环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离

第六章膜分离技术1、什么是膜分离过程，有哪些膜分离过程，各有什么特点，各分离过程分离离子的范围？答：若在流体内部或两流体间有一薄层凝聚相物质把流体分隔为两部分，则这一薄层物质称为膜，膜可以是固态、液态或气态。膜分离是利用膜材料具有选择性渗透作用而使气体或液体混合物得到分离的一种方法。膜分离技术具有以下优点：(1)能获得高纯度组分；(2)操作过程的能耗较低；(3)分离操作通常在常温或低温下操作，对热敏物料的分离尤其适宜。2、说明膜分离过程的推动力及分离原理。答：物质能选择性地透过膜的推动力有两种：一种是由外界提供能量，使物质能由低位向高位移动；另一种是因膜的存在造成被分离系统具有化学位差的作用下由高位向低位移动。3、不同的膜分离过程适用于哪些场合？答：依据膜孔径的不同，分离的粒子颗粒直径也有差异。4、膜组件有哪些形式，各有什么特点？答：(1)板框式膜组件板框式膜组件优点：组装方便，膜的清洗更换比较容易，料液流通截面较大，不易堵塞，可视生产需要组装膜组件。缺点：密封边界长，板框和密封件的加工精度高；每块板上料液的流程短，通过板面的透过液量较少，(2)卷式膜组件与板框式膜组件相比，卷式膜组件优点是：膜组件比较紧凑；单位体积内的膜面积大；制作相对简单。其缺点是：清洗不方便，膜损坏时，不易更换；卷式膜组件所用的膜必须是可焊接或可粘贴的膜。(3)管式膜组件优点：结构简单；安装、操作方便；流体流动状态好,不易被堵塞。缺点：单位体积膜组件的膜面积少，一般仅为30~330m2/m3，除特殊场合外，一般不被使用。(4)中空纤维膜组件优点：设备紧凑，组件单位体积内的有效膜面积高达16000～3000m2/m3缺点：中空纤维内径小阻力大，易堵塞，所以料液走纤维管间，透过液走纤维管内。透过液侧流体能量损失大，压降可达数个大气压，膜污染难除去。5、简要说明反渗透的原理，反渗透的操作压力与膜的类型有关吗？答：当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水能透过膜向盐水一侧渗透，直到盐水一侧水位升高到一定高度为止，渗透过程达到动态平衡，这种现象称之为渗透现象。渗透推动力是纯水和盐水的化学位差。渗透达到平衡时，膜两侧压力差称为渗透压，渗透压是溶液的一种性质，与溶液中的分子数有关，与膜无关。利用溶液这一性质，在盐水一侧加压，则盐水中的水将通过半透膜流向纯水一侧，这种操作过程称之为反渗透。反渗透的操作压力与膜的类型无关。6、举例说明超滤、微滤、反渗透操作在环境工程中有哪些应用？答：超滤的应用，在水处理领域中，超滤技术可以除去水中的细菌、病毒、热源和其他胶体物质，因此用于制取电子工业超纯水、医药工业中的注射液、各种工业用水的净化以及饮用水的净化的预处理。微滤的应用，微滤主要用于除去溶液中大于0.05µm左右的超细粒子，在水的精制过程中，用微滤技术可以除去细菌和固体杂质，可用于医药、饮用水的生产。反渗透操作的应用，反渗透过程的特征是从水溶液中分离出水并获得浓缩液。目前应用主要局限于水溶液的分离，如用反渗透法进行海水和苦咸水淡化，纯水制备以及生活食用水的处理；另外食品、医药、化工等部门的分离、精制、浓缩等过程也逐渐应用反渗透单元操作。7、表征超滤、微滤、反渗透膜的物理指标有哪些，并说明其含义？答：表征超滤、微滤、反渗透膜的物理指标有透过率、截留分子量和截留率。(1)透过率：指能透过膜的溶剂(质)量，随溶液浓度而变化(2)截留分子量：表征超滤膜分离能力的物理量。定义：被截留90％的物质分子量为膜的截留分子量。(3)截留率是表征膜截留被浓缩溶质的能力，%100FSFccc8、什么是浓差极化，浓差极化对分离过程有什么影响，如何消除此影响？答：随着渗透过程的进行，膜表面附近的溶液浓度高于溶液主体的浓度，在膜表面与溶液主体间存在着浓度梯度，称之为浓差极化。浓差极化现象的存在将会给反渗透带来不利影响。由于浓差极化，使膜表面处溶液浓度升高，导致溶液的渗透压升高，因此反渗透操作压力亦必须作相应的提高，同时，膜表面处溶液浓度升高，易使溶质在膜表面沉积，使膜的传质阻力大为增加，膜的渗透通量下降。提高压力也不能明显增加通量，因此压力的提高反而会增加沉积层的厚度。为克服浓差极化的不利影响，在反渗透操作过程中必须予以考虑，尽量减少其影响。一般通过提高料液的流速可以使得边界层大大减薄，导致传质系数增大。另外一种方法是采用脉冲形式进料，也能在一定程度上增加料液的湍动程度。9、用来表示膜传质快慢程度是什么物理量，物理含义是什么？透过速率：单位时间，单位面积上透过的某组分的量。10、膜污染物可能有哪些，如何防止膜污染？答：膜污染物主要有：(1)悬浮固体；(2)胶体污染物；(3)有机污染物；(4)生物污染物。为了防止膜污染，应定期对膜进行清洗。清洗的方法有化学法和物理法。11、什么是电渗析，其基本原理是什么，电渗析是否存在浓差极化？答：电渗析是指在直流电场的作用下，溶液中带电离子选择性地透过离子交换膜的过程。与其他膜分离过程一样，电渗析也存在浓差极化。12、简述电渗析设备结构，电渗析流程有那几种，各有什么特点？答：电渗析设备多为板框式，板框式电渗析器组装时的排列方式，它的左右两端分别为阴、阳电极室，中间部分自左向右为很多个依次由阳膜、淡化室隔板、阴膜、浓缩室隔板构成的组件，呈阴阳离子交换膜与相应的浓缩室和淡化室交替排列，用压紧部件将上述组件压紧，即构成电渗析器。电渗析流程主要为，多台电渗析器串联连续操作和循环式脱盐。13、电渗析技术有哪些方面应用？答：电渗析技术在废水处理中的应用(1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素；(2)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠；(3)从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子；(4)从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋；(5)处理电镀废水和废液，含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金属离子的废水都适宜用电渗析处理，回收的电镀液可以返回电镀槽。电渗析处理含铁废水处理技术昀为成熟。14、简述气体膜分离原理及过程，表示气体分离膜的性能参数有哪些，其物理含义是什么？答：气体膜分离是指利用不同气体分子在非多孔性膜中渗透速率的不同使混合气体得以分离的过程。气体膜分离过程的推动亦是膜的两侧的压力差。在压力差作用下，气体首先在膜的高压侧溶解，并从高压侧通过分子扩散而传递到膜的低压侧，然后从低压侧解吸而进入气相。15、气体膜分离有哪些分离应用？答：气体膜分离技术的应用：(1)工业其他中氢的回收(2)氧氮分离器16、简述渗透汽化原理及过程，表示渗透汽化膜的性能参数有哪些，其物理含义是什么？答：渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中不同组分的溶解扩散性能的不同来实现组分分离的一种膜过程。17、渗透汽化膜分离过程有哪些方面的应用？答：(1)有机物中水分脱除：如醇类、酮类、脂类、醚类等有机物的脱水。(2)近沸点组分分离：如苯和环己烷，共沸点分别是80.1℃和80.7℃，难以用一般的精馏方法分离，采用渗透汽化过程，其分离系数可达200左右。(3)有机溶剂的回收：工业中使用过的有机溶剂中常含有多种有机物和水，可用渗透汽化法分离回用。如电子清洗剂回收再利用。18、应用什么方法可回收废水中的重金属离子？答：电渗析技术、反渗透技术可回收废水中的重金属离子。19、海水淡化有哪些方法，什么方法较经济，若咸水淡化什么方法经济？答：现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法，目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护、设备模块化和相对较经济的优点，逐步取代蒸馏法成为应用昀广泛的方法。20、若废水中含有一些固体颗粒、胶体、大分子有机物、某种重金属离子，请你设计该废水处理的工艺流程，使处理后的废水能回用。答：采用斜板沉淀池除去较大颗粒的固体颗粒，微滤除去较小的固体颗粒；超滤除去胶体物质和大分子反渗透膜除去重金属离子。工艺略。