微滤、超滤、纳滤1102jxb分析

1、大连理工大学大连理工大学 化工学院化工学院 贺贺高红高红 教授教http:/ 一、微滤过程简介 二、超滤过程简介 三、纳滤过程简介21.1 微滤发展史1.2 微滤特点1.3 微滤分离原理1.4 微滤操作模式1.5 微滤过程数学模型1.6 膜材料及制备方法1.7 微滤应用1.8 微滤小结一、微滤过程简介3关键字： Microfiltration微滤过程研究现状4一、微滤过程简介v 1907年，Bechhold等人制得系列化多孔火胶棉，发表了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告，首先提出了采用气泡法测量微孔及 滤膜孔径 v 1918年，Zsigmondy等人最早提出规模化生产

2、硝化纤维素微孔滤膜的方法，并于1921年获得专利 v 1925年，德国在哥丁根(Gottingen)成立了世界上第一个微孔滤膜公司-Sartorius Gmbh，专门生产和经销胶棉微孔滤膜 1.1 微滤过程发展历史5v1947年英、美等国相继成立了工业生产机构，开始生产硝化纤维素微孔滤膜，并将其用于水质和化学武器的检测 v 1954 Millipore Corporation成立v 1960年Sourirajan和Loeb公布了著名的L-S膜制备工艺v 1963年啤酒低温消毒v 20世纪60年代后，随着聚合物材料研发、成膜机理研究和制膜工艺改进，微孔滤膜品种增加，拓宽了应用领域v 1971年，

3、提出错流操作 Cross-flow filtration described.6v 1972年，折叠盒膜过滤Pleated cartridge membrane filters introduced.v 1985年，陶瓷膜管式微滤膜组件 Membralox (now a division of US filter) ceramic tubular microfiltration modules produced.v 1990年，提出第三种微滤过滤方式-半死端操作a third type of microfiltration operating system called semi-dead-e

4、nd filtration has emerged.v 1993年，第一座市政膜法水处理建成 first municipal water treatment plants installed.71.2 微滤特点1. 微滤（MF）又称微孔过滤，其基本原理是筛分过程。2. 微滤膜是指一种孔径为0.110m、高度均匀、具有筛分作用为特征的多孔固体连续介质3. 膜结构：根据微孔的形状不同，微滤膜可以分为 柱状孔膜和弯曲孔膜8（1）柱状孔膜（用作筛分过滤器screen filter）弯曲孔膜（深度型）-微孔结构为交错连接的曲折孔道的网络，孔隙率高柱状孔膜（筛网型）-微孔结构为几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛

5、细孔结构，孔隙率低 （2）弯曲孔膜（用作深度过滤器（depth filter）9横截面对比101.2 微滤膜的种类微滤膜多为对称膜微滤膜孔径范围：0.0510m；微滤膜厚：10150 m微滤膜分离机理：筛分机理微滤过程推动力：压力差：0.10.3MPa微滤膜的种类：1、陶瓷膜：Al2O3, ZrO2, TiO22、多孔玻璃：SO23、多孔金属：不锈钢4、聚合物膜孔隙率70-8011筛分过滤：膜表面的小孔,截留比其孔径大的颗粒物。特点-模孔小,且比较均一，颗粒物截留在表面深度过滤：膜表面的微孔相对比较大，颗粒物通过表面进入到膜孔内而被截留或膜壁吸附。特点-大颗粒截留在表面，小颗粒吸附在膜孔内 筛

6、分过滤和深度过滤12微滤膜典型界面结构二、微滤特点13微滤膜典型孔结构大空腔Macrovoid 海绵孔Sponge pore 指状孔the finger-like pore 细缝网状孔mesh pore 二、微滤特点141.3 微滤分离原理v 微滤分离基本原理通常认为其是筛分机理。v 微滤膜的物理结构对膜的截留机理对分离效果起决定性作用。此外，吸附和电性能等因素对截留也有一定的影响。a一在膜的表面层截留 ； b在膜内部的网络中截留15截留机理大体可分为四种：1. 机械截留作用 即筛分作用，可截留比膜孔径大或与孔径相当的微粒等杂质2. 物理作用即吸附截留作用。膜表面的吸附和电性能对截留起着重要的

7、作用3. 架桥作用 形成滤饼4. 网络型膜的网络内部截留作用 微粒截留在膜的内部而不是在膜的表面 a一在膜的表面层截留 ； b在膜内部的网络中截留161.4 微滤过程的操作方式1、直流过滤（死端过滤）或静态操作法2、错流过滤（动态操作法） 17渗透物进料pFpP静态操作法“死端式过滤”18动态操作法“横向流动”渗透物进料pFpP19微滤遇到的主要问题浓差极化和膜污染导致渗透量下降采取的措施：（1）预先过滤除去料液中的大颗粒；（2）增加流速，提高传质系数；（3）选择适当的操作压力，避免增加沉积层的厚度；（4）改进膜材料使其具有抗污染性；（5）定期都膜进行反洗和冲洗。201.5 微滤过滤数学模型v

8、 达西定律（Darcys law）：当低流速流体经过多孔介质时，流体的平均流速与摩擦阻力造成的压力降成正比关系v The volume flow through these microfiltration membranes can be described by Darcys law（达西定律）, the flux J through the membrane being directly proportional to the applied pressure: J = A P21v where the permeability constant A contains structural

9、 factors such as the porosity and pore size (pore size distribution). v Furthermore, the viscosity of the permeating liquid is also included in this constant. v 微孔模型v 阻力（覆盖层）模型22微孔模型v 在微滤过程中流体通过膜的流动一般为层流，可由Hagen-Poiseuille（哈根一泊肃叶方程）和Kozeny-Carman （柯辰尼-卡曼方程）描述v 如果微孔膜由直毛细管(straight capillaries)（平行圆柱）构

10、成，Hagen-Poiseuille关系中 Ar2v r - 孔径the pore radiusv x- 膜厚the membrane thickness; v -孔隙率porosity;v - 流体粘度the dynamic viscosityv - 弯曲因子the tortuosity factor which is unity in the case of cylindrical pores xP8rJ223Kozeny-Carman （柯辰尼-卡曼方程）v 如果微孔膜中存在颗粒状结构(nodular structure)如球形颗粒聚集体，过滤过程可以采用柯辰尼-卡曼定律描述v K -

11、与孔几何尺寸相关的无量纲常数a dimensionless constant which depends on the pore geometryv S -单位体积球形颗粒表面积surface area of the spherical particles per unit volumev -孔隙率 the porosity. xPSK23J24阻力（覆盖层）模型v 起源于经典过滤理论，是以渗透通量、覆盖层阻力和膜的阻力之间的关联为出发点的。其一般表现形式为 v P为操作压力；为流体粘度；Rm为膜阻力；Rc滤饼层阻力）（cmRRPJ251.6 膜材料及制备方法v 选择膜材料依据材料加工求、耐污

12、染能力以及化学稳定性等是主要的考虑因素。常用微滤膜材料有机材料天然高分子材料纤维素酯类（硝酸纤维素、醋酸纤维素、再生纤维素）（亲水性）合成高分子材料亲水性聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮疏水性聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯无机材料陶瓷（Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2）金属（不锈钢、钛、钨、钼及合金）微孔玻璃和碳化硅；炭材料26微孔过滤膜27聚酰胺类聚酰胺类PA-6、 PA-66亲水性好，耐碱不耐酸亲水性好，耐碱不耐酸聚碳酸酯和聚酯类聚碳酸酯和聚酯类核孔膜核孔膜厚厚5-15m无机材料类无机材料类陶瓷、玻璃、金属陶

13、瓷、玻璃、金属耐高温、耐有机溶剂、耐高温、耐有机溶剂、耐生物降解耐生物降解28（2）制备）制备相转化法相转化法溶剂蒸发凝胶法溶剂蒸发凝胶法浸渍凝胶法浸渍凝胶法温差凝胶制膜法温差凝胶制膜法溶出法溶出法拉伸法拉伸法烧结法烧结法粒子轰击刻蚀法粒子轰击刻蚀法主要用于聚烯烃类材料主要用于聚烯烃类材料制核孔膜制核孔膜29相转化法-浸没沉淀法v 1960年LoebSourirajan 发明浸没沉淀相转化法-铸膜液在非溶剂浴（水）中沉淀成膜法：v 将聚合物和溶剂组成的溶液在一支撑板上（如玻璃板），刮成薄膜后，然后浸入凝固浴中。随着溶剂扩散进入凝固浴，而非溶剂扩散到刮成的薄膜内。30相转化法-浸没沉淀法v 经过

14、一段时间后，溶剂和非溶剂之间的双扩散达到一定程度，此时溶液达到热力学不稳定状态，从而发生分层。最终形成不对称结构的固体聚合物膜。31中空纤维膜纺丝示意图 芯液 外部液体 纺丝液 复合喷丝头 凝固浴 32相转化制膜过程大部分商业化用高分子膜均是采用浸没沉淀相转化法制备33相转化制膜过程34热致相分离法TIPSv 热致相分离法Thermally Induced Phase Separation- TIPS是1981年由美国A.J.Castro提出的一种新的制备聚合物微孔膜的方法，并申请了专利。v 工艺过程及原理：在聚合物的熔点以上，将聚合物溶于高沸点，低挥发性的溶剂（又称稀释剂）中，形成均相溶液。

15、然后降温冷却。35热致相分离法TIPSv 在冷却过程中，体系会发生相分离。这个过程分两类，一类是固液相分离（简称S-L相分离），一类是液液相分离（L-L相分离）。控制适当的工艺条件，在分相之后，体系形成以聚合物为连续相，溶剂为分散相的两相结构。这时再选择适当的挥发性试剂（即萃取剂）把溶剂萃取出来，从而获得一定结构形状的聚合物微孔膜。36 热致相分离制膜步骤v TIPS法制备微孔膜的步骤主要有溶液的制备（可连续也可间歇制备）、膜浇注和后处理3步。（1）聚合物与高沸点、低分子量的液态或固态稀释剂混合，在高温时形成均相溶液；（2）将混合物溶液制成所需要的形状（平板、中空纤维或管状）；（3）冷却溶液使

16、其发生相分离；37 热致相分离制膜步骤（4）除去稀释剂（常用溶剂萃取）；（5）除去萃取剂（蒸发）得到微孔结构。38v 与非溶剂相转化法NIPS（Non-solvent Induced Phase Separation）法相比，TIPS有许多优点：聚合物范围广：可用于难以采用NIPS法制备的结晶性聚合物微孔滤膜的制备（聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚偏氟乙烯等）可控制孔径及孔隙率大小：通过较为迅速的热交换促使高分子溶液分相，而不是缓慢的溶剂一非溶剂交换，影响因素要比少，更容易控制39 多样的孔结构形态（对称和非对称）：通过改变TIPS条件可以得到诸如蜂窝状结构、网状结构、树枝状孔等，膜内的孔可以是封闭、

17、半封闭和开孔的。孔径分布相当窄v 缺点：能耗较高，容易产生皮层和闭孔v 难点：寻找合适而又经济的稀释剂，共混改性难40TIPS法PVDF膜结构41拉伸法Stretch methodv 拉伸法制膜一般要经过两步。首先将温度以达其熔点附近的高分子经过挤压、并在迅速冷却下制成高度定向的结晶膜，然后将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝状的孔隙。这种方法一般称为Celgard法。42v 在相对较低的熔融温度和高应力下挤出薄膜或纤维（卷绕速度大于挤出速度），聚合物分子则沿拉伸方向排列成微区、成核，形成垂直于拉伸方向的链折叠微晶片。冷却后在略低于熔点温度下进行第二次拉伸，在

18、机械应力的作用下，结晶区域会发生小的断纹，从而得到多孔结构。适合制备微滤膜，如PE、PP、PTFE等。v 优点：不需任何添加剂，无污染，适合于大规模的工业化生产；法生产成本相对相转化法要低得多 v 缺点：工艺控制难，设备要求高；孔结构难控制；无定形聚合物不能采用此法成膜43拉伸法微孔膜结构PTFE拉伸膜SEM图片 Celgard PP拉伸膜SEM图片 44v 典型的双膜法中水回用流程1.7 微滤应用45 电子工业： 20世纪60年代以来，随着集成电路的开发，微滤技术一直用于从半导体液体中去除粒子。其作用体现在：1、在反渗透或电渗析前作为过滤器除去细小悬浮物；2、在阴、阳或混合交换柱后，作为终端

19、过滤手段，滤除树脂碎片或细菌等杂质46微滤在食品及饮料方面应用微孔滤膜在食品与饮料工业的应用主要表现在啤酒、果汁、制糖、食品以及蛋白质产品的分离纯化等方面。得到的滤过液清澈、透明、保质期长微滤技术澄清果汁流程图47微滤在酱油生产中的应用48生物发酵工程v 由于微滤技术可在原生物体系下进行分离，一般无相变、高效、工艺简便、无二次污染等优点，因而逐渐替代了发酵液提取过程中的板框分离和离心分离，大大提高了分离效率，减轻了劳动强度。49医药工业v 对于医药工业的应用，则主要表现在药液有效成分的提取以及清除热原方面 苏氨酸精制 丙烯酰胺水合液去除菌体 维生素B12去除菌体 微孔滤膜用于大输液过滤 净化苏

20、氨酸发酵液过滤工艺示意图50 医药卫生 微滤的主要作用是分离病毒、细菌、胶体及悬浮颗粒。以分离溶液中大于0.05m的维系粒子为特征，切割分子量值大于100万。 目前，应用微滤技术生产的药物品种主要有葡萄糖、右旋糖酐、维生素C、维生素B1、B2、B6、B12等。此外，微滤技术还用于昆虫细胞的获取、大肠杆菌的分离、组织液培养以及多种溶液的灭菌处理。511.8 微滤小结膜结构（不）对称多孔膜厚度大约10-150m孔径尺寸大约0.1-10m驱动力压力2bar分离原理筛分原理膜材料聚合物、陶瓷、炭主要应用水处理分析消毒（食品、药剂）净化（饮料）血浆除去祛（医药）522.1 超滤膜技术简介2.2 超滤膜材

21、料2.3 超滤过程装置2.4 超滤的操作方式2.5 膜污染问题2.6 浓差极化2.7 超滤过程应用53超滤过程研究现状关键字：Membrane & Ultrafiltration542.1 超滤膜技术简介1、21世纪高新技术之一；2、21世纪最有发展前途的高科技之一；3、国家“七.五”和“八.五” 重点科技攻关项目；4、常温低压下操作、无相变、能耗低；5、生活饮用水、污水处理的主流趋势技术。 55超滤的含义： 超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程。在透过溶剂的同时也透过小分子溶质，而截留大分子溶质或微粒。被截留的大分子溶质或胶体微粒不形成滤饼，仍以分子或微粒形式存在于截留液中。所以，超

22、滤主要是物质的分离、精制和体系的浓缩。超滤（UF）的含义56微孔膜与超滤膜的区别微孔膜超滤膜孔径范围0.110m 0.0010.1m 表征方式孔径切割分子量反洗方式气、水水膜材料通常为憎水材料通常分为亲水和憎水材料使用范围只要不易形成孔污染，均可使用膜表面可截留的范围57自来水先进入超滤膜管内，在水压差的作用下，膜表面上密布的许多0.01微米的微孔只允许水分子、有益矿物质和微量元素透过，成为净化水。而细菌、铁锈、胶体、泥沙、悬浮物、大分子有机物等有害物质则被截留在超滤膜管内，在超滤膜进行冲洗时排出。2.2 超滤膜过滤原理58超滤膜冲洗流程 超滤膜使用一段时间后，被截留下来的细菌、铁锈、胶体、悬

23、浮物、大分子有机物等有害物质会依附在超滤膜的内表面，使超滤膜的产水量逐渐下降，尤其是自来水质污染严重时，更易引起超滤膜的堵塞，定期对超滤膜进行冲洗可有效恢复膜的产水量。59超滤膜多数为非对称膜；顶层膜厚：0.11m；多孔支撑层厚 150m；超滤膜的孔径范围：1100nm；超滤膜的分离机理：筛分机理，但膜表面化学性质也起重要作用；超滤过程的推动力：压力0.31.0MPa。2.3 超滤膜性质60常见超滤膜材料性质二、超滤过程简介61国内外膜产品对比二、超滤过程简介62优质超滤膜表征63与RO、NF装置一样，UF膜组件有4中形式： 卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备） 中空纤维式 板框式（处理

24、年度较大的料液） 管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）2.4 超滤装置分类64大尺寸的膜组件二、超滤过程简介65膜组件图片二、超滤过程简介66超滤膜形貌二、超滤过程简介67管状膜组件二、超滤过程简介68罐状膜组件二、超滤过程简介69内压式中空纤维超滤膜 即原液先进入中空丝内部，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液，浓缩液则留在中空丝的内部，由另一端流出，其流向参见下图所示： 二、超滤过程简介70 外压式中空纤维超滤膜则是原液经压力差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液，而截留的物质则汇集在中空丝的外部，其流向见图所示：外压式中空纤维超滤膜 二、超滤过程简介71直流超滤（间歇直流

25、方式和连续直流超滤）重过滤-间歇加入水UFRE-UF膜透过液透过液二、超滤过程简介2.5 超滤膜的操作方式72100在重过滤中保持体积不变连续加水重过滤-连续直流连续过程二、超滤过程简介73错流超滤间歇超滤截留液全循环方式截留液部分循环方式连续错流截留液无循环截留液部分循环多级超滤膜组合二、超滤过程简介74料液槽截留液料液泵透过液间隙错流-截留液全循环二、超滤过程简介75料液槽回流线料液泵透过液循环回路循环泵间隙错流-截留液部分循环二、超滤过程简介76料液泵料液槽料液透过液浓缩液连续错流-单级-无循环二、超滤过程简介77料液槽料液（F）透过液（P）浓缩液或截留 液（R）连续错流-单级-截留液部

26、分循环料液泵料液泵二、超滤过程简介78料液槽料液（F）透过液浓缩液连续错流-多级循环料液泵二、超滤过程简介792.6 膜污染问题 表面吸附 颗粒的堵塞-由于船只过程而形成的 表面的附着-活性物质嵌入膜并生长聚集过程二、超滤过程简介膜污染成因80亲水/疏水性膜比较二、超滤过程简介81亲水性膜操作特点二、超滤过程简介82亲水性膜和非亲水性膜的反洗及化学清洗的比较二、超滤过程简介83超滤膜化学清洗污染物类型污染物类型常见的污染物质常见的污染物质化学清洗配方化学清洗配方无机物无机物炭酸钙、铁盐和无机胶体炭酸钙、铁盐和无机胶体PH=2PH=2的柠檬酸、盐酸或草酸的柠檬酸、盐酸或草酸液液硫酸钡、硫酸钙等难

27、溶性无机硫酸钡、硫酸钙等难溶性无机盐盐1%1%左右的左右的EDTAEDTA（乙二胺四乙（乙二胺四乙酸二钠）溶液酸二钠）溶液有机物有机物脂肪、腐质酸、有机胶体等脂肪、腐质酸、有机胶体等PH=12PH=12的氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液油脂及其他难洗净的有机污染油脂及其他难洗净的有机污染物物0.1%-0.5%0.1%-0.5%的十二烷基硫酸钠的十二烷基硫酸钠、Triton X-100Triton X-100等等蛋白质、淀粉、油、多糖等蛋白质、淀粉、油、多糖等0.5%-1.5%0.5%-1.5%的蛋白酶、淀粉酶的蛋白酶、淀粉酶等等微生物微生物细菌、病毒等细菌、病毒等1%1%左右的双氧水或左右的双氧水或

28、500-500-1000mg/l1000mg/l的次氯酸钠溶液的次氯酸钠溶液二、超滤过程简介842.7 浓差极化概述 在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面或临近膜界面区域浓度越来越高。 在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降。 当溶剂向膜面流动（对流）时引起溶质在膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为浓差极化边界层，这一现象称为浓差极化。二、超滤过程简介85在稳定状态下，被脱除（截留）组分浓度分布和易渗透组分的浓度分

29、布情况。（a）截留组分的浓度分布（salt in desalination of water by reverse osmosis)（b）易渗透组分的浓度分布（water in dehydration of ethanol by pervaporation)二、超滤过程简介86浓差极化的危害1、使膜面溶质浓度增高，减小传质推动力；2、在膜面形成沉淀或凝胶层，增加透过阻力，影响膜的分离特性；3、有机溶质在膜面可能使膜发生溶胀或恶化膜的性能；4、导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化；概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。二、超滤过程简介87浓差极化的影响-不可避免k传质系数； J膜通量膜过

30、程影响原因反渗透中等K大超滤严重K小/J大微滤严重K小/J大气体分离（非常）低K大/J小渗透汽化低K大/J小电渗析严重-透析低J小扩散透析低J小/K大载体介导传递中等J大？K大二、超滤过程简介88减少浓差极化的方法1、选择合适的膜组件结构；2、加入紊流器；3、料液横切流向设计；4、料液脉冲流动；5、螺旋流；6、提高流速；7、适当提高进料液温度降低粘度，增大传质系数；二、超滤过程简介89增加湍流，减小边界层厚度以减小浓差极化浓差极化变化二、超滤过程简介90膜通量加大，浓差极化加大膜浓缩加大，浓差极化加大溶质扩散系数增大，浓差极化减少浓差极化变化二、超滤过程简介91Flow dynamics ar

31、ound the spacer netting often used to promote turbulence in a membrane module and reduce concentration polarization湍流强化器二、超滤过程简介92 水回用与深度处理 含油废水 食品废水 造纸废水 纺织印染废水 膜生物反应器领域 其它工业废水2.7 超滤过程应用二、超滤过程简介931、工业废水的处理 回收电泳涂漆废水中的涂料 各种含油废水的处理2、纺织工业上浆料的回收3、造纸工业废液处理4、采矿及冶金工业废水的处理5、城市污水处理：家庭污水处理和地沟污水处理6、饮用水的生产和半导体工

32、业高纯水的制备二、超滤过程简介947、食品工业的应用 回收乳清中的蛋白质 牛奶超滤以增加奶酪收率 果汁的澄清 食用油的精练8、医药产品的除菌9、生物技术工业 各种酶的提取 激素的提取 从血液中提取血清蛋白回收病毒 从发酵液中分离菌体二、超滤过程简介951、机械加工行业的回收过程： 在金属机械加工过程，工件的润滑和冷却须用水 冲洗，产生含有小分子量的油分子废水，超滤可 以成功分离出其油相，进行废水处理。 半间歇超滤过程处理含油废水工艺过程2、乳品工业奶酪生产及乳清处理 奶酪生产工艺中将脱脂牛奶用超滤浓缩34倍， 然后用浓缩液生产奶酪，其产率可提高 20%以上.二、超滤过程简介96带超滤的奶酪生产

33、过程 奶酪生产过程中产生了大量的乳清，经浓缩回收蛋白质并制成乳清粉。 超滤处理乳清的工艺过程3、 从血浆中分离血清蛋白包括一系列复杂的过程，但超滤起了很大的作用 超滤提取血清蛋白的工艺过程二、超滤过程简介97制取工业用水二、超滤过程简介98二、超滤过程简介99油田回注水装置二、超滤过程简介100油田回注水处理二、超滤过程简介101含油废水膜法处理工艺流程图二、超滤过程简介102 山楂加工中超滤对果汁和果胶进行分离、提纯；还应用反渗透对果汁进行了浓缩生产果胶粉二、超滤过程简介103北京二七机车厂再生水回用工程超滤单元： 水回收率70，中空纤维聚砜膜，截留分子量30000处理规模：35m3/h（

34、840m3/d ）项目项目COD石油类石油类SS原水1502002030200300出水200.51化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。 二、超滤过程简介104高碑店污水处理厂日产500 m3/d中水装置 工艺： 砂滤超滤工艺原水： 污水处理厂二级出 水膜装置： 聚丙烯腈，中空纤 维膜，膜面积315m2系统水回收率: 80441.24.9005101520253035404550CODBOD总氮大肠菌群注：出水水质（除大肠菌群外，单位为mg/L）BOD（Biochemical Oxygen Dema

35、nd的简写）：生化需氧量或生化耗氧量（五日化学需氧量），表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。 二、超滤过程简介105哈尔滨炼油厂污水站二级出水深度处理絮凝沉淀纤维丝过滤臭氧石英砂过滤活性炭吸附消毒精密过滤器过滤超滤膜过滤二级出水4000m3/d回 用水 回 用 到 动 力装置70%30% （中空纤维）大多用粉状活性炭，直接投入混凝沉淀池或曝气池内，随污泥排除，不再回收利用。 活性炭能去除水中产生臭味的物质和有机物，如酚、苯、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等。此外，对银、镉、铬酸根、氰、锑、砷、铋、锡、汞、铅、镍等离子也有吸附能力。在给水处理厂中，活性炭吸附法又起完善水质的作用。二、超滤

36、过程简介106深圳某针织毛衣厂洗涤废水处理及回用 二、超滤过程简介107北京时代广场中水处理系统v 工艺：接触氧化-沉淀-超滤工艺v 膜材料：聚丙烯腈v 处理规模：500m3/dv 原水：优质杂排水v 出水：达到中水回用标准再生水即中水是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。和海水淡化、跨流域调水相比，再生水具有明显的优势。从经济的角度看，再生水的成本最低，从环保的角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。二、超滤过程简介108 UF技术在水回用领域的应用技术在水回用领域的应用有了一定进展有了一定进展 但在应用中也暴露出一些问题：

37、膜污染仍然是限制超滤应用的主要原因。由于膜污染造成膜水通量下降，直接影响运行成本。 膜工艺工程投资总体高于传统工艺。 这些不利因素均影响膜工艺的应用和规模 。二、超滤过程简介109苏州市味精厂味精废水UF处理 处理规模: 25t/d 膜材料: PAN，9根901000 原水： 菌体1-2，含糖0.8， 含锌3-5g/L 运行参数： 温度20-25，压力0.1-0.15MPa， 浓缩倍数5倍 效果： COD去除34，菌体去除率达99 膜清洗： 稀HCl溶液反压清洗二、超滤过程简介110日本大王造纸公司三岛工厂 原水： 硫酸盐木浆漂白E段废液处理水量： 4000m3/d去除效果： COD去除率78

38、.7，色度去除 率达93.7，总固形物去除率达35.5，超滤出水可作为洗涤水回用，浓缩液则送至碱回收系统。 二、超滤过程简介111印钞废水国内某印钞厂采用UF处理印钞擦版废液 处理水量：180t/d 工艺： 印钞废水经机械处理后进入UF系统。UF透过液进入配水系统作为擦板液返回印刷台循环使用，浓缩液排入后续处理工段 膜面积： 480m2 运行条件：温度3550，运行压力99.9%，色度去除率99.9%二、超滤过程简介112膜生物反应器处理医院污水一体式膜生物反应器装置项项 目目COD（mg/L）BOD（mg/L）氨氮氨氮（mg/L）浊度浊度（NTU）大肠杆菌大肠杆菌（个（个/100mL）原水原

39、水48-277.520-5510.1-23.76.1-27.91600出水出水250.41.5423二、超滤过程简介113曝气池（aeration tank）利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。鼓风曝气机械曝气曝气池二、超滤过程简介114曝气池一般和沉淀池组成联合工艺流程。设置在曝气池前面的称初次沉淀池，设置在曝气池后面的称为二次沉淀池,分别用于废水的预处理和后处理。 传统污泥处理工艺二、超

40、滤过程简介115 受中立固液分离效果的限制，曝气池内污泥的浓度有限，装置占地面积大； 处理水质不够理想和稳定； 管理操作复杂，有时会出现污泥膨胀； 污泥产生量大。传统污泥处理工艺的不足二、超滤过程简介116膜-生物反应器处理工艺二、超滤过程简介117 实现反应器水力停留时间和污泥龄完全分离，使运行控制更加灵活稳定。 有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长 反应器中能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地省。二、超滤过程简介118119二、超滤过程简介3.1 纳滤膜简介3.2 纳滤膜的制备3.3 纳滤膜的分类3.4 纳滤膜的应用3.5 纳滤小结三、纳滤过程简介120关键字：Nano

41、 filtration 纳滤过程研究现状121三、纳滤过程简介三、纳滤过程简介122三、纳滤过程简介纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来三、纳滤过程简介单位体积内的膜面积单位体积内的膜面积一般可达一般可达600m2三、纳滤过程简介三、纳滤过程简介3.1 纳滤膜简介 纳滤（NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术，早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤技术是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的一种新型的压力驱动型膜过程。 近年来，纳滤膜的研究与发展非常迅猛。从美国专利看，最早有关纳滤技术的专利出现于20世纪80年代末，到1990年，只有9项专利，而在

42、以后的5年中中（1991-1995年）出现了69项专利。三、纳滤过程简介127 纳滤膜的截留相对分子质量在200-2000之间，膜孔径约为1-2nm左右，适宜分离大小约为1nm的溶解组分，故称为“纳滤”。纳滤膜分离在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效地截留二价及高价离子和相对分子质量高于200的有机小分子，而使大部分一价无机盐透过，可分离同类氨基酸和蛋白质，实现高分子量和低分子量有机物的分离，且成本比传统工艺还要低。三、纳滤过程简介128 纳滤膜的截留率大于95%的最小分子约为1 nm，故称之为纳滤膜。 从结构上看，纳滤膜大多是复合膜，即mode表面分离层和它的支撑层的化学

43、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，顾操作压力很低（0.51MPa）。达到同样的渗透量所必须施加的压差比RO膜低0.53MPa，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”。三、纳滤过程简介129纳滤膜的分离机理1、筛分机理截留相对分子质量在200-1000之间，适用于无机物和有机物的分离。对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子。对阴离子的截留率按下列顺序递增：NO3-、CI-、OH-、SO42-、CO32-；对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+。三、纳滤过程简介1302、Donnan效应（电荷效应）Do

44、nnan效应是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。对不带电荷的分子的过滤主要是筛分效应，而对带有电荷的物质的过滤主要是靠荷电效应。大多数纳滤膜的表面带有负电荷，他们通过静电相互作用，阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在较低压力下扔具有较高脱盐性能的重要原因。三、纳滤过程简介131三、纳滤过程简介132纳滤膜分离机理示意图 对Na+和Cl- 等单价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，对色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物质可进行分级分离，实现高相对分子量和低相对分子量有机物的分离，三、纳滤过程简介133134 转 化 法：超滤膜转化法、反渗透膜转化

45、法。 共 混 法：将两种或两种以上的高聚物进行液相共混。（CA-CTA纳滤膜）。 复 合 法：在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的超薄皮层。此法应用广泛、有效。 荷电化法：提高膜的抗压密性、抗酸碱性、抗污染能力、膜的疏松性、亲水性及水通量。 荷膜分为两种：表层荷电膜和整体荷电膜。三、纳滤过程简介3.2 纳滤膜制备方法纳滤膜结构三、纳滤过程简介1353.3 纳滤膜分类纳滤膜非对称膜复合膜纤维素酯类非纤维素酯类醋酸纤维素膜三醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜-三醋酸纤维素膜聚胺酯类芳香杂环聚合物类离子聚合物类三、纳滤过程简介1363.4 NF与RO的区别1、纳滤（NF）膜介于反渗透（RO）膜与超滤膜之间，反

46、渗透几乎对所有的溶质都有很高的脱盐率，但纳滤膜只能对特定的溶质具有高脱盐率，如能透过一价离子的20%80%，能脱除二价离子和多价离子90%99%，当只需部分脱盐时，纳滤是代替反渗透的有效方法。2、纳滤可以代替传统的饮用水处理中絮凝、沉降、沙滤和加氯消毒工艺，而且具有更好的去浊、消毒、除硬度功能。三、纳滤过程简介1373、纳滤膜主要去除直径为1nm左右的溶质离子，截留分子量大约为200以上，排除能力为90%99%，在饮用水领域，主要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、农药、色度、合成药剂、可溶性有机物、Ca、Mg等硬度成分及蒸发残留物质。4、纳滤膜的一个很大的特征是膜本体带有不同的电荷，这是它在很低压

47、力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量达数百的重要原因。5、纳滤膜的表层较RO膜表层要松散得多，但较UF膜要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的松散成都，已形成大量具有纳米级的表层孔。三、纳滤过程简介1383.5 纳滤膜的应用1、单价盐不需要有较高的脱除率；2、分离不同价态的离子；3、分离高分子量与低分子量的有机物。 纳滤膜主要应用于以下场合：三、纳滤过程简介139 纳滤膜最大的应用领域是饮用水的软化和有机物的脱除。 传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉降、砂滤和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌，而对各种溶解性化学物质的脱除作用却很低。 纳滤膜可以去除消毒过程产生的微毒副产物、痕量的除草剂、杀虫剂

48、、重金属、天然有机物及硫酸盐和硝酸盐等。同时具有处理水质好，且稳定、化学药剂用量少、占地少、节能、易于管理和维护、基本上可以达到零排放等优点。饮用水制备三、纳滤过程简介140三、纳滤过程简介141饮用水水质标准单位：mg/LWHO欧盟美国中国中国深圳硬度*500300硝酸盐50#50#10&10&砷0.010.010.050.010.01氟化物1.0铝0.2铅0.010.010.0150.010.01总农药0.00050.0005总三卤甲烷0.10.080.08总有机碳42*硬度以碳酸钙计 #硝酸盐以硝酸根计 &硝酸盐以氮计三、纳滤过程简介142市政水（自来水）杂质分布三、纳滤过程简介143纳滤膜法制备饮用水-降低硬度三、纳滤过程简介144地下水硬度超标北京城区供水300万吨/天，其中地下水40% 由于小分子有机物的相对分子质量多在数百到1000