纳滤膜分离机理、应用及发展趋势
摘要：综述了纳滤膜的分离机理及其应用研究现状和进展。纳滤膜分离过程是一个不可逆过程,其分离机理可以运用电荷模型和细孔模型,以及近年才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。纳滤膜应用研究现状的介绍。
关键词：纳滤；分离机理；应用；发展
1 纳滤膜的概述
纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，截留分子量大约在200～1000范围，孔径约为几纳米，分离对象的粒径约为1 nm。纳滤具有膜技术共同的高效节能的特点，是近来世界各国优先发展的膜技术之一。目前纳滤已在生活用水，工业给水和废水的处理，食品，生化制药等领域得到广泛的应用。
纳滤膜的孔径在纳米级内，其中有些膜对不同价阴离子的Donnan电位有较大差别，其中截留分子量为数百级，对不同价的阴离子有显著的截留差异，可以让进料中部分或绝大部分无机盐通过，并且操作压力低，透过通量较大。这些特点使纳滤在水的软化、有机低分子的分级、有机物的除盐净化等方面，有独特的优点和明显的节能效果。
2 纳滤膜的分离机理
2.1 纳滤膜过程的不可逆过程分析
纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透等膜分离过程一样,是一个不可逆过程,膜内传递现象通常用非平衡热力学模型[1]来表征。该模型把膜当作一个“黑匣子”,以压力差为驱动力,产生流体及离子流动。推动力和流动之间的关系可用现象论方程式表示,方程式中的系数被称之为膜的特征参数,包括膜的反射系数、溶质透过系数及纯水透过系数等。其中膜的反射系数相当于溶剂透过通量无限大时的最大截留率。
2.2 电荷模型
电荷模型又可根据对膜内电荷及电势分布情形的不同假设分为空间电荷模型(the Space Charge Model)[1~4]和固定电荷模型(the Fixed-Charge Model)[1,5,6]。空间电荷模型最早由Osterle等提出,假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成,微孔内的离子浓度和电场电势分布、离子传递和流体流动分别由Poisson-Boltzmann方程、Nernst-Planck方程和Navier-Stokes方程等来描述。Ruckenstein等[2]运用空间电荷模型进行了电解质溶液渗透过程的溶剂(水)渗透通量、离子截留率及电气粘度的数值计算,讨论了膜的结构参数及电荷密度等影响因素。Anderson等[3]根据空间电荷模型对微孔荷电膜的动电现象进行了较为详细的数值计算,并对根据双电层理论推导出的膜的表面Zeta电位与膜的流动电位关联方程——Helmholtz-Smolu-chowski式的适用范围进行了讨论。Smit等[4]将空间电荷模型与非平衡热力学模型相结合,从理论上描述了反渗透过程中荷电膜膜内离子的传递情形。但是由于运用空间电荷模型时,需要对Pois-son-Boltzmann方程等进行数值求解,其计算工作十分繁重,因此它的应用受到了一定的限制。Tsuru等[5]研究发现将固定电荷模型与Nernst-Planck扩展方程联立可以很好地表征荷电型反渗透膜对单组分和混合电解质溶液体系中各种离子的截留性能。
2.3 细孔模型
细孔模型(the Pore Model)[8]基于著名的Stokes-Maxwell摩擦模型。Pappenheimer等在基
于膜内扩散过程的溶质通量计算方程中引入立体阻碍(steric hindrance)影响因素。Renkin等认为通过膜的微孔内的溶质传递包含扩散流动和对流流动等两种类型,并相应地建立了经典统计力学方程。后来Habeman、Sayer、Bohlin和Bean等在对上述方程进行改进时,考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间的相互作用。
Anderson等[9]运用细孔模型描述带电粒子在带电微孔内的扩散和对流传递过程时,提出带电粒子在带电微孔中将受到空间位阻和静电排斥两个方面的影响,但是未能描述膜的截留率随溶剂透过通量的变化关系和膜的特征参数随膜的结构参数及带电特性的变化关系等。Deen[10]将立体阻碍因子引入Nernst-Planck方程中,用来描述大分子离子通过带有固定电荷的网络状微孔结构,考察了空间位阻和静电排斥对大分子离子在网络状微孔结构内外的分配系数的影响。Nakao[11]全面地综述了膜分离领域中有关细孔模型的研究进展。
2.4 静电排斥和立体阻碍模型
在前人的研究基础上,Wang等[7,12]将细孔模型和固定电荷模型结合起来,建立了静电排斥和立体阻碍模型(the Electrostatic and Steric-hindrance Model),又可简称为静电位阻模型。静电位阻模型假定膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成,其结构参数包括孔径rp,开孔率Ak,孔道长度即膜分离层厚度Δx,电荷特性参数则表示为膜的体积电荷密度X(或膜的孔壁表面电荷密度为q)。根据上述膜的结构参数和电荷特性参数,对于已知的分离体系,就可以运用静电位阻模型预测各种溶质(中性分子、离子)通过膜的传递分离特性(如膜的特征参数)。为了验证静电位阻模型,Wang等[7,12]选择几种有机电解质作为示踪剂加入到氯化钠溶液中,进行了数种品牌纳滤膜的透过实验。实验数据结果与模型预测结果比较一致,因此静电位阻模型可以较好地描述纳滤膜的分离机理。
3 纳滤膜的应用
3.1 食品行业
美国农业部利用研究中心采用纳滤膜技术,对霍霍巴压榨残渣中的纤维素、蛋白质和西蒙精进行分离精制,分别作为家畜饲料及食欲调节剂,获得了较好的经济效益。
毕可英等用纳滤和超滤组合工艺浓缩1.6-二磷酸果糖(FDP),同时起到除盐和浓缩净化作用。用纳滤膜技术进行乳清脱盐已得到广泛应用,此外,纳滤还可用于酵母生产以及从发酵液中回收利用有机醇。
3.2 在水处理中的应用
张国亮研究了海岛高硬度水质下纳滤系统的工艺特点,分析了离子选择性分离的趋势以及相应操作因素的影响。国内首套工业化膜软水系统--144 t·d-1纳滤膜法制备饮用水示范工程由国家海洋局杭州水处理中心设计,于1997年4月在山东长岛南隍城建成投产。
纳滤膜还可用于制革过程含铬废水的处理;采矿工业湿法矿物浓缩系统的废水处理,同时可以脱硫;处理含有大量阴离子表面活性剂的工业污水;处理铜线生产中废水,回收可用物质。此外,还可采用纳滤膜和多级闪蒸蒸馏相结合地过程进行海水脱盐。
3.3 在石化中的应用
纳滤膜可应用在催化剂生产中有机溶剂和工业生产中催化剂的分离和回收,润滑油精炼过程、脱沥青原油中轻质油的提取、汽油添加剂MTBE和TAME的生产中,以及甲醇从反应液中分离循环、饱和烃和芳香烃的分离、支链和直链同分异构体的分离等。
3.4 在医药行业中的应用
Garem等利用无机和高分子复合型纳滤膜进行了9种氨基酸和3种多肽的分离实验。Ean-tet、Jeantet将纳滤膜和生物反应器耦合用于乳酸的半连续生产。
纳滤膜可用于氨基酸生产,抗生素的回收与精制,并成功地应用于红霉素、金霉素、万古
霉素和青霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程,以及6-氨基青霉烷酸、VB12的回收和浓缩,生产四环素、洁霉素和林可霉素排放废水的处理,螺旋霉素发酵液的分离和浓缩,多肽的浓缩纯化。利用纳滤膜,在调节酸度的情况下可对多肽混合物进行酸性和碱性选择性分离。
此外,Sarrade等采用超临界CO2萃取直接从鱼油中分离出甘油三酯,然后经纳滤膜分离成两部分:含有最低相对分子质量脂肪酸甘油脂的渗透物,即短链的脂肪酸;含有最高相对分子质量脂肪酸甘油脂的截留物,即EPA(二十碳五烯酸)和DHA(二十二碳六烯酸)。此外,他们还用此方法从胡罗卜素中分离出β-胡罗卜素。
3.5 冶金行业中的应用
纳滤膜可用于处理电镀过程中产生的大量较纯的LiOH溶液,达到提纯的目的,还可用于进一步纯化其它单价锂盐。有报道用纳滤膜进行Cr和Sr的分离。
3.6 膜生化反应器的开发
膜生化反应器,即将分离膜和生化反应器耦合在一起,反应产物通过膜分离不断取出,反应底物被截留在反应器中,化学反应是一种平衡反应,不断地带走产物可以提高产率。日本农林水产省食品综合研究所运用膜生化反应器开展氨基酸衍生物的合成及分离研究,水相中ZA(N-(ben-zyloxycarbonyl)-L-aspartic acid)和PM(L-phenylalanine methyl ester)反应生成ZAPM(N-(ben-zyloxycarbonyl)-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester),溶液pH调整至6左右,采用正荷电膜将反应液(水相)与有机溶剂相隔开,反应产物ZAPM可以通过膜进入有机溶剂相,使得下列反应不断右边进行,从而提高反应转化率。在生化反应中还需添加酶,酶是一种生物催化剂,它具有很强的催化反应效率,但价格较为昂贵。因此如何反复利用反应液中的酶是生化界人士最为关注的问题之一。如将膜技术与酶反应器耦合,利用膜分离产物,底物和酶被截留,不断添加底物,即可以达到反复利用酶并得到高产率生化产品的目的。同时还可将膜与发酵罐联用,以提高菌体细胞的利用率。Jeantet等将纳滤膜与生物反应器耦合用于乳酸生产,利用膜截留底物和菌体细胞,得到较高的产率。膜反应器是一项急待开发的新型技术,必将得到广泛的应用。
4 结束语
纳滤膜的发展完善了膜分离技术,大有替代某些传统分离方法的趋势,但也存在一些问题,如膜污染等,特别是在医药行业中,使该技术的广泛使用受到一定的影响,因此膜清洗及推广应用的问题仍有待进一步研究。但由于其独特的性能,纳滤膜的发展具有广阔的前景。
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一、实验目的： (1)熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程； (2)掌握反渗透膜分离原理及操作技能； (3)了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数; (4)掌握利用电导法确定盐浓度的方法。 二、实验原理 工业化应用的膜分离包括微滤（Microfiltration，MF）、超滤（Ultrafiltration, UF）、纳滤（Nanofiltration, NF）、反渗透（RO）、渗透汽化（Pervaporation, PV）和气体分离（Gas Separation, GS）等。根据分离对象和要求，选用不同的膜过程。 图1 膜截留示意图 反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10?小分子物质，反渗透膜能截留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理如图1。 图2 反渗透与渗透现象 如图（a）所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸
水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。如图(b)所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为指定温度下溶液的渗透压N。如图(c)所示，当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压N，可迫使渗透反向，实现反渗透过程。此时,在高于渗透压的压力作用下，咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，使咸水得到淡化，这就是反渗透脱盐的基本原理。 通常，膜的性能是指膜的物化稳定性和膜的分离透过性。膜的物化稳定性的主要指标是：膜材料、膜允许使用的最高压力、温度范围、适用的PH范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等。膜的分离透过性指在特定的溶液系统和操作条件下，脱盐率、产水流量和流量衰减指数。根据膜分离原理，温度、操作压力、给水水质、给水流量等因素将影响膜的分离性能。 三、实验内容 反渗透膜是实现反渗透的过程的关键，要求具有较好的分离透过性和物化稳定性。反渗透膜的分离透过性可用以下几个参数来描述： 1.溶质分离率（脱盐率）R 式中， 2.溶剂透过速率（水通量）J w 式中，
反渗透膜、纳滤膜、超滤膜系统 三种净化水设备在直饮水处理（分质供水）应用比较分析超滤膜（UF）纳滤膜（NF）反渗透膜（RO） 工艺流程原水箱→原水增压泵→多介质过滤器→活性 碳过滤器→软化器→精密过滤器→超滤 （UF）系统→臭氧消毒系统 原水箱→原水增压泵→多介质过滤 器→活性碳过滤器→软化器→精密 过滤器→纳滤(NF)系统→臭氧消毒 原水箱→原水增压泵→多介质过滤器 →活性碳过滤器→软化器→精密过滤 器→RO反渗透纯水系统→臭氧消毒系 过滤精度(UF)0.01-0.1μm过滤精度超 滤级别物质 (NF)0.001-0.01μm过滤精度介 于超滤和反渗透之间，能截留纳 米级物质 (RO)0.0001-0.001μm微米物质， 过滤精度最高 产水率95％85％ 75％能耗适中较高最高产水工作压力低压膜中压膜高压膜
去除物质可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、 细菌、大分子有机物等有害物质，并能保 留对人体有益的一些矿物质元素。是矿泉 水、山泉水生产工艺中的核心部件。 可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮 物、胶体、细菌、C a、M g等 离子、大分子有机物等有害物 质，一些矿物质元素及重金属物 质。是生产直饮水工艺中的核心 部件。 可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮 物、胶体、细菌、C a、M g等离 子、大分子有机物等有害物质， 矿物质元素及重金属物质。是生 产直饮水工艺中的核心部件。 出水级别直饮水直饮水纯净水价格比较适中较高最高 达到标准建设部《饮用净水水质标准(CJ94-2005)》。国家《生活饮用水管道分质直 饮水卫生规范(2006)》 建设部《饮用净水水质标准 (CJ94-2005)》 。国家《生活饮用水管道分质直 饮水卫生规范(2006)》 建设部《饮用净水水质标准 (CJ94-2005)》 应用范围适用于天然矿泉水为水源时，中空纤维超 滤膜(UF)：“是矿泉水、山泉水生产工艺 中的核心部件”既能将有机物等有害物 质过滤，并能保留对人体有益的一些矿物 质元素，处理的水可以生饮。 适用为自来水为原水水源时，是 直饮水生产工艺中的核心部 件” 能将细菌、病毒、部分无 机及有机物等有害物质过滤，出 水标准接近纯净水，处理的水可 以生饮 适用为自来水为原水水源时，是 直饮水生产工艺中的核心部件” 能将细菌、病毒、所有无机及有 机物等有害物质过滤，出水标准 为纯净水，处理的水可以生饮
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
反渗透膜分离制高纯水实验报告 反渗透（Reverse Osmosis, RO ）技术是20世纪60年代发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术，它借助外加压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质，是一种分离、浓缩和提纯的有效手段。由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、耗费低等特点，在诸多水处理技术中，反渗透被认为是最先进的方法之一，发展十分迅速，已广泛应用于海水、苦咸水淡化、工业污水处理、纯水和超纯水制备领域。高纯水主要在电子工业、医药工业以及实验室分析使用，按国标GB/T11446.1-1997规定， 电子级水分为四级，即EW-I 、EW-II 、EW-III 和EW-IV ，其电阻率指标分别为≥18cm M ?Ω、≥15cm M ?Ω、≥12cm M ?Ω、≥0.5cm M ?Ω。
一．实验目的 (1)熟悉反渗透法制备超纯水的工艺流程； (2)掌握反渗透膜分离原理及操作技能； (3)了解测定反渗透膜分离的主要工艺参数; (4)掌握利用电导法确定盐浓度的方法。 二．实验原理 工业化应用的膜分离包括微滤（Microfiltration，MF）、超滤（Ultrafiltration, UF）、纳滤（Nanofiltration, NF）、反渗透（RO）、渗透汽化（Pervaporation, PV）和气体分离（Gas Separation, GS）等。根据分离对象和要求，选用不同的膜过程。 图1 膜截留示意图 反渗透膜通常认为是表面致密的无孔膜，可截留1-10?小分子物质，反渗透膜能截留水体中绝大多数的溶质。反渗透净水就是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性，从含有多种无机物、有机物和微生物的水体中，提取纯净水的物质分离过程。其原理如图1。 图2 反渗透与渗透现象 如图（a）所示，用半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液位上升，直到某一高度，此所谓渗透过程。如图(b)所示，当渗透达到动态平衡状态时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，此为指定温度下溶液的渗透压N。如图(c)所示，当咸水一侧施加的压MF UF NF R O 分散 颗粒 高分 子 离解 酸 二价盐、 糖 未离解 酸 一价盐
饮用矿物质水出水要求 一、超滤 超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。 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。家用工业用都可以。 超滤技术的关键是膜。膜有各种不同的类型和规格，可根据工作的需要来选用。在矿物质 二、纳滤 纳滤，介于超滤与反渗透之间。现在主要用作水厂或工业脱盐。脱盐率达百分之90以上。反渗透脱盐率达99%以上但，若对水质要求不是特别高，利用纳滤可以节约很大的成本。 三、反渗透 反渗透，是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。 用作太空水、纯净水、蒸馏水等制备；酒类制造及降度用水；医药、电子等行业用水的前期制备；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；锅炉补给水除盐软水；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。 四、水处理六种膜处理方法的区别
纳滤水的优点 1最佳直饮水方案介绍 随着人们饮水观念的加强（随着工业化的发展，我们赖以生存的自然环境遭到污染与破坏，水资源受到很大污染，而现有的自来水还采用传统的水处理工艺，水当中的低分子有机物与重金属都无法祛除，导致自来水都不能直接饮用，必须经过特殊处理才能饮用），对水的需求及要求也越来越高，相应出现了蒸馏水、太空水、纯净水、矿泉水...... 一、什么样的水才是理想的饮用水？ 自来水：由于近年来工业发展迅速，各地的水源受到不同程度的污染，加上城市供水管道的年久失修，增加了自来水的二次污染;此外，自来水在消毒时，使用了氯气和氯气漂白粉，使得在杀菌的同时带来了游离氯对种种有机物的氯化作用，这些有毒含氯物质在高温下也不易分解。许多事实表明，长期饮用这种水，是导致人体部分癌变或突变的重要原因。 纯净水：几乎没有什么杂质，缺少天然饮用水的矿物质营养成分，有些敏感的人觉得纯净水越喝越不解渴，长久下来感觉无力，对正在成长的少年和老人还
纳滤反渗透膜分离实 验
化工原理实验报告学院：专业：班级：
三、实验装置 本实验装置均为科研用膜，透过液通量和最大工作压力均低于工业现场实际使用情况，实验中不可将膜组件在超压状态下工作。主要工艺参数如表1-1 膜组件膜材料膜面积/m2最大工作压力/Mpa 纳滤（NF）芳香聚纤胺0.4 0.7 反渗透(RO) 芳香聚纤胺0.4 0.7 表1-1膜分离装置主要工艺参数 反渗透可分离分子量为100级别的离子，学生实验常取0.5％浓度的硫酸钠水溶液为料液，浓度分析采用电导率仪，即分别取各样品测取电导率值，然后比较相对数值即可（也可根据实验前做得的浓度－电导率值标准曲线获取浓度值）。 图1-1膜分离流程示意图 1－料液灌；2－低压泵；3－高压泵；4－预过滤器；5－预过滤液灌；6－配液灌；7－清液灌； 8－浓液灌；9－清液流量计；10－浓液流量计；11－膜组件；12－压力表；13－排水阀
图1 电导率与溶液浓度关系曲线 电导率与溶液浓度模型：C= 0.6253k - 0.0195 式中k为电导率，单位ms/cm；C为溶液浓度，单位×10-3g/cm3。 ① 原料液浓度C0=0.6253*6.07-0.0195=3.776071*10-3（g/cm3）=0.026584561 kmol/m3 透过液浓度C P=0.6253*0.13-0.0195=0.061789*10-3（g/cm3）=0.000435011 kmol/m3 浓缩液浓度C R=0.6253*6.99-0.0195= 4.351347*10-3（g/cm3）= 0.030634659 kmol/m3 ② 原料液浓度C0=0.6253*5.95-0.0195= 3.701035*10-3（g/cm3） =0.026056287 kmol/m3 透过液浓度C P=0.6253*0.07-0.0195=0.024271*10-3（g/cm3） =0.000170874 kmol/m3 浓缩液浓度C R=0.6253*7.26-0.0195= 4.520178*10-3（g/cm3） =0.031823275 kmol/m3 (2)膜组件性能表征： 利用公式：
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： ()h N K p π=?-? （1） 其中，K h 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： iCRT π= （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。
反渗透膜 反渗透膜 外压 渗透反渗透 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
超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别 1、超滤(UF)：过滤精度在0.001-0.1微米，属于二十一世纪高新技术之一。是 一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。 是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。超滤工艺中水的回收率高达 95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使 用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。因此未来生活饮用水的净化 将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。 2、纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一 种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。这是一般家庭不能接受的。 一般用于工业纯水制造。 3、反渗透(RO)：过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种 超高精度的利用压差的膜法分离技术。可滤除水中的几乎一切的杂质（包 括有害的和有益的），只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。这是一般家庭不能接受的。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。 4、微滤（MF）：过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳 滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、
铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。①PP棉芯：一般只用于要求不高的粗滤，去除水中泥沙、铁锈等大颗粒物质。②活性碳：可以消除水中的异色和异味，但是不能去除水中的细菌，对泥沙、铁锈的去除效果也很差。③陶瓷滤芯：最小过滤精度也只0.1微米，通常流量小，不易清洗。 一、反渗透膜（RO膜）： RO是英文Reverse Osmosis membrane 的缩写，中文意思是（逆渗透），一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度，水一旦加压之后，将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理：由于RO 膜的孔径是头发丝的一百万分之五（0.0001 微米）, 一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的5000 倍，因此，只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出，所有海水淡化的过程，以及太空人废水回收处理均采用此方法，因此RO 膜又称体外的高科技人工肾脏。 1.什么是反渗透? 反渗透是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是REVERSE OSMOSIS”,缩写为“RO”。 2.反渗透的原理： 首先要了解“渗透”的概念.渗透是一种物理现象.当两种含有不同盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含
微滤超滤纳滤反渗透等膜分离技术 一、微滤超滤纳滤反渗透等膜分离技术发展史 微滤超滤纳滤反渗透等膜分离是在20世纪初出现，20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。 膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。 大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离技术。 二、微滤超滤纳滤反渗透等膜分离原理
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽 化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 三、微滤超滤纳滤反渗透等分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。 3.1 反渗透膜(RO) 反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966年开发出 聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA 膜耐氯性强， 但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，最高温度约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 3.2 超滤膜(UF)
反渗透、纳滤基础知识 1 分离膜与膜过程 膜分离 物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的，然而这些微小的物质单元总是杂居共生，热力学第二定律揭示了微观粒子都会倾向于无序的混合状态。人们发明了过滤、蒸馏、萃取、电泳、层析和膜分离等分离技术来获取纯净的物质。 膜分离技术的基础是分离膜。分离膜是具有选择性透过性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透过薄膜，而其它的则被阻隔。这种分离总是要依赖于不同的分子（或微粒）之间的某种区别，最简单的区别是尺寸，三维空间之中，什么都有大小巨细，而膜有孔径。当然分子（或微粒）还有其它的特性差别可以利用，比如荷电性（正、负电），亲合性（亲油、亲水），深解性，等等。按照阻留微粒的尺寸大小，液体分离膜技术有反渗透（亚纳米级）、纳滤（纳米级）、超滤（10纳米级）和微滤（微米和亚微米级），另外还有气体分离、渗透蒸发、电渗析、液膜技术、膜萃取、膜催化、膜蒸馏等膜分离过程。 表-1 主要的膜分离过程
气体分离气体、气体与蒸 汽分离 浓度差易透过气体不易透过气体 薄膜复合膜 薄膜复合膜由超薄皮层（活性分离层）和多孔基膜构成。基膜一般是在多孔织物支撑体上浇筑的微孔聚砜膜(即0.2mm厚)，超薄皮层是由聚酰胺和聚脲通过界面缩合反应技术形成的。 薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关，其最主要的特点是化学稳定性，在中等压力下操作就具有高水通量和盐截留率及抗生物侵蚀。它们能在温度0－40℃及pH2－l2间连续操作。像芳香聚酰胺一样，这些材料的抗氯及其他氧化性物质的性能差。 过滤图谱 平膜结构
图-1 非对称膜与复合膜结构比较 美国海德能公司的RO/NF膜(CPA, ESPA, SWC, ESNA, LFC)均是复合膜。CPA3的断面结构如图-2所示。可以看出在支撑层上形成褶皱状的表面致密层。原水以与皮层平行方向进入，通过加压使其透过密致分离层，产水从支撑层流出。 图-2 CPA3的断面结构 表面致密层构造 根据膜种类不同，制作平膜的表面致密层材质也有差异。大多数都是采用交链全芳香族聚酰胺。其构造如图-3所示。
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）。 溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和实验采用NaCl、MgSO 4 “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、MgSO 溶液进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和 4 “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
反渗透膜,纳滤膜,超滤膜对比 微滤膜：能截留0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。东丽反渗透膜,东丽纳滤膜,东丽超滤膜 超滤膜：能截留0.002-0.1 微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。 纳滤膜：能截留纳米级（0.001微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。 反渗透膜：是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar 到海水的70bar。东丽反渗透膜,东丽纳滤膜,东丽超滤膜
反渗透膜、超滤膜、纳滤膜对比和区别,反渗透膜：是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。 文章关键字：反渗透膜,纳滤膜,超滤膜
纳滤反渗透膜分离实验
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化工原理实验报告 学院: 专业: 班级： 姓名学号实验组号实验日期指导教师成绩 实验名称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、实验原理 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．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
第三章反渗透和纳滤的原理 3.1 反渗透和纳滤基础 3.1.1 膜与膜过程 膜在自然界中是广泛存在的，尤其在生物体内。但是人类首次注意到由生物膜引起的渗透现象是在1748 年，法国学者Abbe Nollet（1700 – 1770）很偶然的发现包裹在猪膀胱里的水可以自己扩散到膀胱外侧的酒精溶液中。法国植物学家Henri Dutrochet（1776 – 1847）在1827 年提出了Osmosis（渗透）一词来定义Abbe Nollet 发现的现象。但是，这一现象并未能引起足够的重视，直到1854 年英国科学家Thomas Graham（1805 – 1869）在实验中发现，放置在半透膜一侧的晶体会比胶体更快的扩散到另一侧，并提出了Dialysis（透析）的概念。这时人们才对半透膜产生了兴趣，并由德国生物化学家Moritz Traube（1826 – 1894）在1864 年制造出了人类历史上第一张人造膜——亚铁氰化铜膜。完整的渗透压理论直到20 世纪才由荷兰物理化学家Van't Hoff（1852 – 1911）提出。后来，随着各个学科的不断发展，膜分离现象也不断为人们发现并研究。1960 年，人类终于实现了从苦咸水中制取淡水的梦想，工作于美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的科学家Sidney Loeb （1917 –）和Srinivasa Sourirajan（1923 –）共同研制出世界第一张非对称醋酸纤维素反渗透膜。从那时起的近半个世纪以来，膜分离技术，包括反渗透和纳滤，在世界范围得到了广泛的发展和应用。表3.1 列出了膜分离技术发展简史。 表3.1 膜分离技术发展史
反渗透和纳滤系统的清 洗 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
反渗透和纳滤系统的清洗 1 膜污染简介 反渗透系统运行时，进水中含有的悬浮物质，溶解物质以及微生物繁殖等原因都会造成膜元件污染。反渗透系统的预处理应尽可能的除去这些污染物质，尽量降低膜元件污染的可能性。污染物的种类、发生原因及处理方法请参见表1。通常，造成膜污染的原因主要有以下几种： 1)新装置管道中含有油类物质和焊接管道时的残留物，以及灰尘且在装膜前未清洗干净； 2)预处理装置设计不合理； 3)添加化学药品的量发生错误或设备发生故障； 4)人为操作失误； 5)停止运行时未作低压冲洗或冲洗条件控制得不正确； 6)给水水源或水质发生变化。 表1反渗透膜污染的种类、原因及处理方法 污染物种 类 原因对应方法 堆积物胶体和悬浮粒子等膜面上的堆积提高预处理的精度或采用 UF/MF 结垢由于回收率过高导致无机盐析出调整回收率，加阻垢剂生物污染微生物吸附以及繁殖定期杀菌处理 有机物的吸附荷电荷性/疏水性有机物和膜之间 的相互作用 膜种类的选择需正确 污染物的累积情况可以通过日常数据记录中的操作压力、压差上升、脱盐率变化等参数得知。膜元件受到污染时，往往通过清洗来恢复膜元件的性能。清洗的方式一般有两种，物理清洗（冲洗）和化学清洗（药品清洗）。物理清洗（冲洗）是不改变污染物的性质，用力量使污染物排除膜元件，恢复膜元件的性能。化学清洗是使用相应的化学药剂，改变污染物的组成或属性，恢复膜元
件的性能。吸附性低的粒子状污染物，可以通过冲洗（物理清洗）的方式达到一定的效果，像生物污染这种对膜的吸附性强的污染物使用冲洗的方法很难达到预期效果。用冲洗的方法很难除去的污染应采用化学清洗。为了提高化学清洗的效果，清洗前，有必要通过对污染状况进行分析，确定污染的种类。在了解了污染物种类时，选择合适的清洗药剂就可以适当的恢复膜元件的性能。? 2 物理清洗（冲洗） 冲洗的作用 冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件，冲洗掉附着在膜表面的污染物或堆积物。 ? 图1冲洗时膜面的状态示意图 冲洗的要点 冲洗的流速 装置运行时，颗粒污染物逐渐堆积在膜的表面。如果冲洗时的流速和制水时的流速相等或略低，则很难把污染物从膜元件中冲出来。因此，冲洗时要使用比正常运行时更高的流速。通常，单支压力容器内的冲洗流速为： 1)8英寸膜元件：– 12 m3/h； 2)4英寸膜元件：– m3/h。 冲洗的压力
. . 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
反渗透和纳滤系统的设计 反渗透和钠滤系统通常包含预处理设备、反渗透/钠滤设备和后处理设备。设置预处理部分的目的是调整原水的水质使其符合反渗透和纳滤系统的进水水质要求。后处理工序的目的有两个，一是调节反渗透和纳滤的产水成分使其符合使用目的，二是使浓水符合排放标准。 在设计反渗透和纳滤系统时，正确掌握原水水质和对产水的要求是最基本的要素，对各个装置的设计进行优化组合是保证系统的正常运行必不可少的重要环节。下面针对反渗透和纳滤系统的设计进行论述。 1 系统配置 1、1 概述 在反渗透和纳滤系统的设计中，（1）膜元件型号的选择；（2）水通量选择（单位膜面积的产水量，GFD或LMH）；以及（3）回收率，都是重要的事项。一般尽可能设计高的回收率，这样可以降低供给水的量，减少预处理的成本。但是，系统的回收率过高时会有以下的不利因素需要考虑： ⑴ 结垢的风险增大，需要添加阻垢剂； ⑵ 产水的水质下降； ⑶ 运行操作压力增高，泵和相关设备的费用增加。 产水量和回收率的设计一定要符合安全的标准。一般建议要有一定的设计弹性。使用某公司的膜元件时注意参看该公司的设计导则。 系统的运行方式一般分为连续操作和批式操作两种。批式处理是指储存一定量的进水，一定期间内处理产水和浓水，一般在小规模的浓缩工程和水量小或连续供水不足的场合被采用。连续操作是设定一定的回收率和产水量，基本上以一定的操作压力进行连续地分离处理产水和浓水，大规模的反渗透和纳滤装置都采用连续过滤。 1、2 单元件系统 单元件系统是最小的反渗透或纳滤系统，虽然只包含一支膜元件，但是配套设备却很完整。因此熟悉了解单元件系统的结构和设计，对理解大系统的设计是十分有帮助的。控制适当的给水范围（最大给水流量和最小浓水流量），防止由于浓差极化所引起的水通量减少和膜污染非常重要。由于该系统仅采用一支膜元件，而设计要求单支 40 英寸的膜元件浓水排放量与产水量比的最小值为 5：1（约相当于 18% 的回收率），因此单一膜元件系统很难达到较高的系统回收率。为了提高回收率，系统流出的浓水的一部分可以返回到给水处。采用部分浓水回流的方式可以增加回收率（一般可增加到 50 % ），但是由于有部分浓水返回到进水，会导致产水的水质下降。 1、3 单段系统的排列
超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别 超滤（UF） 过滤精度在0.001-0.1微米，属于二十一世纪高新技术之一。是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，较适合家庭饮用水的全面净化。因此未来生活饮用水的净化将以超滤技术为主，并结合其他的过滤材料，以达到较宽的处理范围，更全面地消除水中的污染物质。 纳滤（NF） 过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，一定会浪费将近30%的自来水。这是一般家庭不能接受的。一般用于工业纯水制造。 反渗透（RO） 过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。也就是说用反渗膜制水的过程中，一定会浪费将近50%以上的自来水。这是一般家庭不能接受的。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率低，不适合大量生活饮用水的净化。 微滤（MF） 过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。
膜片 中心管 产水 隔网 进水隔网 反渗透和纳滤膜元件结构和使用注意事项 膜元件结构详细 卷式 RO 和 NF 的结构如图 1。 图 1 卷式膜元件结构 最常见的膜元件是 8 寸膜元件：8 英寸直径，40 英寸长度。尺寸图请见表 1。 表 1 8 寸膜元件尺寸 A, inches (mm) B, inches (mm) C, inches (mm) 40.0 (1016) 7.89 (200) 1.125 (28.6) 因为制造中有通用范围，膜元件长度会略有误差。压力容器的尺寸应该考虑“+/-”范围。膜元件长度的具体范围，请联系美国海德能公司技术部门。 不同产品的膜元件重量见下表 2。每支膜元件的重量会有所不同，因为使用的材料密度不同。LD 技术膜元件采用 34mil 宽进水隔网，因此重量比采用标准隔网的MAX 膜元件重量轻。SWRO 膜元件的产水隔网更致密，因此 SWRO 膜元件比同类型 BWRO 更重一些。
另外，重量不是准确数值，典型情况是正负偏差 1kg。主要是因为里面有水。沥干膜需要较长时间，因此重量可能会偏差超过 1kg。重量经常用来做为判断膜元件污染物量的参考值。我们不能只比较沥干的膜元件与下表中数值，而是应该比较有污染并沥干的膜元件与干净的过 请注意我们还出售很多其它种类产品，关于这些膜元件的具体情况，请联系美国海德能技 术部门。 运行和使用注意事项 聚酰胺膜元件进水中的游离氯或其它氧化剂 在任何时候，进水中不能含有游离氯或其它氧化剂。即使很低的余氯或其它氧化剂浓度也会 造成膜元件不可修复的氧化损坏。因此，运行人员必须确保没有任何氧化剂进入 RO 系统。为避免膜元件被氧化，美国海德能公司建议在 RO/NF 系统的进水处安装有ORP 表计，以便于随时监测氧化性物质的浓度。除了是废水回用的项目中采用不高于 5ppm 氯胺之外，ORP 的读数应一直低于 300mV 以确保系统安全运行。如果 ORP 高于 300mV，运行人员应该接到报警信号，并采取相应措施，例如投加 SBS（亚硫酸氢钠）或增加 SBS 的投加浓度。如果 ORP 超过 350mV，系统应 立即停机，直到 ORP 降至300mV 以下后才能重新运行。请向系统集成商咨询其它去除膜系统进水中游离氯的方法。 有研究表明过量投加 SBS 能导致聚酰胺膜氧化。Sommariva et al. 曾报告某厂使用 SBS 来还原氧化物质时聚酰胺膜元件发生了氧化(Sommariva,C.,et al.(2012). IDA J.脱盐与水回用 4(2),40-44)。他们得出过量投加 SBS 会导致膜元件快速氧化且脱盐率降低的结论。特别地， 他们发现除了过量的 SBS 之外，还有高 pH 值和过渡金属的存在。因此，用户应注意投加足够SBS 来防止膜元件氧化，但不能过量投加 SBS。 注意：过渡金属如铁、锰等，将加剧游离氯对膜元件的氧化。因此进水中含有过渡金属时，应确保进水中没有游离氯存在。 O 型圈和浓水密封圈的润滑 在任何时候，不允许使用石油类或菜油基的润滑剂用于润滑产水中心管 O 型圈、适配器 O 型圈和浓水密封圈。可以用的润滑剂为甘油、硅基二硫化钼化或其它不含烃基的硅基润滑剂。 有些膜元件中心管和连接器使用塑料材料，受化学物质影响会膨胀、软化、裂纹、破裂，从而导致膜元件损坏。