膜法水处理实验(二)——纳滤与反渗透截留性能比较.doc

膜法水处理实验（二）——纳滤与反渗透截留性能比较
一、 实验目的
（1） 掌握评价纳滤和反渗透除盐率的标准方法。
（2） 了解纳滤和反渗透除盐性能差异。

二、 实验原理
反渗透（RO，Reverse Osmosis）又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：
（1）
其中，Kh表示水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；Δp表示膜两侧的静压差；Δπ表示膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π可表示为：
（2）
其中，i表示溶质分子电离生成的离子数；C为溶质的摩尔浓度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。

图1 反渗透原理

反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，目前其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。
纳滤（NF，Nanofiltration）是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。纳滤分离原理近似机械筛分，但由于纳滤膜本体带有电荷性使其在很低压力下仍具有较高脱盐性能。纳滤具有以下两个特征：
1、对于液体中分子量为数百的有机小分子具有分离性能；
2、对于不同价态的阴离子存在道南效应。物料的荷电性，离子价数和浓度对膜的分离效应有很大影响。
由于纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如醋酸纤维素膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”（Loose RO）。纳滤主要运用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价值成份的浓缩等方面，在电子、食品和医药等行业的应用愈发广泛

三、 实验装置与设备
1、自制纳滤/反渗透实验装置一套，含隔膜泵、压力表、流量计、膜组件支架等单元，如图2所示。

图2 纳滤/反渗透实验装置

2、栅网片，纳滤膜片（Φ 47 mm），反渗透膜片（Φ 47 mm）。
3、电导率仪。
4、分析天平。
5、NaCl（分析纯）、MgSO4（分析纯），配制成浓度为4 g/L的贮备液。
6、50 mL、500 mL烧杯，1000 mL量筒，1、2、5、10、25、50 mL移液管。
7、去离子水。

四、 实验步骤
1、由贮备液配制浓度为0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 g/L的NaCl和MgSO4标准溶液，各100 mL；
2、测量标准溶液的电导率，填入下表并绘制电导率与电解质浓度的标准曲线；

表1 标准溶液浓度及其对应的电导率
溶质
浓度（g/L）
电导率（μS/cm）
NaCl
0.1

0.2

0.4

0.8

1.0

2.0

MgSO4
0.1

0.2

0.4

0.8

1.0

2.0

3、配制浓度为2.0 g/L NaCl 和MgSO4溶液作为工作液，各1 L；
4、测量工作液的电导率，并记录于表2中；
5、熟悉实验装置，链接管路，安装栅网片和纳滤；
6、将NaCl溶液倒入水槽，泵出口阀和流量计针法处于关闭状态，接通电源，逐步调节泵出口阀和流量计针法，使流量稳定在60 mL/min，压力稳定在5 bar；
7、用烧杯接取透膜液，弃去最初的20 mL，润洗烧杯后接取透膜液15~20 mL，关闭电源；
8、测量透膜液的电导率，并记录于表2中；
9、弃去水槽中剩余的工作液，用去离子水冲洗管路，更换MgSO4工作也重复上述实验；
10、更换反渗透膜重复上述实验；

表2 经纳滤和反渗透处理前后溶液电导率变化
溶质
纳滤
反渗透
工作液电导率
（μS/cm）
透过液电导率
（μS/cm）
工作液电导率
（μS/cm）
透过液电导率
（μS/cm）
NaCl

MgSO4

11、用去离子水清洗实验装置，整理实验台及数据

五、 实验结果整理
1、 以电导率绘制NaCl和MgSO4的标准曲线。
2、 根据纳滤和反渗透对NaCl和MgSO4的截留率。

六、 实验结果讨论
1、 结合纳滤和反渗透的工作原理，分析两者对NaCl和MgSO4的截留效果差异。
2、 例举纳滤和反渗透的适用领域。
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