膜分离装置PPT课件

.,1,膜分离设备,welcome,.,2,一、膜分离设备分类及分离原理,膜分离：是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。膜分离设备：利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备。,.,3,，膜分离设备,电渗析设备反渗透设备超滤设备渗析设备纳滤设备微滤设备,水处理工艺中常用的三种膜分离设备,.,4,1.电渗析器,原理：利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择性，在直流电场的作用下，使溶液中的阴、阳离子在隔室内发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。,.,5,电渗析器工作原理图,.,6,2.反渗透设备,原理：反渗透亦称逆渗透（RO）。是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜（或称半透膜）分离出来。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。,.,7,反渗透分离原理图,.,8,3.超滤、微滤和纳滤设备,原理：膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在介质压力的作用下，小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径分大分子溶质则被截留。,.,9,膜上的微孔尺寸决定膜的分离性质超滤膜：截留颗粒0.0011m,分子量在50050000之间；纳滤：分子颗粒1nm,分子量在200以上的溶解性组分；反渗透：截留颗粒0.00010.001m,.,10,为了使溶液或废水能够透过滤膜，克服通过过滤膜的阻力，需要加压,跨膜压差,微滤操作：超滤：纳滤：反渗透：,0.10.3MPa0.31.0MPa2.0MPa左右大于2.8MPa,.,11,超滤、微滤和纳滤工作原理示意图,.,12,压力推动膜工艺分类的示意图,.,13,二、膜的分类,从相态上分：,固膜液膜气膜,按形态分按结构分,平面膜管状膜中空纤维膜,对称膜非对称膜,.,14,（1）对称膜：又称为均质膜，是一种均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同。包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种。传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。（2）非对称膜：横断面具有不对称结构。包括一体化非对称膜和复合膜两类。分离效能主要或完全由很薄的皮层决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多。,.,15,从来源上分：,天然膜合成膜,从膜的功能分：,离子交换膜反渗透膜超滤膜微滤膜纳滤膜气体渗透膜,.,16,（一）.离子交换膜,1、定义：一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。在应用时主要利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。2、组成：离子交换膜可以分为基膜和活性基团两大部分。基膜：具有立体网状结构的高分子化合物；活性基团：由具有交换作用的阳(或阴)离子和与基膜相连的固定阴(或阳)离子所组成。,.,17,离子交换膜按结构分为均相、半均相、异相膜三种。均相膜：是由具有离子交换基团的高分子材料直接成膜，组织是完全均一的。半均相：宏观结构是均匀的，成膜材料和聚电解质虽然混合的很均匀，但两者之间没有化学的结合。异相膜：由离子交换树脂粉末加粘合树脂制成，组织不均匀。,.,18,3.离子交换膜的基本性能：1）交换容量，指每千克干膜所含交换基团的毫克当量数。2）含水率，指工作状态下每克干膜的含水克数。,.,19,.,20,（二）反渗透膜,作用机理：利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是水）而截留离子物质性质，以膜两侧静压差为推动力，克服渗透压，使溶剂通过反渗透膜实现对液体混合物进行分离的过程反渗透将料液分成两部分：透过膜的是含溶质很少的溶剂，称为渗透液；未透过膜的液体，溶质浓度增高，称为浓缩液。操作压差一般为1.510.5MPa，截留组分为小分子物质。,.,21,渗透和反渗透,分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用,.,22,反渗透法应用：海水和苦咸水脱盐制饮用水；制备医药、化学工业中所需的超纯水；用于处理重金属废水用于浓缩过程，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味。包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中牛奶的浓缩。,.,23,反渗透膜法海水淡化,嵊泗1000吨/日反渗透海水淡化装置,（三）超滤膜,作用机理：超滤又称超过滤，用于去除废水中大分子物质和微粒。超滤之所以能够节流大分子物质和微粒，其机理是：膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。而一般认为主要是筛分作用。超滤是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一般为6000到50万，孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa。,.,25,（四）纳滤膜,纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种，以适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演变发展而来的。纳滤(NF，Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量范围约为MWCO3001000，能截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水。,纳滤膜的特点,纳滤膜的截留率大于95%的最小分子约为nm,故称之为纳滤膜。从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。其表面分离层由聚电解质构成。能透过一价无机盐，渗透压远比反渗透低，故操作压力很低。达到同样的渗透通量所必需施加的压差比用RO膜低0.53MPa，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”(LooseRO)。,纳滤膜分离机理示意图,（五）微滤膜,微滤过程中使用的膜也是微孔膜。微滤膜多数为对称膜，其中最常见的是曲孔型，结构类似于内有相连空隙的网状海绵；另外还有一种毛细管型，膜孔呈圆筒状垂直贯通膜面。,.,30,三、膜分离装置,膜分离系统组成1、膜分离系统的构成膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等2、常用膜组件的类型板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式,.,31,（一）板框式膜分离装置,1、基本部件平板膜、支撑盘、间隔盘。三种部件相互交替、重叠、压紧。,.,32,2.特点组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；操作比较方便。板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度要求较高。3、应用超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）,.,33,板框式膜装置,.,34,.,35,（二）管式膜分离装置,1、基本部件管状膜、圆筒形支撑体、管束板、不锈钢外壳、端部密封2、特点流动状态好，流速易控制；结构简单，容易清洗，安装、操作方便；装填密度较小，单位体积内有效膜面积小；耐高压，无死角，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液，比其他形式应用更为广泛。,.,36,3、类型与结构管式膜组件又分为内压型和外压型两种。内压型有单管式和管束式两种。,.,37,.,38,.,39,.,40,（三）螺卷式膜分离装置,1.基本组成由耐压套管、膜组件、穿孔管组成。膜组件由平膜、导水垫层、格网组成.2.特点结构紧凑，装填密度高制作简单，安装、操作方便适合低流速、低压下操作制作工艺复杂，膜清洗困难,.,41,.,42,.,43,.,44,3、工作过程原料从端部进入组件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出，浓液则从组件另一端排出。,.,45,.,46,.,47,（四）中空纤维式膜分离装置,其膜组件用细径的中空纤维膜组装而成，一般为外压式。所用的中空纤维膜，在内壁或内、外壁形成表层。将许多根中空纤维捆成膜束，膜束外侧