第九章 膜 法技术新途径.ppt

1、第九章膜法，第一节电渗析第一节反透析第一节超滤，第一节概述，膜分离法是利用特殊薄膜选择性地通过液体某些成分的方法的总称。常用的膜分离方法有电渗、反渗透、超滤、自然透析和液膜分离技术。膜分离过程不会相变，因此能量转换效率高。例如，在目前的各种海水淡化方法中，反渗透法的能耗最低。膜分离过程在常温下进行，特别适合于果汁、酶、药物等热感物质的分离、分级和浓缩。装置简单，操作方便，控制，维修方便，分离效率高。作为一种新的水处理方法，其特点是占地面积小，应用范围广，处理效率高。Return，2节电渗析，电渗析的原理和过程交换离子膜电渗析器控制结构电渗析的设计计算电渗析法应用于废水处理，电渗析的原理和工作过

2、程，1。原理c羊膜a阴极：Cl- Cl2 2e阴极：2H 2e H2(氧化反应):H2O H OH-(还原反应):4OH- O2 2H2O 4e，图9-1电渗析工作，2.阳离子向阴极移动，负离子向阳极移动。二次过程(1)半离子的运动包括分离离子交换膜和离子电荷的少量离子通过膜，即负离子通过羊膜，阳离子通过阴膜。(2)电解质浓度扩散由于膜两边溶液浓度不同，在浓度差作用下，电解质从浓度室扩散到心室，扩散速度随浓度差的增加而增加。Return，(3)水的渗透很浓，淡水室的浓度下降，通过反渗透膜分离，由于水的渗透作用，水从淡水室流入农水室。(4)水的电渗溶液中的离子实际上以水合离子的形式存在，在电迁移

3、过程中必须携带一定数量的水分子。这就是水的电渗透。(5)水的压力渗透浓度室和墙室有压差时，溶液从压力高的一侧泄漏到压力低的一侧。(6)水的电离在不利的运行条件下，电流密度和液体流速不一致，电解质离子不能及时补充膜的表面，刚在淡水侧发生电离，产生H和OH-离子，弥补淡水侧离子不足。离子交换膜，离子交换膜分类离子交换膜性能离子交换膜选择渗透性机制，离子交换膜分类，(1)理想膜b反菌膜c菌相膜(2)按活性基团分类a阳离子交换膜b .负离子交换膜c特殊膜(3)按材料特性分类a .有机离子交换离子交换膜的性能，1 .交换容量膜的交换容量表示一定量膜样品中包含的活性基团的数量，通常以单位面积、单位体积或单

4、位干重膜中包含的可交换离子的毫克当量表示。普通膜的交换容量约为13毫克当量/克(干膜)。2.含水量表示湿膜中所含水的百分比(可以是单位重量干膜或湿膜计)。离子交换膜的水分含量一般为3050。3.破裂强度破裂强度是衡量膜机械强度的重要指标之一。表示膜实际应用时可承受的垂直方向的最大压力。厚度膜厚与膜电阻和机械强度有关。一般理想膜的厚度约为1mm，均匀膜的厚度约为0.20.6mm，最薄的为0.015mm。5.导电完全干燥的膜几乎不导电，含有水的膜具有导电性。膜的导电性可以表示为电阻率、电导率或面电阻，面电阻表示单位膜面积的电阻(cm-2)。6 .通透性离子选择通透性的优劣经常表现为离子在膜中的迁移

5、数和膜的选择通过度。，羊膜对阳离子的选择性通透性，阴膜对负离子的选择性通透性，return，离子交换膜的选择性渗透机理，1 .正电层理论介于固定基团和进入溶液的离解离子之间。由于静电重力存在，固定气团努力将离子拉近，但热运动将离子均匀地分布在溶液中。此时，带电的正气团在膜外溶液中，将带相反电荷的离子吸引到异性，向膜移动，并且在电场力的作用下，继续移动，直到通过膜为止，溶液中固定气团电荷等离子由于同性不能接近膜，不能通过，从而使离子选择性通过。(莎士比亚，离子，离子，离子，离子，离子，离子，离子，离子，离子)2。Donnan膜平衡理论Donnan膜平衡理论是解释离子交换树脂和电解质溶液之间的平衡

6、问题。对于离子交换膜。只是离子交换树脂的特殊应用。离子交换膜渗透到电解质溶液中，电解质溶液中的离子和膜中的离子交换，最终达到动态平衡。Return，电渗析器的结构，1 .结构膜堆：一对阴阳膜和一对浓度隔板交替排列，构成最基本的脱盐单元。这叫做膜对。一对电极之间有几对膜，形成一堆膜。极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫。拧紧装置：压杆，螺钉拧紧。辅助设备：整流器、泵、转子流量计等。(1)离子交换膜相关膜的内容前面已经介绍，这里只强调组装前的膜处理。首先在工作溶液中浸泡薄膜2448小时，使其与膜外溶液保持平衡，然后切孔。膜的大小要比隔板周围小1 mm，比隔板水孔大1 mm。电渗析停止时，应在电渗析器

7、中装满溶液，防止霉菌受伤或干燥收缩导致变形或破裂。(2)隔板位于阳和阴膜之间，其中一个是作为膜的支撑物，两层膜之间保持一定的距离。第二，作为水流通道，均匀分配两层膜之间的流体，同时依靠水的旋流动作，减少薄膜表面的低层，提高净化效果，降低功耗。隔板有入口和出口孔、水槽和水道，其结构如图9-3所示。为了支撑膜和加强搅拌作用，使液体发生湍流，在大多数隔板流道中，附着或热压一定形式的隔板。(3)电极电极安装在膜堆两端，连接直流电源，以电渗透的推力通过直流时，电极发生电极反应，电极防腐蚀，导电和机械性能要好。石墨、炭板和铂、铜、铅、铁、钛等许多金属导体都可以用作电极材料。铅板或石墨作为阳极，不锈钢作为阴

8、极经常使用。(4)夹紧装置的作用是将垃圾区和膜堆组成不漏水的整个电渗析器。可以用压力板和螺栓拉紧，也可以使用液压压力。电渗析器的组成，嗯，阳离子交换膜，隔板交替排列，嗯，加上阳极就成为电渗析器。组装示意图如图9-4所示。电渗析器以多种方式组装，如图9-5所示。Return，电渗透的操作控制，功耗分析电流密度控制1。浓度极化2。极限电流密度流速和压力确定、功耗分析电渗析过程、主要消费是电，因此功耗的大小不仅直接影响处理成本，而且在一定程度上反映了操作技术水平。单位体积成品数的功耗为，(kWh/m3) (9-3)，表达式中的V工作电压，V；I工作电流，a；Qd淡水产量，m3h。电渗析器的工作电压V

9、可分为：(9-4)，电流密度控制，1。浓度极化电渗析工作中使用的电流密度(即每面积膜通过电流)太大，就会发生浓度极化现象(图9-)，在电渗析中，电流的传导是由阴阳离子的方向转移构成的。离子的移动可能导致膜两侧产生浓度梯度。电流相当高，淡水的边界层中就会发生水分子的电离，产生H和OH，从而可以参与传导电流以弥补离子的不足。这称为浓度极化。2 .极限电流密度发生浓度极化时，电流密度称为极限电流密度。材料平衡表明，在临界极化状态下，离子在膜中的移动量是溶液中离子移动量和浓度扩散移动量的总和，(95)，(96)，(96)，(96)，(96)，扩散边界层厚度，厘米；d离子扩散系数，cm2/s；f法拉第常

10、数，F96500C/mol。威尔逊(Wilson 1960)表示扩散层厚度，(9-7)，食物中V淡水室的水流速度，CM/S，K测试常数；d淡水室(隔板)厚度，厘米。在赋值表达式(9-7)赋值表达式(9-6)中，(9-8)，(9-9)，这种表达式也称为威尔逊公式。测量极限电流密度的方法有：(1)电流-电压曲线法；(2)电流-溶液pH值法；(3)电阻-电流倒数等第一种方法最常用。极限电流密度是电渗透器工作电流密度的上限。实际操作中，工作电流密度有下限。3.流速和压力的结晶电渗析器都有自己的额定流量，流量太大，流入压力太高，设备容易泄漏和变形。流速太久可能达不到正常流速，水流不均匀，容易极化，影响电

11、渗析器的正常运行。目前，一般水流速度控制为525 cm/s，流入压力一般不超过O.3 MPa。return，电渗脱盐设计计算，1设计计算阶段确定电渗在临界极化状态下所需的极限过程长度Llim。在此基础上，确定电渗析器的工作状态。选择隔断形式，以确定隔墙构造值。水流速度、电流密度、污染物含量等各段(或各级)污染物含量按照临界极化状态的去除规律分配。计算水头损失p值，以确认选定水流速度是否可用。有时由于水压限制，需要试算表来确定合理的水流速度。根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，选择直流电源。2 .计算公式(1)电流效率等于隔板的电流，即隔板的平均电流密度乘以隔板的有效面积，将隔板的电流

12、除以法拉第常数f，就能得到水通过隔板时每秒的理论脱盐量。(2)膜面积和工艺长度可以在公式(9-11)中得到计算所需膜面积和工艺长度的公式，(912)，(913)，(914)，(3)分段数和每个膜代数中电渗析法在废水处理中的典型例子包括：(1)处理碱造纸废液，从浓缩液中回收碱，从胆汁中，(2)从芒硝废液中制造硫酸和氢氧化钠。 (3)从酸洗废液中制备硫酸，沉积重金属离子。(4)从放射性废水中分离放射性元素，掩埋浓缩液。(5)电镀废水和废液处理，含Cu2、Ni2、Zn2、Cr6等金属离子的废水都适合电渗析处理。其中铁废水处理技术最成熟，回收的NiSO4浓缩液可返回镀槽。设备投资可以在两年内收回。、第

13、三个反渗透、反渗透原理反渗透膜及其传质机理反渗透工艺及其在废水处理中的应用实例、反渗透原理、反渗透膜分离淡水和浓溶液。如图9-7所示，这种膜只允许水分子通过，不允许溶质通过。反渗透工艺的实现必须有两个条件：一是具有高选择性和高透水性的反渗透膜。第二，工作压力必须高于溶液的渗透压。反渗透膜及其传导机理、反渗透膜是具有无电荷亲水基团的膜，是反渗透分离的关键，种类多种多样。目前研究得比较多，应用比较广的有醋酸纤维膜(CA膜)和芳香族聚酰胺膜两种。1醋酸纤维素膜的结构及性能，CA膜的特性(1)膜的方向性，CA膜不对称，因此在反渗透时必须与处理表皮的溶液或废水接触，倒过来渡边杏。否则无法达到处理目的。(

14、2)选择性通透性CA膜对无机电解质和有机球具有选择性通透性。(3)压缩效率CA膜在压力下外观厚度一般减少到1/41/2，透水性反对溶质的去除率也相应降低。这称为膜的压缩效果。(4)膜的水解作用和生物降解作用CA膜是一种酯，容易水解，水解率与PH值、水温有关。2 .半透膜的通过机制，(1)氢键理论是最先提出的半透膜通过理论。该理论认为，通过膜是水分子和膜的激活点(或极性期，如CA膜的羟基和乙酰)形成氢键，并切断氢键的原因。在高压的作用下，溶液中水分子与膜表皮质激活点相结合，原活化点处的结合水分分离，解体的水分子继续与下一个活化点相结合，下一个结合数解。这样，水分子通过一系列的耦合-分离过程(即氢

15、键形成-分离过程)，从一个激活点依次转移到下一个激活点，离开表皮进入多孔层。膜的多孔层含有大量的毛细水，水分子可以很好地逸出。如上所述，溶质能否通过膜与表皮厚度没有太大关系。也就是说，只要表皮只含有一级结合物，没有缺陷和洞，无论其厚度如何，溶质都不能通过。根据氢键理论，只有适当极性的高聚物才能用作反透膜材料，很多实验也解释了这个结论。(2)首先吸附毛细管流动理论优先吸附-毛细管流动理论将反渗透膜视为微孔结构材料，具有吸附水分子和排斥溶质分子的化学特性。水溶液与膜接触时，膜表面优先吸附水分子，形成界面没有溶质的纯水分层，其厚度取决于界面的性质，是单分子层还是多分子层。在外部压力下，界面含水层在膜孔内形成毛细管，持续通过膜，溶质被膜阻塞。毛细管流动机制，反渗透装置，2 .管状管反渗透装置将薄膜和支撑物都制成管，两者安装在一起，以特定方式将一定数量的管组合在一起。管状装置形式可以分为单管和管束、内压管、外部压力管等，如图9-10所示。图9-10管反渗透装置、3螺旋线圈装置螺旋辊装置的膜组件在2层薄膜中间夹上多孔柔性的性质网络层，密封3面粘合，然后在下面铺上多孔透水网格，使废水通过，将另一开口边连接到多孔集水管密封，使水与净化水完全分离，最后以集水管为轴，连接几个膜组件，放入圆柱