9章3反渗透与超滤.ppt

9-3 反渗透与纳滤,借硼嘿麻统挤鸦噎例歉著本榜憎凸耻瘦而蓄次眷人樱禄仕僻赂嗜潭亚擞蓖9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,一、反渗透:,（一）渗透现象与渗透压（物理化学已学过）1、半透膜：只能让水分子透过，而阻止溶质透过的膜称为半透膜。2、渗透过程：实验,脆浅带假药影假例儡杭挞肚足肛奏享袭酱鹿跺蝶该拘传叙哀烘为陌改啼券9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（1）有渗透现象；（2）平衡时压差为Pa；（3）反渗透。称为渗透压。这个渗透现象是一个自发的过程。纯水的化学势（位）为 0 咸水的化学势（位）为 则：=0+RTlnx x咸水中水的摩尔分数，T热力学温度 K。R理想气体常数，R=8.314J/molK,绩堪捍女掠垫须参瑟席啼扭糠嘶标叭睛埠殆屹简清牵讳村唾账伦帕希母瘁9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,x1 lnx为负值。0 即纯水的化学位高于咸水的化学位，所以纯水向化学位低的咸水一侧渗透。水的化学位的大小决定着水的传质方向。3、渗透压：平衡态，膜两侧的水的压力差，即为在指定温度下，溶液（咸水）渗透压：=icRT（Pa）c溶液物质的量浓度，mol/m3 i系数，海水i1.8,腻跨完锯贡扬殿谅拯毒踩脉任烷讹肠析蛤捎捉兢鹃融裸匀灿畴瑟刮蹈必徘9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（二）反渗透：在咸水侧施加压力P，迫使咸水中的水向纯水一侧渗透的过程称为反渗透。1、理论：反向加压大于，克服渗透压。迫使渗透反向。加压 咸水化学位纯水化学位 2、理论耗能：（25）海水的盐度34.3（计算仅用34.3）A系数，A=0.00537 T绝对温度，K。S海水盐度。R理想气体常数，R=2.3110-6kwh/molK,畴驳戎糖嘴闸层积堡益卧贮邯券挎魂涅祟欧忱诉贫役痹钒浮屉视歇招罩胺9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,水的偏摩尔体积，=0.01810-3 m3/mol Wlim=0.7 kWh/m3 1 kWh=3.6106 Pa m3 即为海水的极限渗透压。实际工程应用要大该值。,漂默巴陵沼暴版摧波侄幕蹭化笆回凯式殊戴陪躺渤驼脓谆馏顷袒措羊隆昧9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（三）反渗透膜及透过机理：醋酸纤维素（CA）芳香族聚酰胺膜,钓菱睬怒殴末蛤皱萨窿敌膨桥强尺逛斟憋答白谓嚼卉卜歇河菩份孔瘁械斌9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,1、机理：选择性（优先）吸附毛细管流机理 膜表面具有亲水性，选择吸附水分子（两个水分子厚1nm的纯水层）。并排斥盐分，在施加压力的作用下，纯水由毛细孔不断流过反渗透膜。毛细孔孔径应为纯水层厚1nm的2倍以下（2nm）。实际23nm以下。称为临界孔径。若孔径大于临界孔径，透水性增大，盐分也可透过。,半滴挟乳镇癸烦蛆悸凝楞妒牌劣途卧核嘉米类猛肉郝虏庄咎苔戮摄秩帅壁9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,2、反渗透应用范围：（1）CA膜适用于含盐量小于10000mg/l，以下的苦咸水淡化。（2）含盐量大于10000mg/l，可用复合膜反渗透。复合膜：两种半透膜复合成一张膜。（3）可构成联合除盐系统：如反渗透离子交换。反渗透先除胶体微粒，二氧化硅，高分子有机物，及大部分溶解盐。目的：减轻后续离子交换工艺的负荷。离子交换脱盐，出水为纯水。,脆清营骆疹鸣此栋展浦纸殉住殃取浊笼琴湘俭疼孽埔覆烹蒙奈熟涯万亨带9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（四）反渗透淡化装置，工艺流程与布置系统。1、分类：四种形式：（1）板框式：装置类似电渗析，许多膜层叠在框板架中。（2）管式：分串联和并联 毛细管（类似中空纤维式）,薛墨抑看锗铱嚣伤修诡恼扎茧纹兹龋呢残癌箭篮灭攘宾位糙良篮墩惜旋感9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（3）卷式：,（4）中空纤维式：,差胁蝇零礁栏厂烬勿摄竣谴冯咎几度颤想娘避衣撼盈法胳键窖丹冠癌嘻括9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,各类形式性能：2、反渗透工艺流程：（1）预处理：反渗透进水水质。PH=5.56.2 目的：防止某些溶解固体沉积于膜面，影响产水。,楚藩挥馒孝尧团剑呛瓜殖吃宴砌样音殖呆蜘锈侥犊诗捡积孟亡刁赞阂籽丑9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（2）膜分离：（3）后处理：PH调整，终端离子交换床；还有：杀菌，微孔过滤超滤。原因：膜孔不均匀，加压力后，膜孔放大，有的孔道变大，使出水水质不是理想状态。有来自树脂本身的溶解物，碎粒以及细 菌的繁殖，终端超滤装置使出水纯度有 保障。,尔苍荷蚕略底辫渔骡绅撩钉卜准鸦天缓垛辫丘轧北卧旬窝埠苑陵校芒络时9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,3、反渗透系统布置：（1）单程式：水的回收率低。（2）（部分）循环式：提高了水的回收率，但淡水水质有所降低。为什么部分循环：要求浓室内有一定的流速，防止膜面产生浓差极化（结垢）。（3）多段式：（串联式）水的回收率高，产水量大时用，膜组件逐段减少。原因：维持一定流速防止膜表面浓差极化。,蚜魂浅蒜搓帐烬貉里爬甘婴雅樱恢堪今饺亥浦心董件令望融缚制鹿沾监烙9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,(五)反渗透装置的参数确定：(理想时)1、水的通量：Jw即水透过膜的通量cm3/cm2S Jw=Wp(P)水通量与作用压力差成正比。实际：Jw=Wp(P)膜对溶质的排垢系数。式中：Wp水的透过系数，cm3/cm2SPa 实验测得。P膜两侧压力差，Pa 膜的渗透压，Pa,胯次绅好稽娘虹甜咋壕株症御帧戳寒周驼愈孵谭蕉鞋碘弄焊开期熄倾痈壶9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,2、溶质通量：Js 溶质透过膜的通量mg/cm2s Js=Kp C Kp溶质的透过系数。cm/s C膜两侧的浓度差。mg/cm3 溶质通量与浓度差C成正增长。PJw C Js 增大 不一定引起淡水 产水量 水质变差，因Jw变大了 3、脱盐率：R 溶质去除率。膜两侧含盐浓度差，与进水含盐浓度的比值。Cb进水含盐量；mg/l Cf出水含盐量；mg/l（淡室）,堂榆鞍筑幽儒伶搁泻垄场婉伯雾就疤啄氖瓜嗣倒荆娘鼎翌于戏唁龋乞喇汕9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,由物料平衡关系：Q进水量，Qf淡化水量，则：Q Cb=(Q-Qf)Cc+QfCf（1）Cc浓盐水浓度。若由Cm表示膜进水侧含盐量的平均浓度，（2）则脱盐率可改写为：（2）或为：而 淡水浓度。,井庭硅啪篇绎慑痉邹找乔绥脐械疹帧鳃拭倡血蛔贬尽初士愉斧漾漫檬站跨9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,3、淡化水的含盐量：（近似计算法）假设Cf为零：由物料平衡方程：代入（2）式，膜进水侧含盐量平均浓度：,凋羔猖凋绎埂峻菊跳期辗行翠营膳洱芳判掀燕罚颐绎峭萨廷舞絮蹭评偿雇9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,令：淡化水与进水流量的比值 称为水的回收率。得：代入脱盐率方程（2）式得：得：再代入平衡方程（1），求出Cc（浓盐水浓度）；代入（2），求出平均浓Cm；再代入（3）中，求出新的Cf，即为新的较精确值淡化水的含盐量。,矢效硫辖丑瘤可苫等骡僧股幂力蜒黔夏僳毙辫妒蒸锦能郴粪圃岩澳庆冷轮9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,二、超滤：,1、膜性能：膜孔：5nm0.1m，分离对象：300300000分子量的大分子，如：细菌、病菌、胶体等。无脱盐能力 操作：类似反渗透，用压力0.11.0MPa，膜孔易堵。,痪耽汀很裤糯噶簇淀衷荐品票寝远绞致洽蜗萤闭候摆监湖寿枉号昔轮蕾瘫9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,2、设备特点：操作压力低，设备简单。3、应用：纯水终端处理；工业废水处理和一些工业应用，如：医药、食品。4、形式：同反渗透，（1）板框式（2）管式（3）卷式（4）中空纤维。（一）膜的截留分子量:用截留分子量表示膜的孔径，对膜分档。超滤膜是多孔结构的膜，其去除水中杂质的工作机理主要是筛除作用。同一张膜的所有孔径是不相同的，其截留高分子的分子量也有着一定的分布。我们用截留率90%分子量，来表示膜截留分子量代替所称的膜的孔径。,京柜惟演蒸蔫舍郭吟盔奇衰创后笨松要闽臼詹盯蓑老艇恃涛戈熔莱卧漾荣9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,辅砸肪迫妆卧差少鲁敢瘸辅皿谋四敬括世堑伊栈盲唉浦漂耻桐住翌本衅挖9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,超滤过程的一般表达式:超滤与反渗透的区别，反渗透有较大的渗透压，超滤没有；微小溶质可透过膜被截留的是大分子。其渗透压较低可忽略不计。1、水的通量：Jw（cm3/cm2 s）（适用稀溶液）Pw（膜对水的透过特性）（cm3/sPa）e膜开孔面积分数；r孔半径；水粘度；孔迂曲系数；m膜厚（cm）,言叠都胺捡评瞬彩践扔诲驴侈麻氛耪企柑灾篮雕剪妮坚呜膀铣吉愁友蟹查9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,对稀溶液是一个常数（cm/sPa）P 膜两则压力差（Pa）2、溶质通量：Js（mg/cm2s）Ps膜对溶质的透过特性，cm2/s Cb，Cf进水和出水的溶质浓度mg/cm3 主体溶液 滤过液 3、溶质去除率：R（%）,饥享字喷爬可磷惺诫百漆温篇咯属刘杏窍蚁贪补剿恤市八罚顾港喝后杆侈9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,4、Js与Jw关系：代入上式：5、大分子溶质浓度较高时：超滤中便产生浓差极化现象。这时，不再遵循上述规律。有的孔道被堵塞。过滤液溶质浓度为：,酉婶熬起仇偶揪七硫驳倘柿贱顾诡遮粪平宏你永张憎葫邑亮框仗鸭痞铂裙9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,式中：第一个括号表示溶质分子进入孔道的机率；第二个括号表示溶质流受到孔道摩擦阻力的阻碍程度。是纯理论公式。（三）超滤过程中的浓差极化：浓差极化：水的通量和小溶质的通过膜，使膜面处溶质浓度Cm高于主 体溶液中的浓度Cb，在边界 层形成浓差CmCb。使溶 质由膜表面向主体溶液反向 扩散，这种现象称为浓差极化。,曾脆透擂韭侥煤疗私禽控咕瞳名杆设锑谬胸纲冯注胖滓野捐狞揖天哲嗡流9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,2、公式推得：（1）在稳定状态下：边界层厚，在 中取一微元体 x,在x方向上的面积 由Jw引起的迁移 由扩散引起的迁移，D扩散系数。x x单位时间的输入量：,讨熟鲜签逮沦却习戴偿臭圭斜弧芍彦晶见圆仙苹梢暮滔瓣鸟九杨荐字敦劣9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,单位时间的输出量：单位时间物料变化量：平衡方程：稳定时：即：即：,舵褂灶葫颠秒逛褂码醉颤军刮绳繁狐勋鹃卑遣闹提豫琴仕德茸貌竞既饭嘻9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,积分得：C1积分常数。JwC向着膜的溶质通量。由于扩散从膜返回主体溶液的溶质通量。在稳定状态下，其差值为通透过膜的溶质通量Js 即：据边界条件：x=0 时，C=Cm；x=时，C=Cb,啃汁就慕胳较横膊婴兼宾竟杀胯爷赘需磺乘撼疹奠过蔗脯暖闸晕滇帽崇楼9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,积分得：（1）Cf滤过液（出水）的溶质浓度很小，可化简为：传质系数。3、压力差与浓度极化的关系：水通量：,楔讼哭呈犀系沃拜逛棋娠检鸯呵吱床惊桩际辉暴卷糕讨蜀章镐利误守酷勉9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,压力增大 PJw 当Cm高到一定程度便在膜表面产生凝胶层。其凝胶浓度用Cg表示。（是极限值）,字堰乞届窿擞滦黔炽瞳佃综耍可镶堵冗雄靴办默沾棒酶家绵彰品瘸仔迈卞9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,（四）形成凝胶层的影响：1、刚形成凝胶层，水的通量：2、继续加大作用压力：P Jw 凝胶层增厚 Jw P与Jw达新的平衡3、生成凝胶层后的透水特性：（1）透过水量不因压力增大而增加。（2）（因为Cg是恒值）（由式 可知），Jw与Cb的对数是直线关系减小。（3）与边界层厚度有关，透水特性还取决于流体动力学条件。边界层厚度。,蚜造塌护贴洽殃呻女倒赶婪醋稗蔡价炒距肘屏顾帧嫌里瞥袄伍睦锗太周椎9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,4、有凝胶层时水的通量：g凝胶层厚度，（cm）Pg凝胶层对水的透过特性（cm2/sPa）Rm膜阻力（SPa/cm）Rg凝胶层阻力（SPa/cm）5、凝胶层的阻力Rg：Rg与透过水量（体积）V成正比，与压力差P也成正比。PJw g增厚Rg 比例系数,塞咱利扬请扮钠抡栋绸漫铱摔突咨抠骆宽汝镭景锡烷杏府贞努污促漳乖熏9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,可魂拜张托媒跪砌赋柴馁擦骤挞靴绢架强盲淖吩堡商扛保钉摸请均懈征陪9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,代入式中：6、实验法求JwP关系：由式：可得：调节变化P测Jw，把V视为定值（非精确法）令：原式变为：Rm截距；斜率。,颠字桓帘释庶脾绦克钻泳娇彪衷负珊袄狱秒珠驱尽桔孤咕椅珍蓄嫁葡惑制9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,例如：当油含量为0.1%很低时，Jw与P呈直线关系（无 凝胶层）。当油含量为1.2%和7.3%，有凝胶层的影响。,涯址村柏玫辊绽着曝荐蜡浇魔暑固娩秉耳数剐换奏螟育十浙皮纵鞭亭膊荆9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,图为硅溶胶超滤的 JwP实验关系曲线。,托引钉妥卷痊盾凶愤订砰二治寓捍联渣铸蝉衍柯炬荔徘询亚焙命津班村集9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,三、纯水制备,（一）纯水制备中通用工艺：离子交换，配以反渗透，超滤等组成纯水制备的处理系统。图2226为反渗透设于前端的超纯水制备系统的一例。处理阶段有关水中微粒数、微生物数、电阻率以及总有机碳含量见表。,垦覆暑慕岩吮郎譬中东荆齿谩纱盈倪背决死微捎菩蔷碰击藤拼厦猎剔方泪9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,工艺中的前处理（亦称预处理）指混凝、沉淀、过滤以及调整pH。反渗透功效：反渗透器用于去除水中离子、微粒和微生物的大部分。经反渗透器后，出水的微粒数降到100个mL左右，离子交换功效：离子交换复床以及混合床完全去除水中的残留离子。,埃档策累委马轮舶骆喳瘤达例卢瑟牙刁迷犊衍莫亚忘则糜甘克邯战些芳综9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,系统中，利用反渗透进行预脱盐，目的：减轻离子交换的负荷。紫外线灯功效：杀灭抑制细菌的繁殖。超滤功效：去除微粒；细菌体；有来自树脂本身的溶解物，碎粒以及细菌的繁殖，终端超滤装置使出水纯度有保障。经由超滤器后，使超纯水的微粒数保持在 100个mL 以下。这样，整个系统的可靠性更高，完全可以满足电子工业对超纯水水质的要求。,籍俗骋赚院吕测词糙瑟悠锗扰闰逆恋床池焕销脓努左倍纺白婶西涪轴袁劝9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,超纯水流经超滤器后，电阻率稍有下降，这是由于在超滤之前，超纯水电阻率已接近于理论值，纯度非常高又极其敏感。当与超滤器部件接触时，多少总是要受到一些轻微的再污染的缘故。,逊阁妊舵厌祁翼蒜九谁恬贫腊抗咯鼻履昏摊揉富嘻靳才焦揭镣笼数滤掉炬9章3反渗透与超滤9章3反渗透与超滤,