膜培训教材.

膜分离浓缩培训教程资源循环节能减排环保创新膜处理工艺原理MF10-300kPaRO0.7-7MPaNF0.6-4MPaUF35-500kPa∆P=细菌,寄生虫,杂质颗粒大分子物质,病毒中等大小物质,多价离子小分子物质,单价离子umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL过滤对象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts水中盐份Metalions金属离子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY过滤方法Pyrogens热源Virus病毒Colloidalsilica胶体硅Albuminprotein白蛋白Bacteria细菌Carbonblack碳黑Paintpigment颜料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海滩沙砾Pollens花粉RO反渗透Ultrafiltration超滤Microfiltration微滤Particlefiltration一般过滤THEFILTRATIONSPECTRUM过滤谱图NF纳滤微滤技术•微滤（microfiltration）在10-300kPa的静压差作用下利用对称的微孔膜来分离悬浮物的一种膜分离过程。•微滤一般用于悬浮液（粒径0.02~10μm）的过滤，由于膜孔径较大，操作压力比超滤更小，一般为50-100kPa，微滤过程中膜两侧的渗透压差可以忽略不计。•微滤适用于细胞、细菌和微粒子的分离，在生物分离中，广泛用于菌体的分离和浓缩，目标物质的大小范围为0.01-10μm。•相近的有过滤，是利用多孔物质为筛板阻截部分物质通过。与微滤不同只是筛板不等同于微滤膜，而且阻截物质的大小要大得多。44超滤技术55•超滤技术的应用：–大分子物质的脱盐和浓缩；–大分子溶剂系统的交换平衡；–小分子物质的纯化；–大分子物质的分级分离；–生化制剂或其他制剂的除菌过滤和去热原处理；–回收细胞和处理胶体悬浮液。–在生化制药中可用来分离蛋白质、酶、核酸、多糖、多肤、抗生素、病毒等。•超滤的优点：–没有相的转变，无需添加任何强烈的化学物质，可以在低温下操作，过滤速度较快，便于无菌处理等。•生物大分子的分级分离–可以采用不同截留相对分子质量的超滤柱，进行分级分离。–目前额定截留相对分子质量的超滤柱截留值有3000，5000，10000，30000，60000等。如果超滤物质相对分子质量为5000，20000，35000，先用截留相对分子质量30000的超滤，滤出液再用截留相对分子质量10000的超滤，滤出液再用截留相对分子质量3000的超滤。66纳滤膜分离技术纳米过滤技术•纳米过滤（nanofiltration）是介于反渗透和超滤之间的一种以压力差为推动力的新型膜分离过程。•纳米过滤能截留可以通过超滤膜但不能通过反渗透膜的溶液。•纳米过滤的特点是：能截留小分子的有机物并可同时透析出盐，集浓缩与透析于一体；操作压力低，因为无机盐能通过纳米滤膜而透析，使得纳米过滤的渗透压远比反渗透为低，所以纳米过滤所需的外加压力比反渗透低得多。77•纳滤主要用来处理一些中等分子量溶质(0.5–5nm,分子量100～1000)。•主要用于：生活和生产用水的纯化和软化处理、化学工业中的催化剂回收、药物的纯化与浓缩、活性多肽的回收与浓度、溶剂回收等。•纳滤与反渗透没有明显的界限。纳滤膜对溶解性盐或溶质不是完美的阻挡层，这些溶质透过纳滤膜的高低取决于盐份或溶质及纳滤膜的种类，透过率越低，纳滤膜两侧的渗透压就越高，也就越接近反渗透过程，相反，如果透过率越高，纳滤膜两侧的渗透压就越低，渗透压对纳滤过程的影响就越小。纳滤膜特性(1)对不同价态离子截留效果不同。对单价离子的截留率低,对二价和多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-,Cl-,OH-,SO42-,CO32-对阳离子的截留率按下列顺序递增:H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+(2)对离子截留受共离子影响。在分离同种离子时,共离子价数相等,共离子半径越小,膜对该离子的截留率越小,共离子价数越大,膜对该离子的截留率越高。(3)对疏水型胶体、油、蛋白质和其它有机物有较强的抗污染性,相比于RO,NF具有操作压力低、水通量大的特点。相比于MF,NF截留分子量界限更低,对许多中等分子量的溶质,如消毒副产物的前驱物、农药等微量有机物、致突变物等杂质能有效去除部分纳滤膜分离特性反渗透膜分离层反渗透膜支撑层淡水浓水进水CavgCconcCpermCfeed高压泵CfeedCpermCconcCavg进水浓度淡水浓度浓水浓度平均浓度模拟反渗透机反渗透膜分离技术TotalDissolvedSolid(TDS)总溶解固体指有机和无机盐溶解在水中得出的浓度(单位:ppm或mg/l)Feed进水在高压泵作用下,进入反渗透系统的溶液;Permeate淡水溶液透过反渗透膜后;收集而成的溶液,一般指净化水Concentrate浓水没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液,其中含有大量的无机盐和有机物CfeedCconcCpermTDS技术术语Rejection脱盐率溶液中溶质不透过反渗透膜的比例RejectionPassage透过率溶液中溶质透过反渗透膜的比例PASSRecovery回收率淡水與入水之比例Recovery=PermeateFlowRateFeedFlowRate=QpermQfeed=AverageConcentration平均浓度反渗透膜进水侧溶液的平均浓度Cfeed+Cconc2Cavg=Recovery技术术语浓水的浓度没有透过反渗透膜而离开反渗透系统的溶液的浓度物量平衡原理Qfeed•Cfeed=Qconc•Cconc+Qperm•Cperm流量进水浓水淡水浓度假设在理想状态下:Cperm0Qfeed•Cfeed=Qconc•Cconc+Qperm•0Qfeed•Cfeed=Qconc•CconcCconc/Cfeed=Qfeed/QconcRecovery=QpermQfeed;Qfeed=Qconc+QpermCfeed(1-RECOVERY)=Cconc=技术术语提高系统回收率的方法方法一:增加浓水回流泵进水浓水淡水0.15m3/h0.85m3/h1.0m3/h泵进水回流浓水淡水0.15m3/h0.15m3/h0.3m3/h1.0m3/h回收率:15%回收率:50%方法二:增加反渗透膜数量-为了增加系统回收率,可增加系统中反渗透膜的数量和段数,以增加淡水产量.备注:回收率增加,淡水水质将下降回收率减少,淡水水质将提高反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜反渗透膜淡水浓水进水提高系统回收率的方法無機鹽濃度滲透壓力氯化鈉0.5%55psi1.0%125psi3.5%410psi硫酸鈉2.0%110psi5.0%304psi10.0%568psi氯化鈣1.0%90psi3.5%308psi硫酸銅2.0%57psi5.0%115psi10.0%231psi有機鹽濃度滲透壓力SUCROSE3.3%35psiMW6.4%73psi3429.3%110psi24.0%350psi30.0%500psi35.0%645psiDEXTROSE3.3%62psiMW9.3%190psi19824.0%605psi30.0%863psiMW分子量PPM=10000x濃度百分比1.对于同一物质,进水物质浓度越高,渗透压越高.2.对于同一浓度,进水物质分子量越小,渗透压越高.MWOFSUCROSEMWOFORGANICS=BOFORGANICSBOFSUCROSEB=渗透压力进水水质与的渗透压力关系:系统操作压力对渗透通量的影响:Peff=Pop-rBPeff=有效压力Pop=操作压力rB=渗透压反渗透系统操作压力:10-40Bar若操作压力降低,渗透通量也将减少.若操作压力升高,渗透通量也将增加Qperm,actQperm,specPeffPspec=实际渗透通量,有效压力额定渗透通量,额定压力系统操作温度对反渗透膜的影响:1.反渗透膜运行温度:5-40ºC.若操作温度降低,渗透通量也将减少.若操作温度升高,渗透通量也将增加.2.一般可粗略认为:以25ºC为基准,操作温度上升/下降1ºC,相应膜元件渗透通量上升/下降3%02000400060008000100001200014000010203040温度(ºC)渗透通量GPDSSSSSS100F0.25FPureWaterLayer10A纯水层Na+NO3-Na+Cl-K+Cl-Ca+2Cl2-Zn+2Cl2-Ni+2SO4-2Al2+2(SO4-2)3Na3+SO4-3压力溶液流动方向反渗透膜对无机盐的作用1.依靠荷点排斥性一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性.2.依靠膜孔的筛选性最为重要SSSSS100F0.25F压力溶液流动方向最为重要50MW1000MW750MW500MW反渗透膜对有机物的作用:1.有机物的脱除率主要决定于有机分子的大小和形状;2.携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜.反渗透膜对正离子的脱盐率正离子脱盐率%SODIUM钠Na+95-97CALCIUM钙Ca+296-97MAGNESIUM镁Mg+296-97POTASSIUM钾K+95-97IRON铁Fe+298-97MANGANESE锰Mn+298-97ALUMINUM铝Al+399+AMMONIUM氨NH4+88-97COPPER铜Cu+298-97NICKEL镍Ni+298-97ZINC锌Zn+298-97STRONTIUM锶Sr+296-97HARDNESS硬度Ca+2&Mg+296-97CADMIUM镉Cd+296-97SILVER银Ag+94-97MERCURY汞Mg+296-97反渗透膜对负离子的脱盐率负离子脱盐率%CHLORIDE氯化物Cl-95-97BICARBONATE碳酸氢盐HCO3-95-96SULPHATE硫酸盐SO4-299+NITRATE硝酸盐NO3-93-96FLUORIDE氟化物F-94-96SILICATE硅酸盐SiO2-295-97PHOSPHATE磷酸盐PO4-399+BROMIDE溴化物Br-94-96BORATE*硼酸盐B4O7-235-70CHROMATE铬酸盐CrO4-290-98CYANIDE*氰化物CN-90-95SULFITE亚硫酸盐SO3-298-99THIOSULFATE硫代硫酸盐S2O3-299+FERROCYANIDE亚铁氰化物Fe(CN)6-399+*受酸碱度影响反渗透膜对其他物质的脱除率其他物质脱除率%SUCROSESUGAR蔗糖342100LACTROSESUGAR乳糖360100PROTEIN蛋白质10000UP100GLUCOSE葡萄糖19899.9PHENOL苯酚94***-ACETICACID醋酸60***-FORMALDEHYDE甲醛30***DYES染料400TO900100BOD生物需氧量BOD90-99COD化学需氧量COD80-95UREA尿素6040-60BACTERIA&VIRUS细菌及病毒50,000-500,000100PYROGEN热原体1000-5000100GASES气体CARBONDIOXIDE二氧化碳CO230-50OXYGEN氧气O2***CHLORINE氯气Cl230-70外殼材料中心管产水浓水ATD进水进水流道膜片膜片进水流道膜外壳纯水收集流道卷式反渗透膜元件密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料膜，上下两层膜叶透水网状材料透过水浓水进水螺旋卷式膜组件组合示意图常用聚酰胺膜结构FT30膜片材质：纳滤膜片材质：交联度不同导致膜性能的区别聚酰胺膜剖面图•聚酯材料增强无纺布，约120μm厚•聚砜材料多孔中间支撑层，