膜分离装置.ppt

膜分离设备1.一、膜分离设备分类及分离原理膜分离：是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。膜分离设备：利用膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中离子或分子的设备。2.，膜分离设备电渗析设备反渗透设备超滤设备渗析设备纳滤设备微滤设备水处理工艺中常用的三种膜分离设备3.1.电渗析器渗析器原理：利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择性，在直流电场的作用下，使溶液中的阴、阳离子在隔室内发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜从而达到除盐或浓缩的目的。4.电渗析器工作原理图5.2.反渗透反渗透设备原理：反渗透亦称逆渗透（RO）。是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜（或称半透膜）分离出来。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。6.反渗透分离原理图7.3.超超滤、微、微滤和和纳滤设备原理：膜孔对溶液中悬浮微粒的筛分作用，在介质压力的作用下，小于孔径的小分子溶质随溶液一起透过膜上的微孔，大于孔径分大分子溶质则被截留。8.膜上的微孔尺寸决定膜的分离性质超滤膜：截留颗粒0.0011m,分子量在50050000之间；纳滤：分子颗粒1nm,分子量在200以上的溶解性组分；反渗透：截留颗粒0.00010.001m9.为了使溶液或废水能够透过滤膜，克服通过过滤膜的阻力，需要加压跨膜压差微滤操作：超滤：纳滤：反渗透：0.10.3MPa0.31.0MPa2.0MPa左右大于2.8MPa10.超滤、微滤和纳滤工作原理示意图11.压力推动膜工艺分类的示意图12.二、膜的分二、膜的分类从相态上分：固膜液膜气膜按形态分按结构分平面膜管状膜中空纤维膜对称膜非对称膜13.（1）对称膜：又称为均质膜，是一种均匀的薄膜，膜两侧截面的结构及形态完全相同。包括致密的无孔膜和对称的多孔膜两种。传质阻力由膜的总厚度决定，降低膜的厚度可以提高透过速率。（2）非对称膜：横断面具有不对称结构。包括一体化非对称膜和复合膜两类。分离效能主要或完全由很薄的皮层决定，传质阻力小，其透过速率较对称膜高得多。14.从来源上分：天然膜合成膜从膜的功能分：离子交换膜反渗透膜超滤膜微滤膜纳滤膜气体渗透膜15.（一）.离子交换膜1 1、定、定义义：一种含离子基离子基团团的、对溶液里的离子具有选择选择透透过过能力能力的高分子膜高分子膜。在应用时主要利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。2、组成：离子交换膜可以分为基膜基膜和活性基活性基团团两大部分。基膜：具有立体网状结构的高分子化合物；活性基团：由具有交换作用的阳(或阴)离子和与基膜相连的固定阴(或阳)离子所组成。16.离子交换膜按结构分为均相、半均相、异相膜三种。均相膜：是由具有离子交换基团的高分子材料直接成膜，组织是完全均一的。半均相：宏观结构是均匀的，成膜材料和聚电解质虽然混合的很均匀，但两者之间没有化学的结合。异相膜：由离子交换树脂粉末加粘合树脂制成，组织不均匀。17.3.离子交换膜的基本性能：1）交换容量，指每千克干膜所含交换基团的毫克当量数。2）含水率，指工作状态下每克干膜的含水克数。18.19.（二）反渗透膜（二）反渗透膜l作用机理：作用机理：利用反渗透膜利用反渗透膜选择选择性的只能性的只能通通过过溶溶剂剂（通常是水）而截留离子物（通常是水）而截留离子物质质性性质质，以膜两，以膜两侧侧静静压压差差为为推推动动力，克服力，克服渗透渗透压压，使溶，使溶剂剂通通过过反渗透膜反渗透膜实现对实现对液液体混合物体混合物进进行分离的行分离的过过程反渗透将料液程反渗透将料液分成两部分：透分成两部分：透过过膜的是含溶膜的是含溶质质很少的很少的溶溶剂剂，称，称为为渗透液；未透渗透液；未透过过膜的液体，膜的液体，溶溶质浓质浓度增高，称度增高，称为浓缩为浓缩液。液。l操作操作压压差一般差一般为为1.510.5MPa，截留，截留组组分分为为小分子物小分子物质质。20.渗透和反渗透渗透和反渗透分离的溶分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透分子往往很小，不能忽略渗透压的作用的作用21.反渗透反渗透法法应应用：用：海水和苦咸水脱海水和苦咸水脱盐盐制制饮饮用水；用水；制制备备医医药药、化学工、化学工业业中所需的超中所需的超纯纯水；水；用于用于处处理重金属理重金属废废水水用于用于浓缩过浓缩过程，程，不会破坏生物活性，不会破坏生物活性，不会改不会改变风变风味、香味味、香味。包括：食品工包括：食品工业业中果汁、糖、咖啡的中果汁、糖、咖啡的浓缩浓缩；电镀电镀和和印染工印染工业业中中废废水的水的浓缩浓缩；奶品工；奶品工业业中中牛奶的牛奶的浓缩浓缩。22.反渗透膜法海水淡化嵊泗嵊泗1000吨吨/日反渗透海水淡化装置日反渗透海水淡化装置23.（三）超（三）超滤膜膜作用机理：作用机理：超超滤滤又称超又称超过滤过滤，用于去除，用于去除废废水中大水中大分子物分子物质质和微粒。超和微粒。超滤滤之所以能之所以能够节够节流大分子物流大分子物质质和微粒，其机理是：膜表面孔径机械和微粒，其机理是：膜表面孔径机械筛筛分作用，分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质对杂质的吸的吸附作用。而一般附作用。而一般认为认为主要是主要是筛筛分作用。分作用。超超滤滤是以是以压压力力为为推推动动力，利用超力，利用超滤滤膜不同孔径膜不同孔径对对液体中溶液体中溶质进质进行分离的物理行分离的物理筛筛分分过过程。其截断程。其截断分子量一分子量一 般般为为6000到到 50万，孔径万，孔径为为几十几十nm，操，操作作压压0.2-0.6MPa。25.（四）（四）纳滤膜膜Z纳滤技技术是反渗透膜是反渗透膜过程程为适适应工工业软化水的化水的需求及降低成本的需求及降低成本的经济性不断性不断发展的新膜品种，展的新膜品种，以适以适应在在较低操作低操作压力下运行，力下运行，进而而实现降低降低成本演成本演变发展而来的。展而来的。Z纳滤 (NF(NF，Nanofiltration)Nanofiltration)是一种介于反渗是一种介于反渗透和超透和超滤之之间的的压力力驱动膜分离膜分离过程。程。Z纳滤分离范分离范围介于反渗透和超介于反渗透和超滤之之间，截断分，截断分子量范子量范围约为 MWCO300MWCO3001000 1000，能截留透，能截留透过超超滤膜的那部分有机小分子，透膜的那部分有机小分子，透过无机无机盐和水和水。纳滤纳滤膜的特点膜的特点u纳滤膜的截留率大于膜的截留率大于95%95%的最小分子的最小分子约为nm,nm,故称之故称之为纳滤膜。膜。u从从结构上看构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的表面膜大多是复合膜，即膜的表面分离分离层和它的支撑和它的支撑层的化学的化学组成不同。其表面成不同。其表面分离分离层由聚由聚电解解质构成。构成。u能透能透过一价无机一价无机盐，渗透，渗透压远比反渗透低，故比反渗透低，故操作操作压力很低。达到同力很低。达到同样的渗透通量所必需施的渗透通量所必需施加的加的压差比用差比用RORO膜低膜低0.50.53 MPa3 MPa，因此，因此纳滤又又被称作被称作“低低压反渗透反渗透”或或“疏松反渗透疏松反渗透”(Loose RO)Loose RO)。纳滤纳滤膜分离机理示意膜分离机理示意图图（五）微（五）微滤膜膜微微滤过程中使用的膜也是微孔膜。微程中使用的膜也是微孔膜。微滤膜多数膜多数为对称膜，其中最常称膜，其中最常见的是曲孔的是曲孔型，型，结构构类似于内有相似于内有相连空隙的网状海空隙的网状海绵；另外；另外还有一种毛有一种毛细管型，膜孔呈管型，膜孔呈圆筒状垂直筒状垂直贯通膜面。通膜面。三、膜分离装置三、膜分离装置膜分离系统组成1、膜分离系统的构成膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等2、常用膜组件的类型板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式30.（一）板框式膜分离装置1、基本部件平板膜、支撑盘、间隔盘。三种部件相互交替、重叠、压紧。31.2.特点 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量；操作比较方便。板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度要求较高。3、应用超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）32.板框式膜装置33.34.（二）管式膜分离装置1、基本部件、基本部件管状膜、管状膜、圆圆筒形支撑体、管束板、不筒形支撑体、管束板、不锈钢锈钢外壳、外壳、端部密封端部密封2、特点、特点 流流动动状状态态好，流速易控制；好，流速易控制；结结构构简单简单，容易清洗，安装、操作方便；，容易清洗，安装、操作方便；装填密度装填密度较较小，小，单单位体位体积积内有效膜面内有效膜面积积小；小；耐高耐高压压，无死角，适宜于，无死角，适宜于处处理高黏度及固体含理高黏度及固体含量量较较高的料液，比其他形式高的料液，比其他形式应应用更用更为为广泛。广泛。35.3、类型与结构管式膜管式膜组组件又分件又分为为内内压压型和外型和外压压型两种。型两种。内内压压型有型有单单管式管式和管束式两种。和管束式两种。36.37.38.39.（三）螺卷式膜分离装置1.基本组成由耐压套管、膜组件、穿孔管组成。膜组件由平膜、导水垫层、格网组成.2.特点 结构紧凑，装填密度高 制作简单，安装、操作方便 适合低流速、低压下操作 制作工艺复杂，膜清洗困难40.41.42.43.3、工作、工作过过程程原料从端部原料从端部进进入入组组件后，在隔网中的件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流流道沿平行于中心管方向流动动，而透，而透过过物物进进入膜袋后旋入膜袋后旋转转着沿螺旋方向流着沿螺旋方向流动动，最后，最后汇汇集在中心收集管中再排出，集在中心收集管中再排出，浓浓液液则则从从组组件另一端排出。件另一端排出。44.45.46.（四）中空纤维式膜分离装置其膜组件用细径的中空纤维膜组装而成，一般为外压式。所用的中空纤维膜，在内壁或内、外壁形成表层。将许多根中空纤维捆成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束外侧两端用环氧树脂加固。将其一端切断，使纤维膜束呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。47.48.特点：结构简单、单位体积膜的表面积最大，液流流程短，分布均匀。不能用于处理含有悬浮物的废水，必须预先经过过滤处理，另外难以发现损坏的膜，维护管理不便。49.50.