控制和资源回收:HF和混合酸的回收、硫酸的回收、废气脱硫双极膜电渗析法生产葡萄糖酸实例：图 2- 12 双极膜电渗析法生产葡萄糖酸双极膜电渗析法生

21、产葡萄糖酸实例：图 2- 12 双极膜电渗析2.4 渗透汽化膜分离（PV）技术渗透汽化过程(Pervaporation，简称PV，国内又称为“渗透蒸发，)是一种新型的膜分离过程，是利用混合液中各组分被高分子膜选择吸附溶解，及其在膜中扩散速度的不同，通过渗透与蒸发将各组分分开。从而分离或富集有机混合物中的某一组分。2.4 渗透汽化膜分离（PV）技术渗透汽化过程(Pervap将欲分离的有机混合液(供给液)置于膜的一侧，另一侧抽真空或让快速流动的惰性气体通过，这样，供给液(欲分离体系)中的各液体组分选择性溶解、扩散透过膜，然后从膜的透过侧表面气化，蒸气直接放空或被冷却重新转变为液态，从而达到浓缩分离

22、的目的。图2-13 渗透汽化分离原理基本原理：将欲分离的有机混合液(供给液)置于膜的一侧，另一侧抽真空或让渗透汽化传递过程Phase 1Phase 2Phase 3料液中渗透组分的液体分子在膜上游侧表面溶解；然后扩散通过膜最后在膜下游侧解吸进入汽相。溶解扩散模型渗透汽化传递过程Phase 1Phase 2Phase 3料渗透汽化过程的特点(1)高效。选择合适的膜，单级就能达到很高的分离度。(2)能耗低。一般比恒沸精馏法节能1/22/3。(3)过程简单，附加的处理少，操作方便。(4)过程不引入其它试剂，产品和环境不会受到污染(5)便于放大及与其它过程藕合和集成。渗透汽化过程的特点(1)高效。选择

23、合适的膜，单级就能达到很高渗透汽化膜分离技术是一种新兴的膜分离技术,已经在有机溶剂脱水、盐类分离、工业废水处理、化学分析等领域得到了广泛的应用。它特别适用于蒸馏法较难分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物及同分异构体的分离；对有机溶剂和混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势；还可以同生物及化学反应藕合，将反应生成物不断脱除，提高反应转化率。应用：渗透汽化膜分离技术是一种新兴的膜分离技术,已经在有机溶剂脱水PV法用于乙醇/水混合液的分离实例：图2-14 PV法用于乙醇/水混合液的分离PV法用于乙醇/水混合液的分离实例：图2-14 PV法用于2.5 膜集成技

24、术每一种膜技术都有特定的性能和适应范围，能胜任一定的分离问题。然而，在许多场合，仅由一个膜过程完成一个废水深度处理或物料精细分离的任务，往往其处理结果和获得的效益是难以令人满意的。集成各种膜过程，优化膜分离性能，可以取得用一种膜技术根本无法实现的效果。基本原理：2.5 膜集成技术每一种膜技术都有特定的性能和适应范围，能常用的膜集成技术微滤/反渗透膜集成技术纳滤（超滤）/反渗透膜集成技术电膜/反渗透膜集成技术膜生物反应器/反渗透膜集成技术电渗析/超滤/反渗透膜集成技术常用的膜集成技术微滤/反渗透膜集成技术双膜分离技术深度处理电镀废水实例：图2-15 双膜分离技术深度处理电镀废水双膜分离技术深度处

25、理电镀废水实例：图2-15 双膜分离技术膜集成技术提取甘露醇工艺实例：自来水浸泡预处理提碘中和ED一次除盐UF净化RO浓缩ED二次除盐离子交换蒸发结晶离心脱水烘干包装成品海带渣综合利用碘提胶浓缩水回用图2-16 膜集成技术提取甘露醇工艺流程膜集成技术提取甘露醇工艺实例：自来水浸泡预处理提碘中和ED一三.膜技术的发展前景能耗低，节能处理效率高适用的范围广不污染环境装置简单,容易操作和控制,便于维修自控性强，便于管理和运行，有利于产业化发展膜技术的优点三.膜技术的发展前景能耗低，节能处理效率高适用的范围广不污染膜技术的发展前景淡水资源开发饮用水处理工业废水的脱色垃圾填埋场渗滤液石油化工膜生物反应器

26、膜材料膜技术间的组合使用膜技术与常规的水处理技术联合使用膜技术同其他工程科学的结合发展前景膜技术的发展前景淡水资源开发膜材料发展前景参考文献李明膜技术在工业上的应用河北化工，2008，31（9）：4852朱茂电渗透汽化膜分离技术及其在化工生产上的应用化工技术与开发，2007，36(10):2932刘茉娥，蔡邦肖等膜技术在污水治理及回用中的应用北京：化学工业出版社，2005李圭白，张杰水质工程学北京：建筑工业出版社，2007付林，王建友电去离子技术的应用与研究进展现代化工，2008，28（7）：1623杨凯，陈建林等渗透气化膜分离技术在环保中的应用环境科学与技术，2004，27（5）：10510

27、7包亚强，魏立安反渗透技术处理与回用电镀废水的研究江西科学，2008，26（5）：781784周军，王艳军等电渗析技术在工业废水处理中应用的研究节能与环保，2007，7：3337参考文献李明膜技术在工业上的应用河北化工，2008，31陈卫玮 MBR膜生物处理技术及其在废水回用中的应用和进展技术与应用，2007，8：5257闫晓，汪建根，牛涛涛膜集成技术在水处理中的应用能源环境保护，2009，23（2）：1114巫炳坤，程于炬等渗透气化膜分离技术现代化工，1988，8(3)：5057李振玉，李振宇，牛涛涛电去离子技术在水处理中的应用辽宁化工，2008，37(10)：679681太南双膜分离技术深

28、度处理电镀废水黑龙江科技信息，2009，25：8、299郭岭志，施培俊等一种新型膜技术双极膜的特性及应用环境科学导刊，2008，27（4）：1719杨惠琳，王庚平，王应平膜技术在废水处理中的应用及发展前景甘肃环境研究与监测，2001，14（4）：241242胡昕膜技术在工业水处理中的应用硫酸工业，2008（3）：3236 陈卫玮 MBR膜生物处理技术及其在废水回用中的应用和进展王路海，韩雪梅等双极性膜电渗析技术及其应用河南化工，2001，（04）：13杨金贤，张军良等.双极膜电渗析技术及应用化工新型材料，2004，32（12）：1315廖尚志，莫剑雄双极膜的发展和应用水处理技术，1995，21（6）：311318陈红霞水处理中膜技术的应用与展望山东化工，2005，34：814曹国凭，赵萍，李文洁膜法水处理技术研究进展与发展趋势水利科技与经济，2006，12（8）：539543张文广膜分离技术在废水处理中的关键技术中国粉体工业，2009，3：14王路海，韩雪梅等双极性膜电渗析技术及其应用河南化工，20Thank you ! Thank you ! 1.2 膜技术的发展我国50年代开始研究电渗析；60年代开始研究反渗透；80年代以来对各种新型膜分离过程展开了研究