膜分离实验报告

膜分离实验报告一、实验目的1.了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。2.掌握RO、NF的适用范围和对象。二、实验原理1.反渗透（RO）反渗透膜的孔径在0.1-1nm之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用，克服渗透膜的渗透压，使溶液中水分子逆方向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而达到去除溶液中大部分离子的目的。为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞RO膜，往往采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，反渗透设备的出水有两股，一股为透过液（淡水），一股为截留液（浓水）。实验采用NaCl、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，表示反渗透膜的处理效果。图1反渗透（RO）示意图2.纳滤（NF）纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤技术是从反渗透中派生出来的一种膜分离技术，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为，纳滤膜存在纳米级的细孔，可以截留95%的最小分子约为1nm的物质。纳滤膜的特点在于：较低的渗透压和较高的膜通透性，因此，可以节能；通过纳滤膜的渗透作用，可以去除多价的离子，保留部分低价的对人体有益的矿物离子。为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞NF膜，同样采用动态的方法来进行纳滤，即在进行纳滤的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持纳滤膜表面始终具有良好的通透性。因此，纳滤设备的出水也有两股，一股为透过液（淡水），一股为截留液（浓水）。实验采用NaCl、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，表示纳滤膜的处理效果。同时将纳滤和反渗透对一价和二价离子的截留效果进行比较，可以知道纳滤膜出水中保留了比反渗透出水中更多的有益矿物离子。三、实验流程与设备整套膜分离装置的四个单元共同安装在一个支架上，由微滤单元和反渗透单元组成设备的1/2，超滤单元和纳滤单元组成设备另外的1/2。图2微滤和反渗透单元工艺流程图图3超滤和纳滤单元工艺流程图四、实验方法1.熟悉设备根据上述的工艺流程图结合实际的实验设备，仔细了解设备的管路连接、流通方向、取水样的位置、各个阀门的控制功能、各个压力表所指示的位置、电气控制箱中各控制开关所控制的对象、各显示仪表所对应的检测点。2.实验用水的准备（1）去离子水的准备实验盐液采用去离子水配制，去离子水由反渗透膜自制。进行反渗透产水之前，必须将水箱中（进水箱、出水箱）的水放光，洗干净。打开进水箱、出水箱之间的连通阀门，向水箱中放满自来水，调节膜进口压力0.7MPa左右，收集反渗透产品水。（已准备好）（2）反渗透实验用水的准备500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去离子水配制。（3）纳滤实验用水的准备与反渗透一样，500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去离子水配制。3.实验操作步骤（1）反渗透实验反渗透实验的目的是检验反渗透膜对离子的截留效果，可从在线电导仪上得到数据来了解离子的截留情况。反渗透膜的淡水电导率远低于浓水的电导率，浓水的电导率略大于进水的电导率。由于电导率近似正比于离子浓度，因此反渗透膜对离子的截留率计算可近似于：由于进行反渗透实验时进水箱、出水箱之间是连通的，加之本实验设备的单位时间处理量较大，因此，实验时的进水量可以开得大一些。具体步骤如下：a.打开增压泵的进水阀4、出水阀6（不要全开），高压泵的进水阀13、出水阀15（不要全开）以及反渗透浓水阀21（不要全开）。注意：这时的阀门9一定要关闭。b.在电器箱上，首先打开反渗透增压泵的电源，等反渗透浓水有水流出并完全排完空气（从浓水流量计观察，水中无气泡）后，开启反渗透高压泵的电源。这时，缓慢调节高压泵的出水阀15和反渗透浓水阀21，使反渗透进水压力在0.8MPa（最高不得超过1.0MPa），浓水流量在600L/h左右，最后通过调节增压泵出水阀6，使增压泵的出水压力在0.08MPa左右。因为阀门15和21的调节不易掌握、随意调动会引起总进膜流量和压力的变动，所以在上述两阀门调节好的情况下，一般不再调节，这样才能稳定反渗透膜的进水条件便于实验。正常运行10min后，可直接读出反渗透产水和浓水的流量、反渗透进水、产水和浓水的电导值，它们的一组数据即可评价反渗透膜的除盐性能。（2）纳滤实验纳滤实验的目的是检测纳滤膜对离子的截留作用，因此，可从在线电导仪上得到的数据来了解离子的截留情况。纳滤膜的淡水电导率应远低于进水的电导率，浓水的电导率略大小进水的电导率。纳滤膜对离子的截留率计算与上述反渗透实验的截留率计算一样。通过NaCl和MgSO4两种不同价态离子溶液的过滤实验，可以测定反渗透和纳滤两种膜对一价和二价离子的不同截留特性。由于进行纳滤实验时进水箱、出水箱之间是连通的，加之本实验设备的单位时间处理量较大，因此，实验时的进水量可以开得大一些。具体步骤如下：a.打开增压泵的进水阀4、出水阀6（不要全开），高压泵的进水阀16、出水阀18（不要全开）以及纳滤浓水阀24（不要全开）。注意：这时的阀门9一定要关闭。b.在电器箱上，首先打开纳滤增压泵的电源，等纳滤浓水有水流出并完全排完空气（从浓水流量计观察，水中无气泡）后，开启纳滤高压泵的电源。这时，缓慢调节高压泵的出水阀18和纳滤浓水阀24，使纳滤进水压力在0.8MPa（最高不得超过1.0MPa），浓水流量在600L/h左右（纳滤总流量尽量与反渗透实验总流量一致），最后通过调节增压泵出水阀6，使增压泵的出水压力在0.08MPa左右。因为阀门18和24的调节不易掌握、随意调动会引起总进膜流量和压力的变动，所以在上述两阀门调节好的情况下，一般不再调节，这样才能稳定纳滤膜的进水条件便于实验。正常运行10min后，可直接读出纳滤产水和浓水的流量、纳滤进水、产水和浓水的电导值，它们的一组数据即可评价纳滤膜的除盐性能。（3）膜清洗实验结束后，应对反渗透膜和纳滤膜进行清洗。反渗透膜的清洗方法为：先排空盐液，向水箱中不断加入自来水，同时将浓水移出水箱，产水另外收集，循环清洗一段时间至原水电导下降至200μs.cm-1以下时，停止加入自来水，并加入已收集的去离子水，同样操作循环清洗至原水电导至10μs.cm-1左右，清洗过程遵循低压大流量的原则。若一段时间不使用反渗透膜，应做好水封以防止其发霉长菌。纳滤膜的清洗方法为：先排空盐液，向水箱中不断加入去离子水，同时将浓水移出水箱，循环清洗至原水电导至10μs.cm-1左右，清洗过程遵循低压大流量的原则。若一段时间不使用纳滤膜，应做好水封以防止其发霉长菌。五、注意事项1.因为这一系列可做微滤和反渗透两种实验，要明确你要做哪种实验，然后开启相对应支路上的阀门，关闭另一支路上的阀门，两只阀门只能有一只处于开启状态。因为实验室电压不足，不具备同时做两种实验的能力。2.反渗透膜和纳滤膜的进水浊度有着严格的要求，所以用作实验材料的浊度严格控制在＜1º。并且每次使用前，必须将水箱清洗干净。3.启动泵前一定要灌泵。六、数据记录与处理记录每组实验下的水温、膜进出口压力、产水和浓水的流量，进水、产水、浓水的电导值，并计算淡水产率以及膜对盐的截留率。项目温度/℃跨膜压差/MPa原水电导/μs.cm-1淡水电导/μs.cm-1原水流量/L.h-1淡水流量/L.h-1浓水流量/L.h-1截留率/%淡水产率/%进口压力出口压力反渗透实验1NaCl溶液（500mg/L）20.30.80.737625.3885032052999.2837.6450.7652MgSO4溶液（1000mg/L）200.790.810472.288529558899.7833.3350.795纳滤实验3NaCl溶液（500mg/L）200.80．875634.087028059295.5132.1840.84MgSO4溶液（1000mg/L）200.790.79100831.388029059096.8832.9520.79实验日期：2011年11月25日原水温度：20~20.3℃工艺参数实验号进水侧压力（Mpa）出水侧压力（Mpa）原水电导率（μs/cm）淡水电导率（μs/cm）浓水电导率（μs/cm）淡水流量/L.h-1浓水流量/L.h-110.80.737625.38120632053020.790.810472.2141129559030.80.875634.0110728059040.790.79100831.31304290590原始数据表：七、实验结果与讨论分别比较1、3和2、4组实验，反渗透膜对一价离子和二价离子的截留效果均比纳滤膜截留效果好。分别比较1、2组和3、4组实验，反渗透膜和纳滤膜均对二价离子的截留效果比一价离子好。八、思考题1.温度变化对膜分离实验有什么影响