水的膜分离技术课件

水的膜分离技术水的膜分离技术哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学市政工程系市政工程系市政工程系市政工程系 时文歆时文歆时文歆时文歆1第4章 纳滤超滤和微滤4.1 纳滤技术纳滤技术oNF界于反渗透和超滤之间。分离分子量在200g/mol以上、分子大小为1nm的溶解组分。压力驱动，通常0.51.0MPa，一般0.7MPa。故又称“低压反渗透”或“疏松反渗透”。23特点：特点：1、无机盐能透过，渗透压远比RO膜低。相同通量下所需压力低；同等压力下通量比RO大得多。2、具有离子选择性，一价盐可透过膜，高价盐被截留。渗透性取决于价态。截留率上升顺序：NO3，C1，OH，SO42，CO32。H，Na，K，Ca2，Mg2，Cu2。原因：在膜上有负的带电基团，通过静电作用，阻碍多价阴离子的渗透。4应用范围应用范围 给水：给水：去除除草剂、杀虫剂、农药等微污染物或微溶质及染料、糖等低分子量组分。污水：污水：木材制浆废液脱色，带色物质和氯化木质素被截留，其中Na可透过膜而重新用于萃取，脱色率98以上。也可用于染料废水脱色。5674.2 超滤超滤 介于微滤和纳滤间，膜孔径为0.05um至1nm.典型应用：从溶液中分离大分子物质和胶体，分离分子量下限为几千Dalton(1Da1.66054x1027kg)。分离过程：分离过程：在膜表面及微孔内吸附(一次吸附)；在孔中停留而被去除(阻塞)；在膜面的机械截留(筛分)。89o超滤(UF)和微滤(MF)的分离范围填充了RO、NF与普通过滤之间的空隙。10o传质理论传质理论（1）膜的透过通量：单位时间单位膜面积上透过的溶液量。（2）溶质截流率，表观截流率Robe=1-（pp-pb）（3）浓差极化：膜表面溶质浓度比主体溶液浓度高的现象。影响：形成凝胶层，膜阻力增大，通量下降。解决办法：除管式和中空外，加湍流装置。11o影响因素：影响因素：1、料液流速：高速防浓差极化，但耗能多。2、适当的压力3、温度，高温可提高通量。4、操作时间，清洗。5、进料浓度，有限制。6、料液预处理。12o超滤工艺流程 间歇式：小规模，效率高，始终在最佳浓度范围内工作，保持高通量。13连续式：大规模，部分循环，多极密闭循环串联144.3 微滤微滤oMF原理：原理：压差（0.7-7kPa）为动力，筛网状过滤介质“筛分”，属精密过滤。膜孔均匀，整齐。15o去除对象去除对象：直径为0.03-15um的微粒、亚微粒和细粒。o适用范围：适用范围：超纯水终端处理 RO首端预处理 啤酒等酒类酿造中去除微生物和异味。16o截留机理截留机理 机械截留 物理作用或吸附截留 如吸附和电性能 架桥作用 膜网络内部截留17oMF膜的特点膜的特点（P35）孔径均匀、孔隙率高 膜质地薄 驱动压力低o 膜的形态结构膜的形态结构 通孔型：筒状孔垂直贯穿膜面，孔径均匀 网络型：与泡沫海绵类似，属对称型 非对称型：海绵型或指孔型，常用。1819o操作与应用操作与应用 死端过滤和错流过滤20第5章 膜处理系统与膜污染控制5.1 组成组成预处理、膜系统、后处理、自控oRO见下图 21o 各部分作用各部分作用225.2 预处理系统预处理系统o物理法物理法 沉淀/气浮、过滤、活性炭、冷却/加热o化学法化学法 氧化、还原、调pH值，光化学o膜法膜法23（1）电渗析预处理系统）电渗析预处理系统 进水水质要求：进水水质要求：o水温 5-40度o高锰酸盐指数 3mg/lo游离氯 0.2mg/lo铁、锰 0.3mg/l、0.1mg/lo淤泥密度指数（SDI）(3-5)24SDI的测定：测定在0.21MPa下，用0.45um微滤膜过滤一定量原水所需时间。25o步骤：o计算公式：SDI=P30/Tt=100 x(1-Ti/Tf)/Tt26o常见的预处理系统常见的预处理系统 一级过滤 地 二级过滤 下 曝气活性炭滚筒过滤 电渗析 水 石灰/苏打混凝沉淀过滤 阳树脂o河水混凝沉淀过滤活性炭滤筒过滤电渗析27(2)RO预处理系统预处理系统 SDI1,数年 5,不能用RO。中空纤维和螺旋式对进水要求高，管式膜和板式膜则要求低。28o常见的常见的RO和和NF预处理方法预处理方法 常规过滤 多介质过滤器、保安过滤、锰砂过滤、活性炭吸附等。膜滤 MF和UF。离子交换 软化、阳床、阴床、混床等。添加化学药剂 阻垢剂、分散剂、石灰软化、调pH、加氯/除氯等 其他 热交换、除气器、紫外线杀菌等。选择原则：（P43）2930315.3 后处理后处理o要求高纯水时，复床或混床进一步脱盐o纯水，可用精处理RO或EDoRO出水的后处理方法 膜法：MF,UF,精密RO,NF,ED,EDI 离子交换 化学药剂：调pH，加氯 其他：亚微米保安过滤器，除气器，贮存等。325.4 集中控制问题集中控制问题o记忆、数据运算、逻辑判断o自适应、自诊断、自检测335.5 膜污染及防治膜污染及防治1、电渗析的浓差极化和结垢、电渗析的浓差极化和结垢o控制进水水质o控制工作电流o定期倒换电极o定期酸性o其他：脉冲电流、掩蔽剂等342、RO和和NF的浓差极化和膜污染的浓差极化和膜污染浓差极化：提高料液流速、保持紊流、薄层流动。膜污染原因：无机物沉积 结垢 有机分子吸附 有机污染 颗粒物沉积 微生物粘附及生长 35危害：脱盐率和产水量下降；进出口压力差升高，影响运行。更换膜组件费用高。预防与定期清洗时防止膜污染的关键。36o控制策略控制策略 水垢：CaCO3，CaSO4，二氧化硅络合物等。Ca2+2HCO3-CaCO3+CO2+H2O 方法：除钙 除HCO3-碱度 阻垢剂 37o微生物：成因：被截流，繁殖生长，其他污染物、絮凝剂等成为营养物。进水温度高，SDI高，污染物浓度高。危害：形成致密层，吸附高浓度离子，加剧浓差极化；酶分解膜；通量、脱盐率下降，压降增加。方法：氯化消毒，进入RO前，0.5-1mg/l38o有机物：腐殖酸等，不能透过膜，但对膜污染小，丹宁极易吸附在膜上，是强污染源。控制方法：低分子易挥发，吹脱 非极性，中分子量，活性炭 弱解离大分子，吸附树脂 UF，MF 393、膜清洗与再生、膜清洗与再生o物理清洗：淡水、原水或气水冲洗；超声波o化学清洗：加酸（硝酸、磷酸、柠檬酸）加碱 水溶性乳液 酶洗剂 美国清力公司：RO专用高效阻垢剂和清洗剂。PTP-0100，PTP-2000，PTP-Silica，Micro Treat B10,KL系列清洗剂等。40第第6章章 集成膜技术及工程设计集成膜技术及工程设计416.1 集成膜技术集成膜技术1、定义、定义 综合若干膜过程或与其它技术结合，获得最佳的分离效果，取得最佳的经济效益的膜技术。如电子工业超纯水，MF、UF、RO、NF+离子交换+紫外线消毒422、发展、发展o膜与化学法集成 一边反应，一边分离，产物停留时间短，减少了副反应，提高收率。o膜与离子交换集成 预脱盐，延长树脂的再生周期。EDR、EDI43传统：原水 预处理 阳床阴床 混床 纯水改良：原水 预处理 RO/EDR 混床 纯水环保：原水 预处理 RO/EDR 纯水44o全膜法处理美国，海德能：全膜工艺，有效地提高了整个水处理系统的性能和可靠性，节约成本，提高了系统的稳定性。高悬浮物和有机物含盐量650mg/LUFRORO无悬浮物和有机物含盐量小于1mg/L456.2 工程设计的基本程序工程设计的基本程序1、原水水质分析2、用水水质要求3、水质预处理4、膜法应用可能性的评估程序 理想方法：试验46476.3 提高自动化水平提高自动化水平o国外：无人水厂o膜的自动监控o进出水水质监测，最佳运行状态486.4 膜法经济性评价膜法经济性评价o无相变，能耗低，与规模有关 美国海水淡化：189m3/d-$0.79/t 8000 m3/d-$0.3/t 3000m3/d时，RO比蒸馏法优越。o 与含盐量有关 盐2000mg/L，ED与RO接近；10000mg/L，ED的费用是RO的4倍。o与水质有关 工业废水处理：$5.3-9.2/t49o与常规工艺比较 膜法设备贵，但占地少，操作方便，运行管理费用低，处理效果好，投资回收快。膜成本逐渐下降。1979-1990价格下降50%。50第第7章章 典型工程实例典型工程实例517.1 海水与苦咸水淡化海水与苦咸水淡化1、蒸发、膜法的比例522、RO 海水含盐量高，35000mg/l，渗透压2.5MPa，需高压反渗透（7-10MPa）。苦咸水：含盐量1000-5000mg/l湖水、河水、地下水。渗透压0.1-0.3MPa，低压反渗透（2-3MPa）。53一级除盐：54二级除盐55o目标：高脱盐率，低浓缩倍数，可不考虑回收率。56o沙特水厂(56800m3/d)红海，TDS43300mg/l57o新疆石西油田苦咸水淡化工程 TDS3342mg/l587.2 工业纯水工业纯水传统技术：离子交换59o新技术（RO/ED+离子交换）607.3 超纯水超纯水o适用于大规模集成电路、医药卫生，谁的纯度99.99999%。电阻率18兆欧/cm。617.4 饮用水饮用水o纳滤膜软化NF：0.5-0.7MPa。能去除85-95%的硬度及70%的单价离子。62o二级RO康师傅、娃哈哈、维维、养生堂等采用。637.5 污水处理与回用污水处理与回用64656667