PPT环境工程原理课件图文解析4

第七章膜膜分离技术术学习目标：了解膜分离离技术的特特点和类型型，各种类类型膜分离离器的结构构和优、缺缺点以及膜膜分离技术术在工业生生产中的典典型应用和和发展趋势势。掌握反渗透透、超滤、、电渗析、、气体膜分分离、微滤滤的基本原原理、工艺艺流程及各各种膜分离离过程的影影响因素、、能够分析析解决实际际问题。第一节概概述一、膜和膜膜分离的分分类1.膜的定义与与分类膜是分离两两相和作为为选择性传传递物质的的屏障。选择性透过过膜的定义义按膜结构进进行分类2.膜分离的定定义、分类类和特点膜分离---借助于膜，，在某种推推动力的作作用下，利利用流体中各组组分对膜的的渗透速率率的差别而而实现组分分分离的过过程。膜分离过程程的特点如如下:①一般不发生生相变，能能耗低；②一般在常温温或温度不不太高的条条件下进行行；③可除去病毒毒、细菌，，溶液中的的大分子和和无机盐④装置简单单、操作方方便、维护护费用低。。二、对膜的的基本要求求1.膜应具有良好的选选择透过性性，通常表表示为:①截留率RR=②透过速率（（通量）J指单位时间间、单位膜膜面积的透透过的物质质量，常用用单位为kmol/(m2·s)。③截留物分子子量一般取截留留率为90%的物质的分分子量为膜膜的截留物物分子量。。2.膜有足够的的机械强度度和化学稳稳定性。R=三、膜分离离技术在环环境工程中中的应用1．饮用水的的净化2．工业用水水的处理3．工业污污水和市政政污水处理四、膜分离离设备膜分离技术术的核心是是分离膜。。无机膜聚合物膜｛按分离膜的的材质不同同按膜的分离离功能：微滤膜、超超滤膜、反反渗透膜、、渗析膜、、电渗析膜、、气体分离离膜、渗透透蒸发膜、、液体分离膜膜；按膜的形态态：平板膜、管管状膜、细细管膜、中中空纤维膜膜等。膜分离器---将膜以某种种形式组装装在一个基基本单元设设备内,也称膜组件件:⑴板框式⑷中空纤维式式⑵螺旋卷式⑸毛细管式⑶圆管式⑹槽式板框式膜组组件构造示示意图紧螺栓式板板框式反渗渗透螺旋卷式反反渗透膜组组件螺旋卷式反反渗透器管式膜组件件杜邦公司中中空纤维反反渗透膜组组件示意图图毛细管膜组组件示意图图槽条式膜组组件示意图图第二节反渗渗透一、反渗透透原理⑴渗透压（a）渗透；（（b）渗透平衡衡；（c）反渗透渗透过程示示意图⑵反渗透膜对反渗透膜的要求:①具有较好的的分离透过过性②良好的物化稳定性性典型的非对对称膜结构构示意图二、影响反反渗透因素素——浓差差极化浓差极化---溶质在膜表表面附近积积累，造成成由膜表面面到溶液主体之间间的具有浓浓度梯度的的边界层，，引起溶质质从膜表面面通过边界层向向溶液主体体扩散。不良影响:①导致溶剂剂的渗透通通量下降；；②对溶剂渗渗透通量的的增加提出出了限制；；③膜表面上上形成沉淀淀，会堵塞塞膜孔；④会导致膜膜分离性能能的改变；；⑤出现膜污染染。三、反渗透透组件及其其技术特征征各种反渗透透组件技术术特征各种组件的的比较各种组件的的比较四、反渗透透过程工艺艺流程⑴一级一段段连续式⑵一级一段循循环式一级一段连续续式一级一段循循环式一级一段循循环式⑶一级多段连连续式⑷一级多段段循环式⑸多级多段循循环式五、反渗透透技术的应应用（1）海水淡化目的：除去去无机盐日本某海水水淡化厂工工艺流（2）纯水制备目的：除去去水中悬浮固体、、溶解固体体、可溶性性气体、挥发物质及微微生物、细细菌等超纯水生产产的典型工工艺流程（3）电镀污水处处理目的：除去去重金属（4）低分子溶液液的浓缩电镀污水反反渗透流程程第三节超超滤一、超滤原原理①在膜表面及及微孔内吸吸附；②在膜面的机机械截留；；③在微孔中停留而而被除去。。二、超滤的的浓差极化化溶质会在膜膜表面积聚聚并形成从膜膜面到主体体溶液之间间的浓度梯梯度。超滤分离原原理示意图图减轻浓差极极化的措施：①错流设计，以利清除极极化层；②流体流速提高高，增加流体体的湍动程度度；③采用脉冲以及及机械刮除法法维持膜表面面的清洁。三、超滤膜常用的膜材料料有醋酸纤维维、聚砜、聚聚丙烯睛、聚聚酰胺、聚偏氟乙烯等等。四、超滤过程程的工艺流程程参见教材235页表7-5五、超滤技术术的应用三种类型：①①浓缩；②小分子溶质的的分离；③大分子溶质的的分级。1．回收电泳涂漆漆污水中的涂涂料超滤在金属电电泳漆过程中中的应用2．含油污水的回回收超滤过程处理理含油污水3．果汁的澄清果汁澄清新旧旧工艺比较（（a）传统工艺，，(b)超滤新工艺4．血清白蛋白的的提取用超滤技术提提取血清白蛋蛋白工艺5．纺织工业污水水的处理（1）聚乙烯醇（PVA）退浆水的回回收；（2）染色污水中染染料的回收；（3）羊毛清洗污水水中回收羊毛毛脂。第四节电渗渗析一、电渗析原原理及适用范范围1．电渗析原理电渗析过程示示意图表电位差为推动动力2．电极反应阳极和阴极上上所发生的反反应分别是氧氧化反应和还还原反应。以NaCl水溶液为例，，其电极反应应为：阳极：20H-1－2e：→[O]+H2OCl-－e→[Cl]H++Cl-→HCl阴极：2H+2e→→H2Na++OH-→NaOH3．极化现象当操作电流极极化现象大到到一定程度时时，膜内离子子迁移被强化，就会在在膜附近造成成离子的“真真空”状态，，在膜界面处处将迫使水分子子离解成H+和OH-离子来传递电电流，使膜两两侧的pH值发生很大的的变化，这一一现象称为极极化。极化的危害：：①Ca2+、Mg2+等离子时将形形成沉淀；②膜电阻增大，降低分离效效率。4．离子交换膜可分为三类：：（1）均相离子交换换膜；（2）非均相离子交交换膜；（3）半均相离子交交换膜。对离子交换膜膜的要求是：：①有良好的选择择透过性；②膜电阻应低，，膜电阻应小小于溶液电阻阻；③有良好的化学学稳定性和机机械强度；有有适当的孔隙隙度。5．电渗析的特点点：①只对电解质的的离子起选择择迁移作用；；②除盐过程中没没有物相的变变化，因而能能耗低；③没有对环境的的污染，属清清洁工艺；④电渗析过程是是在常温常压压下进行的。。6．电渗析的适用用范围：①可作为离子交换换工艺的预除除盐处理，制制取初级纯水水。②将污水中有用用的电解质进进行回收，并并再利用；③改革原有工艺艺，采用电渗渗析技术，实实现清洁生产产。二、电渗析的的流程各种电渗析器器的组合方式式示意图直流式电渗析析除盐流程循环式电渗析析除盐流程部分循环式电电渗析除盐流流程三、电渗析技技术的应用（１）咸水脱盐制淡淡水电渗析脱盐生生产淡水的工工艺流程1-渗析槽；2-冷凝器；3-浓缩罐；4-结晶罐；5-涡轮机；6-锅炉；7-浓液槽（2）重金属污水处处理电渗析处理电电镀含镍污水水工艺流程（3）纯净水的生产产（4）在食品工业中中的应用（5）其他应用第五节微滤一、微滤原理理微滤膜各种截截留作用示意意图二、影响微滤滤膜分离效果果的因素（1）孔堵塞：①机械堵塞；；②架桥桥；③吸附附。（2）浓差极极化（3）溶质吸吸附（4）生物污污染三、微微滤的的操作作流程程（1）无流动动操作作无流动动操