膜分离技术教案

13.2.1概述

膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离截至，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的膜组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物分离，并视线产物地提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也成跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，表13—4列出了9中工业应用膜过程的基本特性。通常称进料流侧为上游、透过液流侧为膜下游。

微滤（MF ）、超滤（UF ）、纳滤（NF ）与反渗透（RO ）都是以压力差微推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子。盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。四个过程的主要区别在于被分离物例子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径范围微0.00510m μ ,所施加的压力差为0.0150.2M P a ；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1m μ的微粒，其压差范围约为0.10.5 Mpa ；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2Mpa 左右，也有高达10Mpa;介于反渗透与超滤之间为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。

电渗析是在电场力推动下，水溶液中的反粒子定向迁移并通过膜，达到去除水中荷电粒子的一种膜过程，所采用的膜为荷电的粒子交换膜，目前电渗析已大规模用于苦盐水脱盐、纯净水制备，并也开始应用与有机酸的分离与纯化；膜电解的传递机理与电渗析相同，但有电极反映存在，目前已大规模用于食盐电解生产氢氧化纳及氯气等。

气体分离食根据混合气体中各组分在压差推动力下透过膜的渗透速率不同，实现混合气体分离的一种膜过程。目前也已大规模用于空气中的氧、氮分离，合成氨厂的氮、氢分离，以及天然气中的二氧化碳、甲烷分离等。

渗透气化与蒸汽渗透食两种正在开发中的膜技术，其基本原理食利用待分离混合物中某组分有优先选择性地透过膜的特点，使料液侧优先渗透组分透过膜，并在膜下游气化去除，从而达到混合物的分离与纯化的一种新型膜技术。渗透气话与蒸汽渗透过程的差别仅在于进料相态不同，渗透气化为液态进料，在过程中有相变发生，而蒸汽渗透为气相进料。渗透气话主要用于有机物脱水、水中有机物的脱除、以及有机混合物分离等三个方面，被认为食最有希望取代某些高能耗的精镏技术的过程，其中有机溶剂脱水以及水中有机物脱除的渗透气话已工业化；蒸汽渗透的特点食特别适合用于空气中有机溶剂的回收，随着环保意识的增强，蒸汽渗透将会获得大量的推广应用。

除了以上工业化的膜分离过程以外，还有多种正在开发中的新膜过程。这些可分为两类：一类是以膜为基础的平衡分离过程，包括膜基吸收、膜基萃取、膜蒸馏、膜基气提等膜接触器。在这些过程中，膜本身对物质无分离作用，但由于膜的多孔性，可为两相传递提供较大而稳定的相接触面，克服了常规分离中的液泛、返混等影响。因而近几年来，深受化工解得关注；另一类为以膜为关键技术的继承分离过程，包括膜与蒸馏、膜与吸附、膜与反应等相结合的集成过程，具有常规分离过程所不能的优点，也正在受到重视和发展。

膜分离技术发展及其迅速，近10年来，已从单纯的海水淡化与苦盐水脱盐、纯水与超纯水的制备，逐步转向环保。化工。生物、医药、食品、航天等许多领域中的应用，每年以大于10%的速度递增，发展前景备受关注。膜产业将成为21实际出发展最快的高新技术产业之一。

13.2.2分离膜与膜组件

一、膜的种类及型式

分离膜可按材料来源、分离机理、分离过程的推动力、膜的结构及形态进行分类。按材料的来源可分为天然生物膜与人工合成膜；按膜分离过程的推动力可分为压力差、电位差、浓度差、温度差等膜；按膜的结构可分为对称和非对称膜两大类，其中非对称膜还可细分为多孔膜、叠合膜以及复合膜等。

对称膜 膜两侧截面的结构及形态相同，且孔径与孔径分布也基本一致的膜称为对称膜。对称膜有疏松的多孔膜和致密的无孔膜两大类，膜的厚度大致在10～200100200m 范围内，绝大多数多孔膜的孔是不规则的，呈柱形[如图13—6（d ）]，海绵[如13—6（a ）~(c)]等形状，且有一个孔径分布。根据孔径大小，多孔膜可用于微滤、超滤及纳滤等过程，具有疏水或亲水功能的对成多孔膜还可用于膜蒸馏、膜基萃取、膜基吸收等过程。致密的无

孔膜有玻璃态聚合物膜和橡胶态聚合物膜两类，可用于气体分离与蒸汽渗透等过程。致密的无孔膜的传递阻力与膜的总厚度有关，降低膜的厚度能提高渗透率。

非对称膜 非对称膜常由致密的表皮层及疏松的多孔支撑层组成，表皮层与支撑层材料相同，如图13-16(b)(c)所示，膜上下二侧界面的结构及形态不相同，致密层厚度约为

0.10.5m μ ，支撑层厚度约为50150m μ 。非对称膜支撑层结构具有一定的强度，在较

高的压力下也不会引起很大的形变。在以压差为推动力的膜过程中，非对称膜的传递阻力主要或完全取决与致密表皮层厚度，渗透速率反比于起选择渗透作用的膜厚，由于非对称膜的表皮层比均质膜的厚度薄的多，故其渗透速率比对称膜大得多。

复合膜 复合膜是一种具有表皮层的非对称膜。通常，表皮层材料与支撑层材料不同，超薄的致密皮层可以通过物理或化学的方法在支撑层上直接复合成多层叠合制得。复合膜具有以下特点：可以分别优选不同得材料制作超薄皮层合多孔支撑层，使它们得分离性能最优化；可用不同方法制得厚度为0.010.1m μ 得高交联度或带粒子性基团得超薄皮层，使它们既具有良好的物化稳定性合耐压密性，又具有较高的透水速率与优越的分离性能。目前用于反渗透、渗透气化、气体分离等过程的大多为复合膜。

荷电膜 常用的荷电膜，即粒子交换膜，按结构可以分成异相、半均相合均相膜三大类。按膜的作用机理可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜以及具有特种性能的离子交换膜。阳离子交换膜上带有阴离子固定基团以及与阴离子连接的可解离阳离子，反之，阴离子交换膜带有阳离子固定基团，使膜带正电荷，能选择性地吸附荷透过阴离子。膜内地解离离子既可与膜外同电荷的离子进行交换，又能进行电流的传到，并引起离子选择透过作用。对电渗析膜的基本要求使具有高电导荷高离子渗透率，通过增加离子电荷密度可以提高导电性能，通过交联可改善化学稳定性荷热稳定性。另外，还需要又一定的机械强度。除了普通的阴离子和阳离子交换膜外，还有鳌合膜、镶嵌膜、表面涂层膜等特种性能的离子交换膜。离子交换膜通常用于渗析、电渗析、膜电解过程，带有正或负电荷的微孔膜也可用于微滤、超滤、纳滤等膜过程。

二、膜材料及制膜方法

各种膜过程所需的常用膜材料如表13—5所示，可分为天然高分子、有机合成高分子和无机材料等三大类。

天然高分子主要又醋酸纤维和再生纤维素等及其衍生物。醋酸纤维素的使用温度需低于450C、PH在3～8范围内，常用于制备反渗透膜，也可制备微滤膜和超滤膜。

有机合成高分子膜材料主要又聚烯烃、聚砜、聚酰胺类等。这类材料成膜性能较好，一般能承受70～800C的温度，某些可高达1250C，使用pH都有很好的稳定性，使用寿命较长，常用于制备反渗透膜；而聚砜膜耐压性能较差，承受的操作压力在0.5~1.0Mpa范围内，常用作制备超滤膜。

若高分子膜以对成、非对称膜合复合膜分类，则对称或非对称膜的制备方法大致有烧结（sintering）、径迹刻蚀（track-etching）、涂敷、相转化（phase inversion）、熔融拉伸(stretching)等，目前最常用的为相转化法。而复合膜的制备方法有浸涂、喷涂、纺丝涂敷（spin coating）、界面聚合（interfacial polymerization）、原位聚合(insite polymerization)、等离子聚合、接枝聚合等方法，目前最常用的为界面聚合法。

根据膜结构的不同，离子交换膜的制备方法有所不同。异相模是通过黏结剂将粉状颗粒及其他成份黏制成片状膜，组分之间存在相界面，主要有三种制备方法：将粉状离子交换树脂、黏结剂及其他辅料混合后通过延压或膜压方式成膜；或将离子交换树脂分散在作为黏结剂的聚合物溶液中，浇铸成膜后，蒸去溶剂；或将离子交换树脂粉分散在仅部分聚合的预聚体溶液中，浇铸成型后再完成聚合过程。均相膜主体组分以分子态均匀分布存在于膜内，不存在相界面，大致有四种制备方法：用带荷电基团的单体共聚或缩聚并交联成膜；将含有反应基团的高聚物制成膜基材，然后通过活化接枝或后处理等方法引入离子交换基团；在高分子母体中加入能生成交联结构的单体再成膜；以及利用惰性高分子的溶胀性能，吸入带功能集团单体成膜。所有这些制膜过程基本上都包含四个步骤：基膜材料的合成、成膜、引入可反应基团、与基团反应形成荷电基团，其中引入基团并交联是最重要的环节。

无机膜材料以氧化铝、氧化锆为主，根据制膜材料、膜及载体结构、膜孔径大小、孔隙率和膜厚度不同，选择不同的制备方法，最常用的方法为固态粒子烧结法和熔胶-凝胶法两种。目前实用化的陶瓷膜主要有截留相对分子质量在1万以上的超滤膜和孔径在0.1μm以上的微滤膜。无机膜的特点是有一定的机械强度，耐高温、耐有机溶剂，但缺点是不易加工，造价较高。

三、各种膜组件

商品膜组件主要有板框式（plate-frame module）、折叠式（pleated sheet module）、中空纤维式（hollow fiber module）、管式及卷式（spiral-wound module）等五种，图13—17为几种主要膜组件的结构示意图。

板式膜组件类似于常规的板框式压滤装置，有长方形、椭圆形或圆盘形等。膜被放置在多孔的支撑板上，膜之间可夹有隔板，两块装有膜的多孔支撑板叠压在一起形成1mm左右料液流到间隔，且多层交替重叠压紧，二层间可并联或串联连接。隔板上的沟槽用作料液流到，支撑板上的连通多孔可作为透过液的通道。除了压紧式外，还有系紧罗拴式及耐压容器式两种。

折叠式膜组件所采用的是平膜，这些膜被折叠成圆筒形滤芯，滤芯被装在可加压的过滤器外壳内，料液由壳侧进入膜表面透过液收集与中心管，中心管与加压外壳间用O形圈隔离密封。

卷式膜组件是采用平板膜制成信封状密封膜袋，将多孔性支撑材料夹在膜袋之内，半透膜的开口于中心管密封，再在膜袋上下衬上料液隔网，然后连在一起滚压卷绕在空心管上，再将其装入圆柱形压力容器内，构成膜组件。组件内膜袋的数目称为叶数，叶叔增多，膜面积可增加，但原料流程变短。

中空纤维膜组件是由数千至几十万根外径为80~400m μ、内径80~400m μ的中空纤维束弯成U 型，在纤维素的中心轴装有一支原料分不管，纤维束的一端或两端用环氧树脂铸成管板或封头，装入圆筒形耐压容器内构成。中空纤维膜组件大多为外压式，耐压能力较高。组件的排列方式有轴流型、径流型及纤维卷筒型等。

毛细管式膜组件是由管径为80~400m μ的非对称管式膜束构成，耐压性能也不及中空纤维膜组件

管式膜组件有无机膜和有机膜组件两大类，管式有机膜组件是将制膜液直接涂布在内径10－25mm 的多孔支撑管上制成，常将10－20根管并联组装成类似于换热器的膜组件，也可制成套管式；无机膜组件可由多支单流管道或多流道管组装而成。多流道管的流道数可以为7、19及37个不等

13.2.3反渗透与纳滤

一、一、溶液渗透压

反渗透借助半透膜对溶液中溶质的截流作用，以压差为推动力，使溶剂透过半透膜，从而达到溶液脱溶质的目的。

渗透和反渗透现象入图13—18所示，图中（a ）为平衡过程，当膜两侧的溶剂化学位μ不等时，溶剂会从化学位较大的一侧向化学位较小的一侧流动，直到两侧溶剂的化学位相等。

图中（b ）为渗透过程，假定末左侧为溶剂、右侧为溶液，由于溶液中溶质的浓度c 1>c 2=0,有 12μμ>。若两侧压力相等，则溶剂分子自纯溶剂的一方透过膜进入溶液一方，直至渗透平衡。

为阻止溶剂分子进入溶液，需要在溶液上方施加额外的压力，以增加其蒸汽压，使半透膜两侧溶剂的化学位相等而达到平衡，这个额外的压力就是渗透压差。如图(c)所示，如果膜两侧溶液上方的压差等于两侧溶剂的渗透压差p π?=?，此时膜两侧溶剂的化学位相等

12μμ=，故系统处于动态渗透平衡。

图中（d ）为反渗透过程，膜两侧溶剂的化学位12μμ=。当在右室溶液上方施加一个压力，使膜两侧的压差大于应两侧溶剂的渗透压差p π?>?，则溶剂从高浓度侧透过膜流入低浓度侧，这种依靠外界压力使溶剂从较高浓度侧向较低浓度侧渗透的过程称为反渗透。

透压

半透膜半透膜

半透膜

(a)平衡

1212

,ππμμ=>1212,c c p p ==(b)渗透

1212,c c p p >=1212

,ππμμ><（c ）渗透平衡1212

,c c p p >>1212,ππμμ>=p π

?=?（d ）反渗透

1212,c c p p >>12ππ>p π

?>?

图13－18 渗透与反渗透

在反渗透过程的设计中，溶液的渗透压数据是必不可少的。对于多组分体系得稀溶液，可用扩展的范特霍夫渗透压公式计算溶液的渗透压

1

i

n

i RT c

π==∑ （13—32）

式中，c i —溶质物质的量浓度，kmol/m 3

;

n —溶液中的组分数。

当溶剂的浓度增大时，溶液偏离理想程度加大，上市的误差增大。

从范特霍夫渗透压方程可以到处在某一渗透压下的溶质相对分子质量与最大溶质质量分率之间的关系，如图13—19所示。对低相对分子质量的物质，在给定浓度下的渗透压非常大，要使此种溶液的浓度提高，显然受到操作压力的限制。如对许多相对分子质量为100左右的典型含氧物质，如果操作压差为3.5MPa ，那么对水溶液能达到的最大浓度w =22%.在这个浓度下，溶液的渗透压与操作压差相等，也即在此种操作压差条件下，溶剂的渗透通量为零。尽管图13—19的数据是以水为溶剂列出的，但也可用于非睡溶液渗透压影响的定性分析。

对电解质水溶液，常引入渗透压系数1φ来小郑偏离程度，对水溶液中溶质i 组分，其渗透压可用下式计算

1i c R T πφ= （13—33）

有140余种电解质水溶液在250C 时的渗透压系数可供使用。当溶液的浓度较低时，绝

大部分电解质溶液的渗透压系数接近于1，对4NH Cl 、N aC l 、K I 等一类溶液，其系数基本上不随浓度而变；在高浓度下，2M gCl 、M gBr 、2C aI 等电解质岁着溶液弄得的增加而1φ增大；而对3K N O 、24N a SO 、3A gN O 等一类溶液，则1φ随溶液的浓度的上升而降低。

在实际应用中，常用以下简化方程计算

s Bx π= （13—49）

式中，s x 为溶质摩尔分率；B 为常数，可从表13—6查得某些有代表性溶质—水体系得B 值。

表13－6 各种溶质－水体系的B 值

二、反渗透基本机理

优先吸附—毛细孔流动激励 1960年，Sourirajan 在Gibbs 吸附方程基础上，提出料优先吸附—毛细孔流动机理，而后又按此激励发展为定量的表面力—孔流动模型。在图13—20中，溶剂是水，溶质为氯化钠，由于膜表面具有选择性吸水斥盐作用，谁优先吸附在膜表面上，在压力的作用下优先吸附的水渗透通过膜孔，就形成料脱盐过程。

界面区膜表本体溶液相

H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O H 2

O

H 2O H 2O H O H O H 2O H 2O H 2O H O H 2O H 2O N a +N a +N a +N a +N a +N a +N a +N a +N a +N a +

N a +N a +N a +N a +N a +C1－C1－C1－C1－

C1－C1－C1－C1－

C1－

C1－C1－C1－

C1－

C1－C1－C1

－H 2O 图13－20 优先吸附－毛细管流动机理示意图

当莫表皮层的孔径接近或等于纯水曾厚度两倍时，该膜的分离效果最佳；当孔径大于2t 时，则溶质就会从膜孔德中心泄露出去，因此2t 为膜的临界孔径值。

三、反渗透膜通量

基于Sourirajan 的优先吸附—毛细孔流动机理，溶剂和溶质通量可用Kimura-Sourirajan 模型求算

溶剂通量

{}[()()]A A R A P J A p x x ππ=?--2/()km ol m s ? （13—35）

溶质通量

()

A m A

S R A R P A P D K J c x c x δ

=

- 2

/()k m o l m

s ? （13—36）

式中，A 为溶剂的渗透系数；p π??、分别为膜两侧的压力差和溶液渗透压差；A m A

D K δ为

溶质的渗透系数，m/s ，它与溶质性质、膜材料性质以及膜表面平均孔径有关。其中D Am 为溶质在膜中的扩散系数；C R 、C P 分别为膜两侧紧靠膜表面上的溶液浓度，x AR 、x AP 分别为

膜两侧溶液中溶质的摩尔分率。

A m A

D K δ

市三个具有重要意义的物理量的组合，其中K A 为

溶质在野象和膜相中的平衡常数；δ为膜的有效厚度，m; A m D 为溶质在膜相中的扩散系数，

m 2

/s 。

对反渗透过程，若膜已确定，则在一定的压力下，A m A

D K δ与料液的浓度和流速无关，随温度升高而增加；当膜的平均孔径很小时，在很宽的压力范围内，几乎是个常量，当膜的孔径较大时，则随压力增加而降低。

在反渗透设计中，我们不必知道其中每个数值，只需知道其总值即可。其值可通过选择

适当的参考溶质来预测。有关A m A

D K δ

的计算可可祥见参考文献[12]。

四、反渗透与纳滤膜的截流率

在反渗透过程中，膜的分离性质一般用截流率R 表示

01P

c R c =-

（13—37）

式中，c 0、c P 分别为原料液和透过液的浓度，kmol/m 3。在纳滤过程中，则常用脱盐率T 来表示：

01R

c T c =-

（13—38）

式中，c R 为渗余液的浓度，kmol/m 3

。

对大多数反渗透膜，其对氯化钠的截流率大于98%，某些甚至高达99.5%。图13—21为目前常用的一种反渗透膜和五种纳滤膜对某些有机物的截流性能，图中的点按相对分子质量的大小从左到右，依次为甲醇、乙醇、正丁醇、乙二醇、三甘醇、葡萄糖、蔗糖、乳糖的截流率。从图中曲线可知，反渗透膜几乎可完全截流相对分子质量大于150的有机物，而纳滤膜只对相对分子质量大于200的蔗糖、乳糖才有较高的截流率。

五．膜过程设计 1. 1. 过程回收率

由于受溶液的渗透压、黏度等因素的影响，在一定操作压力下，截流液的浓度不可能超过某一最大值，原料液也不可能全称为透过液，所以原料液的体积总是大于透过夜的体积。若定义透过夜体积与原料液体积之比称为回收率η，即

0p

V V η=

（13—39） 式中，P V 、0V 分别为透过液和原料液的体积，m 3

。Strathmann 将截流液和透过夜浓度、回收率和截流率的函数关系如下（有关推倒过程可参见参考文献[24]）：

0(1)

R

R c c η-=- （13—40）

0(1)(1)

R

P c c R η-=-- （13—41）

当反渗透过程忠溶质是所需要的组分时，如果膜不能完全截留溶质，则有部分溶质损失，溶质的损失率与膜的截留率和回收率有关，可用下式表示

1(1)

R

δη-=-- （13—42）

式中，δ为溶质的损失率。在一般情况下，海水淡化的回收率在30%~45%，纯水制备在70%~80%。

2．过程脱除率

对纳滤过程，由于一次脱盐率通常较低，一般需经多次脱除，因此还取决于过程的总脱盐率。在恒容脱盐过程中，假定料液体积V 0为常数，则料液中盐的浓度由c 0-降到c 1-，透过

夜的总体积为V P ，若过程对盐的脱盐率T 恒定不变，则有

0V dc cTdV =- （13—43）

设过程总脱盐率为

01T t c T c =-

则有

10

1ln(1)

p V T V T

=-

- （13—45）

可得到如图13—22所示的纳滤过程脱盐率与过程透过比的关系。反渗透的回收率与纳滤的透过比在定义上相同，在数值上回收率小于1.0，而透过比通常大于1.0。

13.2.4超滤与微滤

一、超滤的基本原理

超滤是通过莫德筛分作用将溶液中大于膜孔的大分子溶质截留，使这些溶质与小分子溶剂分离的膜过程。超滤模孔德大小和形状对分离起主要作用，材料与膜的物化性质对分离性能影响不大。

超滤过程中的溶质截留率定义与反渗透过程中的溶质截留率相类似，可用式（13—38）计算。由于超滤过程的对象是大分子，膜的孔径常用被截留分子的相对分子质量的大小来表征（简称膜的截留相对分子质量）。图13—23是用一系列标准物质的缓冲液或水溶液对膜测得的截留率与相对分子质量的关系。目前不同生产厂对膜的截留相对分子质量取值方法不统一，有取截留率分别为50%、90%、100%时所对应得相对分子质量为截留相对分子质量。

如图13—23中A ’

曲线，其截留相对分子质量相应为1000、3000、8000和3500。尽管截留相对分子质量的取值方法不一，但S 曲线的形状可相应说明该膜的孔径分布及性能，S 曲线越陡则截留相对分子适量范围愈狭窄，膜的性能亦愈好。

图13－23 膜的截留相对分子质量与截留率之间的关系

图13—24为超滤压对通量的影响关系，对其可大致划分成三个传质区。虚线表示区域的界面。在充分低的压差下，其通量与压差的关系呈线性；当操作压差提高到一定范围后，截留溶液中的溶质被磨浓缩，这时的透过速率受传质控制，通量不再随压差的增大而变；在两个传质区之间为过渡区，透过通量同时受操作压差时及传质影响，部分受膜污染的影响。从该图上还能反映出膜阻力、流速、温度、料液浓度等对通量的影响。对纯水的超滤，膜阻力的影响最小。进料浓度降低，温度升高，以及流速增加均有利于通量的增加。

速增大度升高

料浓度降低

膜阻力增加

p

J

图13－24 超滤过程中的传质

I －压力控制区；II －过渡区；III －传质控制区

二、浓差极化与凝胶层阻力模型

对于超滤过程，被膜所截留的痛楚那个为大分子，小分子溶液的渗透压较小，由浓度变化引起的渗透压变化对过程影响不大，但超滤过程中的浓差极化对通量的影响则十分明显。超滤过程中的浓差计划现象及传递模型可用图13—25（a ）来简述，当不同大小的分子混合物流动通过膜面时，在压力差作用下，混合物中小鱼模孔的组分透过膜，而大于膜孔的组分被截留，这些被截留在紧邻膜表面形成浓度边界层，使边界层中的溶液浓度大大高于主体流溶液浓度，形成由膜表面到主体流溶液之间的浓度差，浓度差的存在导致紧靠膜面溶质反向扩散到主体流溶液中，这就是超滤过程中的浓差极化现象。浓差极化严重时足以使操作过程无法进行。

Z=δ Z=0

图13－25 超滤过程中的浓差极化和凝胶层形成现象

(a)浓差极化；(b)凝胶层现象

假定超滤过程的透过率为

1V dV

J A dt =

cm/s （13—46）

式中，V —透过膜的溶液体积，cm 3；

A —膜面剂，cm 2

； t —时间，s 。

对如图13—25（a ）所示的浓差极化现象，根据物料衡算有

V P V dc

J c J c D

dZ =- （13—47）

式中，V P J c ——从边界层透过膜的溶质通量，V P J c =s J ，mol/(cm 2 s);

V J c ——对流传至进入边界层的溶质通量mol/(cm 2 s);

D dc dZ ——从边界层向主体流扩散通量，mol/cm 2 s ，其中D 为扩散系数cm 2/s 。

根据边界条件：Z=0，c=c b ；Z=δ，c=c m ，积分上式可得 ()ln ()m

P V b P D

c c J c c δ??-=

??

-?? （13—48a ）

式中，c b —主体溶液中的溶质浓度，kmol/m 3;

c m —膜表面的溶质浓度，kmol/m 3;

δ—膜的边界层厚度，cm 。

类似于式（13—48a ），以摩尔分率表示进行物料衡算并积分，浓差极化模型方程变为 ()ln ()m P m b P x x J x x cD δ

??-=

??-?? （13—48b ）

式中，J m 为溶液透过流率，kmol/m 3

。若定义传质系数k=D/δ,m/s 则当x p <

exp(

)

m m b

x J x ck = （13—49）

式中，m b x x 称为浓差极化比，其值越大，浓差极化现象越严重。

在超滤过程忠，由于被截留的溶质大多为胶体或大分子溶质，这些物质在溶液中的扩散系数很小，溶质反向扩散通量较低，渗透速率远比溶质的反向扩散速率高，因此，超滤过程中的浓差极化比会很高。当大分子溶质或交替在膜表面上的浓度超过它在溶液中的溶解度时，大分子溶质在膜表面上的浓度便饱和而形成凝胶层，如图13—25（b ）所示，此时的浓

度成凝胶浓度g c

。

一旦当膜面上形成料凝胶层厚，膜表面上的凝胶层溶液浓度和主体溶液浓度间的差值达到料最大值。若再增加超滤压差，则凝胶层厚度增加而使凝胶层阻力增大，所增加的压力为增厚的凝胶层阻力所抵消，以致世纪渗透速率没有明显增加。由此可知，一旦凝胶层形成后，渗透速率就与超滤压差无关，也即在此条件下，再提高超滤压差只增加凝胶层的厚度或阻力，而超滤通量不变。

对于有凝胶层存在的超滤过程，常用阻力模型表示，若忽略溶液的渗透压，则可用膜阻力R m 、浓差计划层阻力R P 及凝胶层阻力R g 来表示。

/[()]

V m P g J p R R R μ=?++ （13—50）

式中，

m p g

p p p p ?=?+?+?，m p ?、

p

p ?和

g

p ?分别为作用于膜、浓差极化层和凝胶层

的压力差。由于

g

R 〉〉P R ，故

11

1A g

V m g

g

p dV p

J dt

R R R μμ??=

==

+ （15—51）

从上式可知，在超滤过程中，若不考虑浓差极化层的阻力，增加超滤压力p ?，则相应得凝胶层厚度增加，也即凝胶层阻力增大，从而导致V J 值保持不变。

对于微滤过程，可将沉积在膜表面上的颗粒层视为滤饼层，因此只要将滤饼层的阻力R c 取代式（13—50）中的凝胶层阻力R g ，即可用于微滤过程中的通量计算。

滤饼层的阻力R c 等于凝胶层阻力R g ，即可用于微滤过程的通量计算。滤饼层的阻力R C

等于滤饼阻力r c 与滤饼厚度l c 的乘积。当滤饼为不可压缩时，滤饼比阻力r c 可用Garman-Kozeny 方程计算

2

2

3(1)180

c s r

d εε

-= （15—52）

式中，d s 为溶质颗粒的直径，m; ε为滤饼层孔空隙率。滤饼的厚度c l 可用下式计算

(1)s

c s m l A ρε=

- （15—53）

式中，m s 为滤饼质量，kg; s ρ为溶质密度，kg/m 3；A 为膜面剂，m 2。当溶质被完全截留时，滤饼的阻力可表示为溶液总体积V 与过滤面积的函数

0(

)

c c V

R r A ρ= （15—54） 0ρ为单位过率液中的滤饼质量。将上式代入式（13—51），可得

1()

v m c dV p

J V

A dt

R r A μρ?=

=

+ （15—55a ）

若膜阻力可忽略，将上式从t=0到t=t 积分，并利用通量式重排，则可得通量与过率时间的0.5次方衰减的关联式

0.50.5

(

)

t v c p

J r μρ-?= （13－55b ）

对于可压缩滤饼，则滤饼的比阻力为压降的函数。

三、超滤过程工艺流程

当超滤用于大分子的浓缩时，其过程长用体积浓缩比VCR 来表示。

R V V C R =

V （13—56）

式中，V 0为初始料液体积；V R 为截留液体积。 同理，溶质的溶液比可用下式表示，

0R

c SC R c =

(13—57)

式中，c 0为初始料液浓度，kmol/m 3

；c R 为截留液浓度，kmol/m 3

。Cheryan 根据以上定义，推出超滤溶质比与体积浓缩比之间的关系式

lg()lg()SCR R VCR = (13—58)

式中，截留率R 可用式（13—38a ）求算。若式中其中的任意两个变量确定，则另一个变量液随之确定。也可利用图13—26查得三者之间得关系。

在超滤过程中，有时在被超率的混合物溶液中加入纯溶剂（通常为水），以增加总渗透量，并带走残留在溶液中得小分子溶质，达到分离、纯化产品得目的，这种超滤过程称为洗滤（Diafiltration ）或重过滤。洗滤式超滤得一种衍生过程，常用于小分子和大分子混合物得分离，被分离得两种溶质得相对分子质量诧异较大，通常选取得膜，其截留相对分子质量介于两者之间，却对大分子得截留率为100％，而对小粉子则完全透过。两种洗滤过程如图13—27所示。

对间歇洗滤，洗涤前得溶液体积为100％，溶液中含有大分子和小分子两种溶质，随着洗滤过程得进行，小分子溶质随溶剂（水）透过膜厚，溶液体积减少，如图中13—27（a ）所示，再加水至100％，将未透过得溶质稀释，重新进行洗涤，这种过程可重复进行，直至溶液中得小分子溶质全部除净。

若每次操作体积浓缩比都相等，且截留率R 不变，则经n 次洗滤后，被截留溶质得浓

度

1(1)

0()

n R R c c VC R +-= (13—59)

式中，c 0为原始料液浓度；n 为洗滤次数；R 为溶质得平均截留率。如果二次洗滤得VCR 与R 不相同，二次洗滤后组分浓度应为

121

012

()()R

R R c c VC R VC R -= (13—60)

式中，下标1、2分别为第一、二次洗滤。

对连续洗滤过程，如图13—27（b ）所示。设原料液量一定，膜面积为A ，则在洗滤过程中，任一时刻得各种溶质浓度可通过简单得物料衡算来确定。假定在操作过程中，原料液得体积以加入相等的纯水来保持，则操作过程可用以下关系描述 (

)(1)R R v

dc V R c A J dt

-=- (13—61a)

若初始溶液中溶质的浓度为c 0，则积分上式得

exp[(1)()]

v R J c R A

t c V =-- (13—61b)

式中，c R 为任一时刻在洗滤池中溶质得浓度，kmol/m 3；V 0为溶液得体积，m 3。

式（13—61b ）中的AJ V t 的乘积即为渗透物的总体积V p ，定义洗滤过程中的体积稀释比

0v P

D AJ t V V V V =

= （13—62）

如果溶质完全被截留，即R=1，那么该溶液在渗透池中的浓度为常数，c R =c 0，如果溶质全部通过膜，即R=0,则由式（13—61b ）可知，该溶质洗滤池中的浓度将按指数函数下降；如果大分子溶质只有部分被截留，则大分子溶质在连续洗滤过程中会损失。因此，对洗滤过程，总是希望低相对分子质量溶质的截留率接近为零，而对大分子溶质的截留率要求为100％。这就是洗滤的理想条件。

图13—28表示不同溶质截留率时，连续洗滤过程中体积稀释比对溶质中溶质取出率的影响。由图可知，当截留率为零时，体积稀释比大于4时，几乎可洗去溶液中的所有小分子溶质；而当截留率为90％时，即使体积稀释比增加到6倍，其溶液中溶质的去除率也只有40％。

对超滤或微滤过程，如下图所示，有以下四种操作工艺可以被设计应用于工业生产过程中，由图13—29（a ）为部分循环间歇操作工业，该工业具有浓缩速度快、所需膜面积最小的特点，是实验室和小型中试工厂常采用的流程。

在此间歇操作中，料液体积于截留组分的浓度可通过渗透率方程及农查极化模型得以下积分式:

00

ln()

R

V t

V m dV kAm dt

c V c V =?

? （13—63a ）

或

001(ln

)

m V dV J J k A dt

V

=-

=- （13—63b ）

式中，J 0表示初始渗透率。随着超滤得进行，料液得体积不断减少，对任意料液体积V ，可由上式求出相应得超率时间，以及渗透速率J ；用以上关系式也可求出在一定操作时间内，将料液浓缩道一定体积所需得膜面积。图13—29（b ）、（c ）、（d ）为三种不同连续操作方法。对单级连续操作，渗透流量低、浓缩比小、所需膜面积大，但组分在系统中停留时间段；对多级连续操作，各级的操作浓度及渗透流率各不相同，总面积低于单级操作，而停留时间、滞留体积等少于相应得间歇操作。

液

（a ）

回流

留

液

透过留液

料留液

(b)

(c )

(d)

图13－29 各种超滤操作工艺

（a ）部分循环间歇操作;(b)单级连续操作;(c )部分循环连续操作:(d)多级连续操作;

13.2.5渗透气化与蒸汽渗透

一、一、渗透汽化及蒸汽渗透原理

渗透汽化是指液体混合物在膜两侧压差得作用，利用膜对被分离混合物中某组分有优先选择性透过膜得特点，使料液侧优先渗透组分渗透通过膜，在膜得下游侧汽化去除，从而达到混合物分离提纯得一种新型膜分离技术。随着新得聚合物膜材料得合成、膜制备技术的发展以及降低能耗的实际要求，渗透气化的应用领域不断拓宽，并将在有机水溶液中水的分离、水中微量有机物的脱除、以及有机—有机混合物的分离等三方面得到更广泛的应用。

蒸汽渗透过程与渗透汽化过程不同之处是，蒸汽渗透为气相进料，相变过程通常发生在进装置前，在过程中蒸汽相渗透通过膜，达到混合物的分离与纯化。

渗透气化过程的传质推动力也为压力差，但与反渗透过程不同。渗透气化是在膜下游侧减压，以形成膜两侧混合物的分压差，使得优先渗透组分透过膜后气化除去。料液渗透通过

膜时发生相变，相变所需的能量来自料液的温降。在渗透气化中，只要膜选择得当，可使含量极少的溶质透过膜，与大量的溶剂透过过程相比较，少量溶剂透过的渗透气化过程更节能。

渗透气化膜分离过程的基本原理如图13—30a 所示，渗透气化膜传递过程可用溶解扩散机理解释，传递过程可分为三步：首先液体混合物中被分离物质在膜上游表面有选择性地被吸附溶解；然后被分离物质在膜内扩散渗透通过膜；最后在膜下游表面被分离物质解吸并气化。

膜上p 图13－30a 液体渗透汽化通过致密膜时的浓度与分压差分布

二、二、渗透通量和分离因子

根据渗透气化传递过程的基本原理，组分A 通过膜的渗透速率可用下式表示：

2()

A M A A A A

A A m

P J p x f P y l γ

=

- （13—64a ）

式中，A J 为组分A 的渗透通量，kmol/m 3；A M P 为组分A 的渗透率；0

A P 为组分A 的饱和

蒸汽压，Mpa ；P 2为膜下游侧气相总压Mpa ；x A 、y A 分别为组分A 在膜上游溶液和膜下游侧气相得组成；A A f γ、分别为组分A 在膜上游侧溶液得活度系数和膜下游侧气相得逸度系

数。如果溶液中含A 、B 两个组分，则对组分B 同样可以得到

2[(1)(1)]

B M B B B A A A m

P J p x f P y l γ=

--- （13—64b ）

其中，对双组分混合物，膜下游侧气相中组分的摩尔分率可用下式计算

A

A A

B J y J J =

+ （13—65）

在通常情况下，膜下游的压力很低，趋近于零，因此式（13—64）、（13—64b ）括号中的第二项可略，降式（13—64a ）除以式（13—64b ），并简化后可得

00

(1)(1)

A B M A A A A M B B

A A P p y x P p x y γγ-=

- （13—66） 式中，等式右侧即为分离因子，可用a 表示，表示双组分分离得难易程度。

类似于蒸馏得气液平衡，渗透气化过程中定义膜上游溶液中组分A 于膜下游气体混合物中组分A 间满足拟相平衡关系，对于乙醇—水混合物得气液平衡和渗透气化拟气液平衡关系如图13—30b 所示，聚乙烯膜优先渗透水；而苯乙烯—氟烷基丙稀酸酯共聚物复合膜，则优先渗透乙醇，由此可知，不同的膜具有不同的气液平衡关系。

图13－30b 乙醇-水混合物渗透气化拟气液平衡关系图

1－乙醇-水气液平衡线；2－拟气液平衡线（聚乙烯醇透水膜）；3－拟气液平衡线

（苯乙烯-氟烷基丙烯脂共聚复合透醇膜）

当a=1时，渗透组成等于被分离液体混合物的组成，没有分离效果，这种情况类似于精镏过程中的恒沸点，但二者宰概念上是不同地，在渗透气化过程中a=1的组成点可通过改变温度来转移。

渗透气化膜的分离性能可由渗透通量和分离因子二个基本量来表征，前者反映生产能力的大小，后者则反映被分离混合物组分的分离程度。分离因子α越大，则表示该膜的分离程度越好。但对同一张膜，α的增大，通常会使摸的渗透通亮下降，因此在制备渗透气化膜时，要综合考虑分离因子喝渗透通亮两个因素。对于一般的渗透气化过程，当膜的渗透通量大于0.5kg/(m2 h)、分离因子大于1000时，被认为其性能比较好，可用于工业化生产。

13.2.6气体分离

一、一、气体在膜内的传递机理

与变压吸附、吸收、低温净化等分离技术相比，用膜分离气体混合物式一种更简单的分离技术，当许多性能优异的非多孔性高分子聚合物膜开发成功以来，膜法气体分离成为更有效、更经济的新型分离技术而受到工业界的关注。

通常，气体分离膜可分为多孔膜和非多孔膜两大类，一般认为高分子多孔膜的下限孔径为1.0nm。气体通过多孔膜与非多孔膜的机理是不同的，不同气体透过多孔膜是利用其在膜孔内的扩散速率差实现分离的，因此，分离性能与气体的种类、膜材料特性。膜孔径机器结构等因素有关。如图13—31所示，气体混合物在多孔膜中的传递基于黏性流（Poiserille flow）、努森扩散（Knudsen diffusion）、介于二者的过渡流（Transitional flow）、表面扩散流祸分子筛分（Molecular Sieving）等机理；而气体在非多孔膜中是通过高分子链的热运动间隙透过膜的，其传递机理则基于融解—扩散（Solution-diffusion）一级双重吸着（Dual mode sorption theory）机理等；对与膜具有相互作用关系的气体分离，特别是气体对膜具有溶胀作用的膜分离，则传递机理更为复杂。

(a) (b) (c) (d)

图13－31 气体在各种不同膜中的传递

(a)分子扩散;(b)努森扩散;(c)分子筛分;(d)溶解扩散;

二、气体的选择性和渗透性

1、多孔膜内的扩散

对于理想气体在多孔膜中的传递，如果膜两侧的气体总压力、温度相等，则可用气体的分压差作为推动力来表示。若忽略主体流动，则气体的渗透通量可用费克定律来计算：

()l

M

i i i

m

D

J p p

RTl

=-

（13—67）

式中，

0l

i i

p p

、分别为膜上、下游的压力，Mpa;

m

l为多孔膜的厚度，m;

M

D为有效扩散系数，M M

D RT P

=为渗透率，2

/()

m ol cm cm s M Pa

???。

有关M

D的计算与气体在膜孔内的流动状态有关，一般根据努森（Knudsen）数的大小来区分，努森数Kn可用下式计算

P

K n

d

λ

=

（13—68）

式中，λ为气体分子平均自由程，P d为膜的孔径。根据Kn可以判别气体在膜孔内的流型，即属于分子扩散还是努森扩散或介于二者的过渡流。

当Kn≤0.01时，膜孔径远大于气体分子自由程。气体在膜孔内呈黏性流流动，扩散过程以气体分子间的碰撞为主，气体分子与膜壁面的碰撞可忽略，此时属分子扩散，可用Hagen-Poiseuille定律描述。在这种黏性流动范围内，气体混合物不能被膜分离。

当kn≥1.0，尤其当Kn≥10时，气体分子平均自由成远大于膜孔径，气体在膜孔中靠气体分子与膜孔壁的碰撞进行传递，分子间的碰撞可忽略不急，此类扩散现象称为努森扩散，气体以努森扩散机理通过膜。

当Kn数介于以上值之间，尤其当Kn数在1附近时扩散为过渡区扩散。在此范围内，膜孔径内分子见的碰撞和分子与膜孔壁的碰撞都其作用，此时气体分在膜孔内的扩散与分子扩散和努森扩散均有关。若已知分子扩散和努森扩散系数，则过渡区的扩散系数可近似用下式计算：

1

11

()

M

AB K P

D

D D

ε

τ

-

=+

（13—69）

式中，D AB为双分子扩散系数，m2/s，ε为孔隙率，τ为膜孔折因子；D KP为努森扩散系数，m2/s，可用下式计算：

1

2

48.5()

K P P

i

T

D d

M

=

（13—70）

其中，T为温度，K；M i为组分I的摩尔质量，kg/kmol。

通常，当多孔膜孔径>

10A时，努森流与黏性流同时存在，Kn值不同，则两种流动所

占的比例液不同，图13—32为r λ比值与膜孔内气体透过量的关系，其中，2

p r d =。

Kn>0.5时，努森流占优势；当Kn<0.1时，则约90％为黏性流。在大气压下，气体分

子平均自由程通常在1000～20000A 范围内。若将膜的孔径控制在5000

A 以下，则努森流占又是，分离效果良好。

2、非多孔膜内的扩散

气体在致密膜中通过溶解与扩散传递，其传递过程由三步组成：气体在膜上游表面吸着（Sorption ）；吸着在膜上游表面的气体在浓度差为推动力下扩散透过膜；气体在膜下游表面的解吸或蒸发。各种气体在致密膜中的渗透率的差异不但取决于气体本身的扩散性质，还取决于这些气体在膜内与膜的物理化学相互作用。通常以聚合物的玻璃态转变温度为界降致密膜分为橡胶态和玻璃太来讨率其传递机理。

对橡胶态膜，气体渗透通过致密膜的传递方程亦可由亨利定律到处。如果在渗透过程中气体在膜中的融解和解析是在平衡态下发生的，则气体融解在膜面上的浓度c i ，根据亨利定律可用用气体组分I 在膜界面上得分压来表示，c i =H i p i ，则可推出组分得渗透通量

0l

i i i

m

p p J D H l -= （13—71）

式中，0

l

p p 、为组分i 在膜上游和膜下游侧的分压，Pa ；D 为扩散系数，cm 2/s ；H 为溶解度系数，cm 3/cm 3Pa;l m 为膜厚度，m 。

一般状况下，气体在膜中的渗透系数P 可以用扩散系数和溶解度系数来表示，三者之间的定量关系为

P D H = （13—72）

式中，P 为渗透系数cm 3 cm/cm 2 s Pa 。根据以上公式，若其中任何两个系数已知，则可推出第三个系数。

通常，易液化的气体在膜中溶解时，符合亨利定律，且温度对无相互作用气体在聚合物中的溶解度系数的影响可用Arrhenius 方程计算：

0exp(/)H H H H RT =-? （13—73）

式中，0H 为与温度无关的常数；H H ?为溶解热，其值一般较小，约为±9.3kJ/mol 。

溶解热包括混和热和冷凝热，其值可以是正（吸热）或负（放热）。对氮、甲烷等较小的无相互作用气体，溶解热为较小的正值，其在聚合物中溶解度随温度升高而略有增大。对于有机蒸汽等大分子，吸附热常数为负值，其溶解度随温度的上升而下降。

对简单的无相互作用其，温度对气体在聚合物中的扩散系数的影响也服从Arrhenius 方程：

0exp(/)d D D E RT =- （13—74）

式中，D 0为与温度无关的常数。对于具有较强相互作用的有机蒸汽，扩撒系数不是常数，常与浓度有关，温度影响关系也很复杂。

纳滤反渗透膜分离

纳滤反渗透膜分离实验指导书

纳滤反渗透膜分离实验 一、实验目的 1．了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。 2．了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。 二、基本原理 2.1膜分离简介 膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。 微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）与反渗透（RO）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。 四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径范围为0.05～10μm，所施加的压力差为0.015～0.2MPa；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm 的微粒，其压差范围约为0.1～0.5MPa；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2MPa左右，也有高达10MPa的；介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。 2.2纳滤和反渗透机理 对于纳滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为，膜表面具有无数个微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。应当指出的是，在有些情况下，孔径大小是物料分离的决定因数；但对另一些情况，膜材料表面的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子大，本不应具有截留功能，但令人意外的是，它却仍具有明显的分离效果。由此可见，膜的孔径大小和膜表面的化学

膜分离技术在废水处理中的应用

膜分离技术在废水处理中的应用 李珍11204112 摘要膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术在废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。本文综述了膜分离技术在废水处理中的应用，着重介绍了超滤、纳滤、液膜等膜分离技术的特点及其在各种废水处理中的应用，并对膜技术应用前景做了总结与展望。 关键词膜分离废水处理超滤纳滤液膜 1.膜分离技术简介 1.1膜分离技术 膜分离技术是指在分子水平不同粒径分子的混合物在通过半透膜时, 实现 选择性分离的技术, 半透膜又称分离膜或滤膜, 膜壁充满小孔, 根据孔径大小可以分为: 微滤膜(MF ) 、超滤膜(U F) 、纳滤膜(NF) 、反渗透渗出膜(R 0 ) 等, 膜分离采用错流过滤方式。膜分离技术因为具有常温下操纵、无相态变化、无化学变化、选择性好、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点, 广泛应用于发酵、生物制药、植物提取、化工、饮用水净化、除菌、废水处理等多个领域。分离膜因其独特的结构和机能, 在环境保护和水资源再生方面异军突起, 在环境工程, 特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。 1.2 膜分离技术原理 膜分离与传统过滤的不同在于, 膜可以在分子范围内进行分离, 是一种物理过程, 不需添助剂。膜分离技术可利用混合物物理性质的不同(质量、体积、几何形状等) 将其分离，也可利用混合物通过分离膜的速度不同将其分离。 2. 超滤膜分离技术在废水处理中的应用 2.1超滤膜简介 超滤是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它广泛用于食品、医药、工业废水处理、高纯水制备及生物技术工业；在工业废水处理方面应用得最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及

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南大化工膜分离实验报告

膜分离实验报告 一、实验目的 1.了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。 2.掌握RO、NF的适用范围和对象。 二、实验原理 1.反渗透（RO） 反渗透膜的孔径在0.1-1nm之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用，克服渗透膜的渗透压，使溶液中水分子逆方向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而达到去除溶液中大部分离子的目的。 为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞RO膜，往往采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，反渗透设备的出水有两股，一股为透过液（淡水），一股为截留液（浓水）。 实验采用NaCl、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，表示反渗透膜的处理效果。 图1 反渗透（RO）示意图

2.纳滤（NF） 纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤技术是从反渗透中派生出来的一种膜分离技术，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为，纳滤膜存在纳米级的细孔，可以截留95%的最小分子约为1nm的物质。 纳滤膜的特点在于：较低的渗透压和较高的膜通透性，因此，可以节能；通过纳滤膜的渗透作用，可以去除多价的离子，保留部分低价的对人体有益的矿物离子。 为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞NF膜，同样采用动态的方法来进行纳滤，即在进行纳滤的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持纳滤膜表面始终具有良好的通透性。因此，纳滤设备的出水也有两股，一股为透过液（淡水），一股为截留液（浓水）。 实验采用NaCl、MgSO4溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，表示纳滤膜的处理效果。同时将纳滤和反渗透对一价和二价离子的截留效果进行比较，可以知道纳滤膜出水中保留了比反渗透出水中更多的有益矿物离子。 三、实验流程与设备 整套膜分离装置的四个单元共同安装在一个支架上，由微滤单元和反渗透单元组成设备的1/2，超滤单元和纳滤单元组成设备另外的1/2。

污水处理工程膜分离法技术规范

污水处理工程膜分离法技术规范 1 适用范围 本标准规定了膜分离法污水处理工程的设计参数、系统安装与调试、工程验收、运行管理，以及预处理、后处理工艺的选择。 本标准适用于以膜分离法进行污水处理及深度处理回用的工程，可作为环境影响评价、环境保护设施设计与施工、建设项目竣工环境保护验收及建成后运行与管理的技术依据。本标准所指膜分离法为：微滤、超滤、纳滤及反渗透膜分离技术。 本标准不适用于以膜生物反应器法和荷电膜进行污水处理及回用的膜分离工程。 2 规范性引用文件 本标准内容引用了下列文件中的条款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。 GB 50235 工业金属管道工程施工及验收规范 GB/T 985 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GB/T 1804 一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T 3797 电器设备第1 部分：装有电子器件的电控设备 GB/T 5226.1 机械安全机械电器设备第1 部分：通用技术条

件 GB/T 12469焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级 GB/T 19249反渗透水处理设备 GB/T 20103膜分离技术术语 HJ/T 270 环境保护产品技术要求反渗透水处理装置 JB/T 2932 水处理设备技术条件 HG 20520 玻璃钢/聚氯乙稀(FRP/PVC)复合管道设计规定 建设项目竣工环境保护验收管理办法［国家环境保护总局令第13 号］ 3．术语和定义 《膜分离技术术语》GB/T 20103 规定的术语及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 膜分离法 以压力为驱动力，以膜为过滤介质，实现溶剂与溶质分离的方法。 3.2 膜降解 指膜被氧化或水解造成膜性能下降的过程。 3.4 膜结垢 指盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀。 4 设计水质与膜单元适宜性

膜分离实验吧

题目：膜分离实验 0 前言 （一）实验目的 1．了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。 2．了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。 3．掌握膜分离流程，比较各膜分离过程的异同。 4．掌握电导率仪、紫外分光光度计等检测方法。 （二）.基本原理 膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。 微滤（MF ）、超滤（UF ）、纳滤（NF ）与反渗透（RO ）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。 四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径围为0.05～10μm ，所施加的压力差为0.015～0.2MPa ；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm 的微粒，其压差围约为0.1～0.5MPa ；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2MPa 左右，也有高达10MPa 的；介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。 1微滤与超滤 微滤过程中，被膜所截留的通常是颗粒性杂质，可将沉积在膜表明上的颗粒层视为滤饼层，则其实质与常规过滤过程近似。本实验中，以含颗粒的混浊液或悬浮液，经压差推动通过微滤膜组件，改变不同的料液流量，观察透过液测清液情况。 对于超滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为，膜表面具有无数个微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。应当指出的是，在有些情况下，孔径大小是物料分离的决定因数；但对另一些情况，膜材料表面的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子大，本不应具有截留功能，但令人意外的是，它却仍具有明显的分离效果。由此可见，膜的孔径大小和膜表面的化学性质将分别起着不同的截留作用。 2膜性能的表征 一般而言，膜组件的性能可用截留率（R ）、透过液通量（J ）和溶质浓缩倍数（N ）来表示。 （1—1） 式中， R －截流率； Co －原料液的浓度，kmol/m3； Cp －透过液的浓度，kmol/m3。 对于不同溶质成分，在膜的正常工作压力和工作温度下，截留率不尽相同，因此这也是工业上选择膜组件的基本参数之一。 100R =?0P c －c ％ c

污水膜分离法工程技术规范(征求意见稿)

污水膜分离法工程技术规范（征求意见稿） 编制说明

目 次 1 规范编制的来源及意义 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2标准编制的意义 (1) 2 制定本标准的原则、方法及技术依据 (1) 2.1编制原则 (2) 2.2制定标准的工作方法与技术依据 (3) 3 主要工作过程 (3) 4 膜技术概况及工程实例、经济分析 (4) 4.1国内外膜法技术现状及发展趋势 (4) 4.2相关标准、技术政策、指南制订情况 (6) 4.3工程案例 (7) 5 标准的主要内容说明 (19) 5.1污水来源及水质特点 (19) 5.2进水指标控制 (19) 5.3预处理 (20) 5.4污水膜分离系统设计 (25) 5.5运行管理与维护 (30) 6 与执行现行法律、法规、规章、政策的关系及实施建议 (34)

1 标准编制的来源及意义 1.1任务来源 根据国家环境保护总局于2007 年下达的《国家环境保护标准计划任务书》中，编制《污水油水分离工程技术规范》（项目统一编号：1400）的任务，江西金达莱环保研发中心有限公司作为主编单位承担了该规范的研究及编制工作，参编单位有华中科技大学和北京市环境保护科学研究院。 1.2 标准编制的意义 环境保护标准化是我国环境保护一项重要发展战略，建立与国际接轨的环境保护工程技术规范，是当前加强环境保护标准化步伐的一项重要任务，是国家环境管理的重要手段，在贯彻法律法规、落实环保规划目标、促进技术进步、优化产业结构、规范管理和执法行为等方面发挥着重要和不可替代的作用。 从1973 年我国发布第一个国家环境保护标准《工业“三废”排放标准》起截至2005年底，经过三十多年的发展，我国环境保护标准体系已初具规模。各类现行有效的环境保护标准共计841 项，包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础标准、监测分析方法标准和环境标准样品标准五类，以及国家标准、行业标准和地方标准三级。各省、市、自治区人民政府根据当地环境质量状况和环境管理需要，制订和发布了一系列地方环境标准。构成了以国家环境标准为主体，地方环境标准为补充的我国环境标准体系，这些环境标准为防治环境污染起到了重要的基础性作用。 环境工程技术标准属于国家环境保护行业标准。国家环保总局已组织制定了环境工程技术规范体系，编制了“十一五”环境工程技术规范编制计划；组织制定发布了十余项环境工程技术规范，以及涉及污染治理产品、环境监测仪器、环保药剂、材料等方面的100余项行业标准或技术要求。并指出“十一五”期间实现新型工业化，要重点解决国家重大工业布局规划以及相应的环境保护技术规范问题。受各种因素的制约和影响，我国部分现行国家环境标准（特别是环境保护行业标准、污染防治技术政策）还不够完善，已不适应当前形势，对行业技术进步的促进作用不足，和国际水准尚有较大差距。 污水膜分离处理，国外已有成熟的技术；而在国内，膜法水处理技术的主要应用领域是纯水制备及海水淡化，随着污水排放标准越来越严格以及污水资源化的要求，近年来才开始广泛地推广、应用膜分离法污水处理技术。目前，我国有针对海水利用领域的膜分离法技术标准，尚无系统的污水膜分离法行业标准；在环境保护行业标准中，仅有反渗透、超滤、电渗析装置的环境保护产品技术要求，针对性不强，不能对行业技术起到很好的指导作用。

膜分离技术

水的深度处理工艺综述 人类对膜的认识是从自然界中存在的膜开始的，到现在，各种人工合成膜已成为了我们生活中不可或缺的一部分。其种类繁多，作用也千差万别，但他们具有一个共同的特点-选择透过性。 水的膜技术的应用开始于20世纪60年代，最早使用反渗透膜进行海水淡化。其后膜技术得到了迅速发展，并被众多领域应用。自用于反渗透脱盐后，又开发出纳滤、超滤和微滤技术，这些不同的膜都有其独特的性能，可满足不同的处理要求。 1定义 膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。 膜分离是指在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性能，达到分类混合物（如溶液）中离子、分子以及某些微粒的过程。与传统过滤器的最大不同是，膜可以在离子或分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相变化和添加助剂。在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法，称为膜分离。 膜分离是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差作推动力，对双组份或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离可以用于液相和气相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。 分离溶质时一般叫渗析，分离溶剂时一般叫渗透。 2分类与特点 膜可以是固态的，也可以是液体甚至是气态的。膜可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，可以是带电的或中性的，而带电膜又可以是带正电或带负电的，或二者兼而有之。膜可以是具有渗透性的，也可以是具有半渗透性的，但不能是完全不透过性的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。由于膜材料的种类非常丰富，制备条件也多种多样，一般来说膜的分类有以下几种： （1）按分离机理：反应膜、离子交换膜、渗透膜等； （2）按膜的形态：均质膜和非对称膜；

水处理膜分离技术

膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别，下图简单示意了四种不同的膜分离过程：（箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）： 微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1-1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1000分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在 1000-300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。 纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80-1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广

膜分离技术的介绍及应用讲解

题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日

目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)

一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液

膜分离实验

实验三膜分离实验装置 一、实验目的 1．了解超滤膜分离的主要工艺设计参数。 2．了解液相膜分离技术的特点。 3．训练并掌握超滤膜分离的实验操作技术。 4．熟悉浓差极化、截流率、膜通量、膜污染等概念。 二、实验原理 膜分离是近数十年发展起来的一种新型分离技术。常规的膜分离是采用天然或人工合成的选择性透过膜作为分离介质，在浓度差、压力差或电位差等推动力的作用下，使原料中的溶质或溶剂选择性地透过膜而进行分离、分级、提纯或富集。通常原料一侧称为膜上游，透过一侧称为膜下游。膜分离法可以用于液-固（液体中的超细微粒）分离、液-液分离、气-气分离以及膜反应分离耦合和集成分离技术等方面。其中液-液分离包括水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有微粒的液相体系的分离。不同的膜分离过程所使用的膜不同，而相应的推动力也不同。目前已经工业化的膜分离过程包括微滤（MF）、反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透汽化（PV）等，而膜蒸馏（MD）、膜基萃取、膜基吸收、液膜、膜反应器和无机膜的应用等则是目前膜分离技术研究的热点。膜分离技术具有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节约能量和化学试剂等优点，因此在20世纪60年代，膜分离方法自出现后不久就很快在海水淡化工程中得到大规模的商业应用。目前除海水、苦咸水的大规模淡化以及纯水、超纯水的生产外，膜分离技术还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、环保工程等领域得到推广应用。 表10-1、各种膜分离方法的分离范围

超虑膜分离基本原理是在压力差推动下，利用膜孔的渗透和截留性质，使得不同组分得到分级或分离。超虑膜分离的工作效率以膜通量和物料截流率为衡量指标，两者与膜结构、体系性质以及操作条件等密切相关。影响膜分离的主要因素有：a 、膜材料，指膜的亲疏水性和电荷性会影响膜与溶质之间的作用力大小；b 、膜孔径，膜孔径的大小直接影响膜通量和膜的截流率，一般来说在不影响截流率的情况下尽可能选取膜孔径较大的膜，这样有利于提高膜通量；c 、操作条件（压力和流量）；另外料液本身的一些性质如溶液PH 值、盐浓度、温度等都对膜通量和膜的截流率有较大的影响。 从动力学上讲，膜通量的一般形式： ) (f c m V R R R P R P J ++= = ∑μμ△ 式中，J V 为膜通量，R 为膜的过滤总阻力，R m 为膜自身的机械阻力，R c 为浓差极化阻力，R f 为膜污染阻力。 过滤时，由于筛分作用，料液中的部分大分子溶质会被膜截留，溶剂及小分子溶质则能自由的透过膜，从而表现出超虑膜的选择性。被截留的溶质在膜表面出积聚，其浓度会逐渐上升，在浓度梯度的作用下，接近膜面的溶质又以相反方向向料液主体扩散，平衡状态时膜表面形成一溶质浓度分布的边界层，对溶剂等小分子物质的运动起阻碍作用，如图所示。这种现象称为膜的浓差极化，是一可逆过程。 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体或大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜空内吸附和沉积造成膜孔径变小或孔堵塞，使膜通量的分离特性产生不可逆变化的现象。 膜分离单元操作装置的分离组件采用超滤中空纤维膜。当欲被分离的混合物料流过膜组件孔道时，某组分可穿过膜孔而被分离。通过测定料液浓度和流量可计算被分离物的脱除率、回收率及其他有关数据。当配置真空系统和其他部件后，可组成多功能膜分离装置，能进行

膜分离实验报告

. . 膜分离实验 一.实验目的 1．了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。 2．了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。 3. 了解和熟悉超滤膜分离的工艺过程。 二.基本原理 膜分离技术是最近几十年迅速发展起来的一类新型分离技术。膜分离是以对组分具有选择性透过功能的人工合成的或天然的高分子薄膜（或无机膜）为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。 微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）与反渗透（RO）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。 四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径围为0.05～10μm，所施加的压力差为0.015～0.2MPa；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm的微粒，其压差围约为0.1～0.5MPa；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2MPa左右，也有高达10MPa的；介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。 2.1微滤与超滤 微滤过程中，被膜所截留的通常是颗粒性杂质，可将沉积在膜表明上的颗粒层视为滤饼层，则其实质与常规过滤过程近似。本实验中，以含颗粒的混浊液或悬浮液，经压差推动通过微滤膜组件，改变不同的料液流量，观察透过液测清液情况。 对于超滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为，膜表面具有无数个微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而

实验十 膜分离试验

实验十 膜分离实验 一、实验目的 1.了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。 2.掌握EM 、UF 、RO 和NF 的适用范围和对象。 二、实验原理 1.微滤（EM ） 微滤米的微孔直径为0.22μm ，当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径＞0.22μm 的悬浮颗粒物质就被截流在膜的一面，粒径小于0.22μm 的悬浮颗粒物质与水分子一起透过微滤膜排除出。从而达到分离水体的部分悬浮颗粒物质的目的。 实验采用含有少量悬浮颗粒物质的水进行实验，通过测定进水和出水的浊度来表示微滤膜的处理效果。 2.超滤（UF ） 超滤膜的微孔直径在10nm —0.1μm ，截流分子量在2—5万，范围根据需要进行选择。当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径＞膜孔径的颗粒物质被截流在膜的一面。为了防止被截流下来的颗粒物质越来越多而堵塞滤膜，往往采用动态过滤的方法进行超滤，即将进行超滤的同时，利用一股液体连续冲刷膜的表面的截流物，以保持超滤表面始终具有良好的通透性。因此，超滤膜设备出水与两股，一股为透过水（淡水），一股为截流物液（浓水）。参见下面的图示： 超滤液 浓缩液 原液 （图一）超滤膜示意图 静态过程 （图二） 动态过程 图10-1超滤（UF ）示意图 超滤膜可以截流溶液中的细菌病毒、热源、蛋白质、胶体、大分子有机物等等。 实验采用含有少量染料物质的水进行实验，通过测定水、“淡水”和“浓水”的色度变化表示超滤膜的处理效果。 3.反渗透（RO) 反渗透膜的孔径在0.1-1nm 之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用，库夫渗透膜的渗透压，使溶液中的分子逆向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而到达去除溶液只能够大部分例子的目的。 为了防止被截流下来的其他例子越积越多儿堵塞RO 膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即将进行反渗透的同时，利用一股液体连续冲刷膜的表面的截流物，以保持反渗透表面始终具有良好的通透性。因此，反渗透膜设备出水与 流动方向 形成 滤饼 透过液 流动方向 透过液

膜分离技术深度处理废水

膜分离技术深度处理废水 1膜技术简介;：膜分离技术是指利用膜的选择性对料液的不同组分进行分离、纯化、浓缩的过程。根据制作材料的不同，可将膜分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，其具有制作成本低、孔径范围广、组件形式多样等特点因此应用比无机膜更为广泛。 2膜技术在焦化废水回用技术中的应用：1)预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺：唐山中润煤业化工有限公司采用预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺对公司下属焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水水质除氯离子含量较高外其他组分含量均达标排放，出水可以作为循环水的补充水进行回用。本工艺在超滤膜处理后采用纳滤膜进行再处理与超滤膜相比提高了产水率，但再用纳滤膜无法去除水中的氯离子因此导致出水回用时对设备腐蚀较大。 2)预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺：山西亚鑫煤焦化有限公司以及新疆八一钢厂焦化公司均采用预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺对焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水作为循环水补充水进行回用。该工艺出水水质较好，完全可以作为循环水进行回用，且出水中氯离子含量较低对设备腐蚀较小，但是该工艺存在污泥量大，产水率低，产水量下降较快等缺点急需对工艺进行改进。 3)预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺：山东邹平铁雄焦化公司采用预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺对焦化废水进行深度处理，处理后废水作为锅炉补水进行回用。该工艺出水水质较好，各组分含量均达标排放，但是在运行过程中膜生物反应器极易被污泥所堵塞，从而导致清洗

电厂化学水处理中全膜分离技术分析

电厂化学水处理中全膜分离技术分析 电厂生产的电能主要来自于燃料燃烧的热能转化，这种能量的转化主要是靠水来辅助实现的。在电厂的日常运转中，水作为重要的媒介在很多生产环节中起着重要的作用。而且电厂设备的运行效率和生产设备的使用寿命与水的质量息息相关，主要是因为电厂使用的水蒸发后的水蒸气含有污染性的化学物质造成。为了防止含有腐蚀性的水渗入电厂的设备造成损害，需要科学有效的方式进行水处理。全膜分离技术是一种比传统水处理更有效的技术，它具有设备要求低、运行方便、环保、水质净化率高等特点，得到了广大企业的青睐，应用范围广泛。 标签：电厂化学;水处理;全膜分离技术 全膜分离技术是一种新型的膜分离技术，是电厂化学水处理的一种高效方法，全膜分离技术不仅提升了水体的质量，而且满足了电厂的用水需求。但是，全膜分离技术在实际的生产应用中还存在着一些问题，例如会出现膜技术虽然浓缩成本低，但不能将产品浓缩成干物质、膜技术虽然具有選择过滤性，但是同分异构体就无法实现分离的问题，因此，需要进一步优化才能高效地完成水处理的工作。当前，环境污染是一个大问题，人们对环境保护的意识越来越强烈，全膜分离技术解决了污水带给环境的污染问题，还能降低电厂的生产成本，减少水资源的浪费，为电厂赢得最大化的利益。 一、全膜分离技术的应用价值 全膜分离技术在电厂化学水处理中应用非常广泛的。随着社会的不断发展，人们对于电能的需求和可靠性要求越来越高，对电厂设备的可靠性和安全性日益重视。而水处理是热电厂生产运行过程中最重要的环节之一，水的品质直接关系到热力设备的运行水平、维护成本以及电厂的长远发展。例如在热力电厂中，如采用超超临界一次中间再热直流锅炉，由于直流炉的特殊结构（没有汽包），其对给水的纯度要求很高，锅炉补给水是发电厂热力循环系统污染物的主要来源，补给水系统运行不当或监控不好，可能把原水中的悬浮物、溶解性无机杂质、有机物和胶体硅带入发电厂循环系统，带来严重后果。因此，如果锅炉补给水采用全膜法处理工艺，其出水水质能满足大型超超临界直流炉机组的对锅炉给水的水质要求，避免对设备造成损害，提高设备的使用效率和寿命。 二、全膜分离技术在电厂化学水处理中的具体应用 （一）超过滤技术 超过滤技术是全膜分离技术在电厂化学水处理中的第一道工序。此项技术过滤膜空隙较大，一般情况下为0.05um至1um之间，能够将化学水中存在的大分子和颗粒物有效过滤分离出去。在超过滤技术的实际应用过程中，超过滤工程与滤膜孔径的尺寸有着直接关联，主要是将滤膜两侧存在的压力作为分离过程的主要驱动力，将滤膜作为过滤介质，通过滤膜两侧压力的作用，化学水就会流过滤

膜分离技术应用综述

膜分离技术应用综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

《食品科学概论》课程论文 论文题目：膜分离技术应用综述 学 院 ：生物工程学院 专 业 ：食品科学与工程 年级班别 ：09级一班 学 号 ：10122 学生姓名 ：齐莹 学生 指导教师 ：陈清禅 2011年 5 月 24 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

膜分离技术应用综述 齐莹 10122 摘要综述膜分离技术的特点、种类及分离机理，介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状，同时指出该技术存在的问题，提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。 关键词膜分离技术微滤超滤食品工业 膜分离是在20世纪初出现，上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。据统计，膜销售每年以14%~30%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场[1] 。 1膜分离的简介 1. 1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1. 2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、

膜分离技术在水处理中的应用及存在的问题

膜分离技术在水处理中的应用 班级：环境工程10-1 姓名：王艳琪 学号：10036128 日期：2012/12/25

膜分离技术在水处理中的应用 摘要：本文介绍了膜分离技术的定义、分类、特点，综述了超滤、反渗透的原理及其工业应用，提出了膜分离发展过程中需要克服的一些问题 关键词：膜分离、超滤、反渗透。 引言 膜分离技术是在20世纪初出现，20世纪60 年代迅速崛起的一门分离新技术，膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作( 如蒸发、吸附、萃取、深冷分离等) 相比较，过程不发生相变，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单等特点，受到世界各技术先进国家的高度重视，我国投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，广泛应用于纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化、锅炉脱盐水、含油废水等处理过程，给人类带来了巨大的环境和经济效益。本文中笔者将主要介绍膜分离技术在环境工程污水处理方面的几项应用做简单说明。 1、膜分离过程的定义及基本特征 膜分离是以具有选择性透过功能的薄膜作为分离介质，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料总的某些组分选择性的优先透过膜，从而达到混合物的分离和产物的提取、浓缩、纯化等目的。

膜分离过程有多种，不同的分离过程所采用的膜及施加的推动力不同。表1【1】列出了集中工业应用膜过程的基本特征及适用范围。 表1.几种工业化膜过程的基本特征 过程膜类型推动力传递机理透过物截留物 微滤（0.05-10μm）均相膜、非对称 膜 压力差筛分 水、溶 剂溶解 物 悬浮物 微粒、细 菌 超滤 （0.001-0.05μm）非对称膜、复合 膜 压力差微孔筛分 溶剂、 离子及 小分子 生物大 分子 反渗透 （0.0001-0.0 01μm）非对称膜、复合 膜 压力差 优先吸附、毛细 孔流动 水、溶 剂溶解 物 溶剂、溶 质大分 子、离子 渗析非对称膜、离子 交换膜 浓度差扩散 低相对 分子质 量溶 质、离 子 相对分 子质量 ＞1000 电渗析离子交换膜电位差反离子迁移离子同离子、水分子 膜电解离子交换膜电位差、 电化学反 应 电解质离子选 择传递、电极反 应 电解质 离子 非电解 质离子 气体分离均相膜、复合 膜、非对称膜 压力差、 浓度差 筛分、溶解-扩 散 气体 难渗气 体 渗透汽化均相膜、复合 膜、非对称膜 压力差溶解-扩散蒸汽 难渗液 体 与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点： （1）膜分离过程不发生相变，与其他方法相比能耗较低，能量转化效率高；

膜分离技术及其应用领域分析

膜分离技术及其应用领域分析 膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。 一、膜分离技术原理及特点 膜分离技术以选择性透过膜为分离介质，如图1所示，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。膜分离技术以其低能耗、高效率被认为是理想的分离技术之一。 图1膜分离技术原理 利用膜分离技术进行分离所具有的特点包括：1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。 基于膜分离技术所具有上述特点，是现代生物化工分离技术中一种效率较高的分离手段，完全可以取代传统的过滤、吸附、蒸发、冷凝等分离技术，所以膜分离技术在生物化工分离工程中起着很大的作用。 二、膜分离技术种类分析 按照膜孔径和成膜材料分类，常用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透以及气体分离等。各种膜过程具有不同的分离机理，可适用于不同的对象和要求。按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类，从下表可以看出，几乎所有的分离膜技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域。反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一，在分离膜领域内占重要地位。

膜分离技术处理工业废水的应用现状及发展趋势

扬州工业职业技术学院 2013 —2014 学年 第一学期 文献检索论文 课题名称：膜分离技术在废水处理中的应用及其发展方向设计时间： 2013.10.10～2013.12.15 系部：化学工程学院 班级： 1301应用化工 姓名：郑鹏 指导教师：王富花 学号： 1301110137

目录 摘要 (1) Abstract (1) 第一章前言 (3) 1.1膜技术在水处理中应用的基本原理 (3) 1.1.1根据混合物物理性质的不同 (3) 1.1.2根据混合物的不同化学性质 (3) 1.2 膜分离技术的特 点 (4) 2.1 分离性 (4) 2.1.1 分离膜必须对被分离的混合物具有选择透过(即具有分离)的能力 (4) 2.1.2 分离能力要适度 (4) 2.2 透过性 (4) 2.3 物理、化学稳定性 (4) 2.4 经济性 (5) 3在工业废水处理中的具体应用 (5) 3.1 淀粉污水处理 (5) 3.2 含酚废水处理 (5) 3.3 含氰废水处理 (5) 3.4 重金属离子的处理 (6) 3.5 炼油废水处理 (6) 展望 (6) 参考文献 (8)

膜分离技术在废水处理中的应用及其发展方向 摘要：本文阐述了膜分离技术基本原理及其特点、分离膜需要具备的条件，介绍了膜分离技术在工业废水处理中的应用情况，提出了膜分离技术发展趋势。 关键词：膜分离技术；废水处理；发展趋势 膜分离技术是在20世纪初出现、20世纪60年代迅速崛起的一门分离新技术，膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、吸附、萃取、深冷分离等)相比较，过程不发生相变，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单等特点，受到世界各技术先进国家的高度重视，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，广泛应用于工业废水等处理过程，给人类带来了巨大的环境效应。膜分离技术应用到工业废水的处理中，不仅使渗透液达到排放标准或循环生产，而且能回收有价资源。 1. 膜分离技术的基本原理和特点 1.1 膜技术在水处理中应用的基本原理是：利用水溶液（原水）中的水分子具有透过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液（原水）进行分离，获得纯净的水，从而达到提高水质的目的。总的说来，分离膜之所以能使混在一起的物质分开，不外乎两种手段。 1.1.1 根据混合物物理性质的不同——主要是质量、体积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于50 nm的固体杂质去掉的。 1.1.2 根据混合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度，首先是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度(称溶解速度)，其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈久。 1.2 膜分离技术的特点 膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型流体分离单元操作技术。在膜分离出现前，已有很多分离技术在生产中得到广泛应用。例如：蒸馏、吸附、吸收、苹取、深冷分离等。与这些传统的分离技术相比，膜分离具有以下特点： (1) 膜分离通常是一个高效的分离过程。例如：在按物质颗粒大小分离的领域，以重力为基础的分离技术最小极限是微米，而膜分离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米)。 (2) 膜分离过程的能耗(功耗)通常比较低。大多数膜分离过程都不发生“相”