第3章水的超滤.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章,水的预处理,3.1,混凝澄清处理,水的预处理概念,混凝澄清处理的机理,常用的混凝药剂,混凝澄清处理的主要影响因素,混凝模拟试验,3.2,常用混凝澄清设备概述,混合设备,泥渣循环型澄清池,水力循环澄清池,气浮澄清池,3.3,过滤处理及常用的过滤设备,过滤处理的作用,：,降低浊度、除去部分有机物、细菌、病毒等；,过滤的基本概念,：,杂质脱离流体在滤料表面被截流（大颗粒）、吸附（小或带电）的过程。,过滤工艺的类型,：按进水水质分为直接过滤、混凝澄清过滤、凝聚过滤；按水流方向分下流、上流、双流过滤；按滤层结构分单层、双层、三层；阀门分单阀、双阀、无阀。,滤料的种类,：必须满足相应使用条件,过滤的工作过程：周期性的反洗、正洗、过滤,重力式无阀滤池：,压力式过滤器,：,3.4,超（微）滤,超滤：,是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的。超滤起源于,1748,年，,Schmidt,用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度远远超过滤纸，于是他提出超滤一语，,1896,年，,Martin,制出了第一张人工超滤膜，,20,世纪,60,年代，分子量级概念的提出，是现代超滤的开始，,70,年代和,80,年代是高速发展期，90,年代以后开始趋于成熟。我国对该项技术研究较晚，,70,年代尚处于研究期限，,80,年代末，才进入工业化生产和应用阶段。,超滤根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微滤、超滤和反渗透三种。,区别,：,微滤,：膜,孔径通常,在,0.1,1m,之间，可以截流悬浮物、细菌、部分病毒、污染物及大尺寸胶体，微孔过滤所用的操作压通常小于,4104 Pa,。,超滤,：膜孔径通常在,0.002,0.1,m,之间。,超滤所用操作压为,4104 Pa,7105 Pa,，用于分离大分子溶质。,反渗透,：膜的平均孔径最小，一般为,0.001,m,（,1nm,）,以下，所用的操作压比超滤更大，常达到,35105 Pa,140105 Pa,，用于分离小分子溶质，如海水脱盐，制高纯水等。设计脱盐率为一般,99%,，实际脱盐偏低，,5,年后脱盐率一般低于,97%,本节主要介绍超滤技术，反渗透将在后面学习。,超滤技术的优点,是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、,pH,的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液，一般只能得到,10,50,的浓度。,3.4.1,超滤技术的优点,超滤装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空纤维式等形式。,超滤膜的结构可分成海绵状和指状孔，海绵状的孔结构压密性能比较好，指状结构的膜不耐压。,浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象减轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。,目前采取的措施有：提高膜面水流速度，以减小边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带走；采取物理或化学的洗涤措施。,膜的皮层表面是具有很薄、致密的细孔皮层，因此当膜孔产生污堵，即造成了不可逆污染，通过膜内孔的流道清洗污染是不可能的,3.4.2,超滤装置的现状及存在的问题,中空纤维超滤膜均由高分子聚合物材料制成。膜断面结构为非对称结构，即：膜表面具有很薄致密的细孔皮层，皮层下由较厚、粗孔层所支撑，使其可承受水力压差。,超滤过程是一种膜表面过滤过程。过程分离性能主要取于膜表面皮层的孔径公布。现有超滤膜均不是单一孔径，而是按一定孔径分布存在，其孔径从纳米至微米。各厂家生产不同孔径的膜，更确切的讲是生产了不同孔径分布的膜。显然，孔径分布越窄，其分离性能越佳。若膜的分离皮层存在过多或过大的孔，虽然膜的透水能力由于大孔提供更大的透量而增加，但是由于分离性能劣化，将导致产水水质下降、膜孔堵塞，膜通量衰减很快，反洗效率低，最终由于清洗困难而不能使用。因此，判断超滤膜优劣不仅视其水透过能力，,更主要要看其孔径分布的宽狭和有无大孔缺陷的存在。,3.5,、超滤膜,3.5.1,优质,超滤膜的表征,截流曲线,A,为质量好、孔径分布窄、大孔较少的超滤膜,截留曲线,B,为质量差、孔径分布宽、大孔缺陷多的超滤膜,3.5.2,水处理常用的,超滤膜材料,膜的亲疏水性和电荷性会影响膜与溶质之 间作用力的大小，所以在设计膜装置之前应根据料液性质，在不同条件下对膜材料进行筛选。,要求：机械强度好，亲水性能好，材料化学性能稳定，抗氧化性能强,3.5.3,常用的,超滤膜材料的性能比较,膜,SPES,CTA/CA,PS,PVDF,PES*,PAN*,膜材料,磺化聚醚砜,醋酸纤维素,聚砜,聚偏氟乙烯,聚醚砜,聚丙烯腈,接触角,(deg),4550,5055,65-81,74-86,6570,5258,水膨胀率,(%),78,4.76.5,0.50.8,0.3-0.5,0.40.6,2.53.6,牛血清蛋白吸附量,(mg/m,2,),0.4,0.5,2.3,5.4,3.5,1.3,带电性能,(mV,PH7),-40,-30,-4.6,-3.7,-4.2,-7.5,PES*,为没有改性的,PAN*,为改性后的,接触角越小材料越亲水，被污染后更容易恢复即所谓的抗污染性能越好,3.5.4,亲水性,/,非亲水性膜的比较,超滤膜应用中遇到最主要问题是由膜被污染造成的膜水通量持续下降。大量实践表明，若膜表面呈亲水性，在水处理中它具有更好抗污染能力。当制膜材料为亲水材料（如醋酸纤维）制成，这类膜被为亲水超滤膜。这类膜虽具有较好亲水性，但其化学稳定性稍差，只允许在较狭,PH,范围内使用。,聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等疏水高分子聚合物材料制成的疏水膜，其化学性能更为稳定，机械强度高，而被广泛采用。为改进疏水膜的抗污染能力，现各厂家采用不同化学改性方法，使其原疏水膜改性为偏亲水性。这类膜也被称为亲水超滤膜。目前，常被采用的多属这类改性的亲水超滤膜，其亲水改性程度因各厂家改性方法不同而不同。,3.5.5,常见问题,3.5.6,各典型超滤膜运行方式及单元设置,1.NORIT,，（内压、卧式）；,四组件串连壳式结构，两端进水中间出水，全流过滤；,设水反洗系统，流向与过滤状态相反，间隔,0.5h,；,设化学加强反洗,CEB,，间隔,12h,。,2.,海德能，（,内压、立式,）；,膜元件为 壳式结构，可全流也可错流过滤；,设置水反洗,系统,，空气增强反洗系统,AEB,（将纤维丝的孔径撑膨胀）,化学加强反洗,CEB,，间隔,12h,。,3.ZENON,：,外压浸入式、,PVDF,帘式膜。,反洗方式：气水合洗,维护性清洗：,NaClO,与,HCl,交替循环清洗，在线清洗,恢复性清洗：,HCl,循环清洗，膜列从系统中分离出来,3.6,压力式超滤装置前置过滤器的选择,1.,自清洗碟片式过滤器：过滤精度,100m,200 m,，自动反洗。,2.,管式滤芯式过滤器,:,PALL,大流量滤芯，过滤方式同传统滤芯，需人工更换滤芯。,3.,袋式网格过滤器,由金属网篮支撑滤袋，液体由入口流进，经滤袋过滤后从出口流出，杂质被截在滤袋中，需人工更换滤袋。,盘片过滤装置,超滤装置,海德能膜组件,ZENON,膜组件,诺瑞特膜组件,错流与死过滤的比较,内压操作的过滤方式,原水,透过,水,浓缩水,透过水,中空,丝,膜,过滤过程,反,洗水,反,洗排水,反,洗水,